磁性壳聚糖复合微球对赤潮异湾藻（Heterosigma akashiwo）抑制作用的研究

论文摘要

近年来，有害赤潮在全球范围频繁发生。赤潮发生时赤潮生物分泌有毒物质或消耗水体中的溶解氧，导致鱼类等水生生物中毒或窒息而死亡，严重影响了水产养殖和水产品的质量与安全，威胁着人类身体健康。因此，如何治理赤潮显得极为迫切。本文首先以壳聚糖、粘土、稀土为原料制备了三种抑藻剂，研究了其对赤潮异湾藻（Heterosigma akashiwo）的抑制效果，通过最低添加量、稀土残留量、可回收性评价其抑藻性能，并筛选出最佳的抑藻剂磁性壳聚糖-稀土-粘土复合微球（Magnetic Chitosan-Rare earth-Clay composite microsphere，简称MCRC）；然后通过正交实验确定了MCRC的制备条件，同时确定了影响MCRC抑藻效果的最佳因素组合，并对MCRC进行表征分析；最后通过测定其抑藻过程中藻细胞内叶绿素a含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量、相对电导率、OD260的变化和对抗氧化酶体系SOD、POD、CAT酶活性的影响，初步探讨其抑藻机理。研究结果如下：（1）经过比较，MCRC在添加量为0.8g/L时24h抑藻率达到80%左右；镧离子残留量为77μg/L，其他稀土离子几乎无残留，对环境的二次污染最小；MCRC因具有磁性，可以在磁场的作用下进行回收，三次重复利用之后，抑藻率仍然达到70%以上；因此最终选择MCRC为最佳抑藻剂。（2）MCRC的最优制备条件为：壳聚糖:粘土:稀土添加比例为10:5:1，壳聚糖与稀土离子的反应pH为7，粘土与稀土离子的作用时间为8h，Fe3O4用量为30mL。（3）影响MCRC抑制赤潮异湾藻的最佳因素组合为：当藻液初始浓度为2×106cells/mL，藻液pH为7，添加量为0.8g/L，作用时间为30h。（4）FT-IR图谱显示，部分氨基参与了交联反应，C3-OH与环氧氯丙烷发生了交联反应，壳聚糖与铈离子发生配位。DSC图谱显示MCRC的热稳定性小于壳聚糖粉末。XRD图谱显示MCRC结晶区2θ角为10°和20°左右的衍射峰几乎消失，说明了壳聚糖经过交联之后结晶能力下降；MCRC中存在粘土和Fe3O4的特征衍射峰但强度有所改变，说明了在制备交联微球时改变了粘土和Fe3O4的晶体结构。粒径分析显示MCRC的粒径比较均一，平均粒径为443μm。MCRC的比饱和磁化强度为4.6585emu/g，具有超顺磁性。（5）低浓度的（0.4g/L）的MCRC处理时，藻细胞内叶绿素a和可溶性蛋白质含量在48h之后开始低于对照组，而可溶性糖含量仍然高于对照组；较高浓度的MCRC（0.8g/L、1.2g/L）处理时，叶绿素a、可溶性蛋白质和可溶性糖的含量随着作用时间的延长表现出先上升后下降的总体趋势，抑制作用较强。不同浓度的MCRC使得藻细胞内MDA含量随时间不同程度的增加，周围环境中的相对电导率和OD260也增大，说明MCRC使藻细胞膜发生脂质过氧化反应，增大了细胞膜透性。在MCRC的作用下，SOD、POD、CAT三种酶的活性随着作用时间的延长大体上呈现先上升后下降的趋势，说明三种酶发生应激性对藻细胞起到了一定的保护作用，但是随着MCRC浓度的增大和作用时间的延长，损害作用加重，超过了细胞防御体系的自我保护限度，从而使三种保护酶活性降低。本研究旨在利用有机、无机絮凝剂的电中和和吸附架桥作用，同时利用稀土离子对藻细胞的毒性作用，将壳聚糖、粘土、稀土三者有机的结合起来，制备一种抑藻效果好、污染小、可回收的磁性复合微球，为壳聚糖控制赤潮、研发新的除藻剂提供理论依据，为赤潮治理的研究提供新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 赤潮概述
• 0.1.1 赤潮的定义
• 0.1.2 赤潮的成因
• 0.1.3 赤潮的危害
• 0.2 赤潮的治理方法
• 0.2.1 物理方法
• 0.2.2 化学方法
• 0.2.3 生物方法
• 0.3 壳聚糖在赤潮治理中的研究进展
• 0.3.1 壳聚糖的性质及应用
• 0.3.2 壳聚糖在赤潮治理中的应用
• 0.3.3 磁性壳聚糖在水处理中的应用
• 0.4 改性粘土在赤潮治理中的研究进展
• 0.4.1 粘土的性质
• 0.4.2 改性粘土在赤潮治理中的应用
• 0.5 稀土对微藻的作用
• 0.5.1 稀土的性质
• 0.5.2 稀土离子对微藻生长的影响
• 0.6 论文的研究内容和研究意义
• 0.6.1 研究内容
• 0.6.2 研究意义
• 参考文献
• 1 各种抑藻剂的制备及对赤潮异湾藻抑制作用的研究
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 方法与步骤
• 1.2.1 微藻的培养
• 1.2.2 生长测定
• 1.2.3 几种抑藻剂的制备
• 1.2.4 抑藻实验
• 1.2.5 稀土离子的测定
• 1.2.6 磁性壳聚糖-稀土-粘土复合微球的回收及重复使用性能试验
• 1.2.7 统计学分析
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 赤潮异弯藻的生长曲线
• 1.3.2 赤潮异湾藻吸收曲线
• 1.3.3 赤潮异湾藻藻液 OD 值与藻细胞密度的标准曲线
• 1.3.4 各种抑藻剂抑藻效果的比较
• 1.3.5 稀土离子的含量
• 1.3.6 磁性壳聚糖-稀土-粘土复合微球的重复利用效果
• 1.3.7 抑藻剂的筛选结果
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 2 MCRC 制备条件的优化及表征
• 2.1 试剂及仪器
• 2.2 方法与步骤
• 2.2.1 MCRC 制备方法的优化
• 2.2.2 MCRC 的表征
• 2.2.3 影响 MCRC 抑藻效果的因素
• 2.2.4 统计学分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 MCRC 制备方法的正交优化
• 2.3.2 MCRC 的表征分析结果
• 2.3.3 MCRC 抑制赤潮异湾藻生长的影响因素
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3 MCRC 对赤潮异湾藻生理指标的影响
• 3.1 试剂与仪器
• 3.2 方法与步骤
• 3.2.1 叶绿素 a 含量的测定
• 3.2.2 可溶性蛋白含量的测定
• 3.2.3 可溶性糖含量的测定
• 3.2.4 丙二醛（MDA）含量的测定
• 3.2.5 电导率的测定
• 3.2.6 OD260的测定
• 3.2.7 超氧化物歧化酶（SOD）的测定
• 3.2.8 过氧化物酶（POD）的测定
• 3.2.9 过氧化氢酶（CAT）的测定
• 3.2.10 统计学分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 MCRC 对赤潮异湾藻生长、生理指标的影响
• 3.3.2 MCRC 对赤潮异湾藻细胞膜的影响
• 3.3.3 MCRC 对赤潮异湾藻抗氧化酶体系的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 论文结论
• 致谢
• 个人简历
• 硕士期间发表的学术论文