大型海藻及纳米材料对赤潮中肋骨条藻的抑制作用研究

论文摘要

随着现代社会经济的高速发展,近海污染日趋严重,有害赤潮发生频率增加、规模扩大,已经给全球各地的渔业资源、生态环境及水产养殖均造成严重的损失,甚至危害到人类的健康。赤潮已成为全球性的海洋公害。传统的控制赤潮的方法由于固有缺陷,已经无法满足人们的要求。水生系统大型植物对微藻的化感抑制作用的发现以及当前纳米材料抑制微生物产品的开发为人们提供了控制赤潮的新思路。本文通过研究8种大型海藻及6种纳米级金属氧化物颗粒对中肋骨条藻的生长抑制效应,筛选出抑藻效果好的大型海藻或纳米材料,分离提取大型海藻中的抑藻化感物质并鉴定其结构,初步探寻化感物质及纳米材料的抑藻机理,为利用大型海藻高效化感物质以及新型纳米材料进行赤潮的防治提供科学依据。本研究以微藻生长抑制率（inhibition rate, IR）和半效应浓度（50% effective concentration, EC50）为评价指标比较了8种大型海藻:孔石莼（Ulva pertusa ）、长浒苔（Enteromorpha clathrata）、紫菜（Porphyra tenera）、蜈蚣藻（Grateloupia filicina）、海带（Laminaria japonica）、裙带菜（Undaria pinnatifida）、羊栖菜（Sargassum fusiforme）、马尾藻（Sargassum pathen）对中肋骨条藻的抑制作用,并采用液液萃取和硅胶柱层析方法分离长浒苔中的化感物质,用色谱-质谱联用技术鉴定其主要成分,揭示大型海藻长浒苔抑藻的化学基础。选择乙酸乙酯萃取相B,通过考查其对藻细胞的超氧化物歧化酶（SOD）活力,丙二醛（MDA）含量和离子选择透过性以及叶绿素a含量的影响,探讨其抑藻机理。研究结果表明8种大型海藻干粉末的水浸体液的抑藻120h的半效应浓度值（EC（50, 120h））依次为:紫菜0.6g/L,海带0.9g/L,长浒苔1.0g/L,孔石莼1.0g/L,羊栖菜1.1g/L,马尾藻1.4g/L,蜈蚣藻1.5g/L,裙带菜4.7g/L。结合7d的微藻生长抑制率结果,具有最强化感抑制作用的是长浒苔和孔石莼两种大型海藻。其中长浒苔的化感抑制作用是首次报道。对长浒苔的干粉末中的抑藻化感物质提取分离,四种溶剂（石油醚,乙酸乙酯,蒸馏水和正丁醇）液液萃取组分抑藻实验表明乙酸乙酯相（B）的抑藻效果最好,EC50值仅为0.08mg/L。硅胶柱层析进一步分离产物的抑藻结果表明环己烷洗脱相（1A）和环己烷/丙酮洗脱相（1B）具有抑藻效果,72h的EC50值分别3.81mg/L和4.09 mg/L。气相色谱一质谱联用检测结果显示长浒苔乙酸乙酯相提取物中含有16种物质等。化感物质的可能替代物实验结果显示供试的四种药品中仅肉豆蔻酸具有较强的抑藻效果,72h的EC50值（EC（50, 72h））为8.43mg/L。添加了乙酸乙酯相（B）的藻细胞培养液在处理浓度0.1 mg/L时即开始显示出超氧化物歧化酶（SOD）活力下降,丙二醛（MDA）含量有应激性升高,细胞K+含量渗出增加,叶绿素a降解。长浒苔可显著抑制赤潮中肋骨条藻的生长,从长浒苔中用乙酸乙酯提取的化感组分B是当前报道的抑藻作用最强的化感组分。十四酸是其中可能的一种抑藻化感物质;长浒苔的抑藻机理可能通过降低藻类抗氧化物酶活性,导致其体内累积过量活性氧,从而引发一系列藻细胞结构破坏,正常的代谢功能逐渐丧失,最终引起藻细胞死亡。长浒苔提取的化感组分B含有高效的抑藻化感物质。此外我们还初步探索了6种纳米金属氧化物二氧化钛（锐钛矿相HR3和金红石相DJ3）,二氧化硅（球状粒子型SS1和多微孔粒子型SP1）三氧化二铝（α相MC2A和γ相MC2R）对中肋骨条藻的生长的抑制效应。以微藻生长抑制率（inhibition rate, IR）和半效应浓度（50% effective concentration, EC50）和藻细胞的叶绿素a含量为评价指标,筛选具有高抑藻能力的纳米材料。结果表明仅HR3,DJ3和MC2R具有一定抑藻效果,144h半效应浓度值（EC（50, 144h））依次为:HR3 250.7mg/L, DJ3 757.6mg/L, MC2R 1111.2mg/L。SP1对中肋骨条藻甚至表现出了促进作用,其抑制率在整个周期最低达到了-70%。对叶绿素a的含量影响结果显示了和生长抑制类似的规律,即HR3, DJ3和MC2R降低了赤潮藻的叶绿素a含量。后续工作应当进一步分离长浒苔其中的化感物质,深入探索化感物质及纳米材料的抑藻机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 赤潮的定义及危害
• 1.1.2 赤潮治理方法
• 1.2 化感作用研究现状
• 1.2.1 化感作用含义及其发展历史
• 1.2.2 化感作用检测方法
• 1.2.3 化感物质的提取、分离及鉴定
• 1.2.4 化感物质的种类
• 1.2.5 化感作用的机理
• 1.2.6 水生生态系统中的化感作用
• 1.3 纳米材料的发展及应用
• 1.3.1 纳米材料的定义及纳米技术的应用
• 1.3.2 纳米颗粒的生物学效应研究
• 1.3.3 纳米材料可能的作用机制
• 1.4 研究目的及技术路线
• 2 高抑藻能力的大型海藻的筛选
• 2.1 前言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 大型海藻提取液对藻细胞生长抑制率（IR）的比较
• 50)的比较'>2.3.2 大型海藻提取液对藻细胞生长的半效应浓度(EC₅₀)的比较
• 2.4 小结
• 3 浒苔抑藻化感物质的分离及其抑藻效果研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 中肋骨条藻对乙醇的耐受性
• 3.3.2 浒苔化感组分的抑藻效果
• 3.3.3 化感组分的结构分析
• 3.3.4 化感物质可能的替代药品的抑藻效果
• 3.4 小结
• 4 化感组分抑制中肋骨条藻的机理研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 化感组分对藻细胞超氧化物歧化酶（SOD）的影响
• 4.3.2 化感组分对藻细胞膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量的影响
• 4.3.3 化感组分对藻细胞膜的离子选择透性的影响
• 4.3.4 化感组分对藻细胞叶绿素a含量的影响
• 4.4 小结
• 5 纳米材料对中肋骨条藻的抑制作用
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纳米材料对藻细胞的生长抑制作用
• 5.3.2 纳米材料对藻细胞叶绿素a含量的影响
• 5.3.3 纳米材料海水悬浮液中金属离子对藻细胞生长的影响
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果