侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质特性及其对虾池颤藻溶藻的研究

侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质特性及其对虾池颤藻溶藻的研究 侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质特性及其对虾池颤藻溶 藻的研究 分类号:S917.1 密 级 : U D C :632.4 学 号 :201050013113 广 东 海 洋 大 学硕 士 学 位 论 文侧孢短芽 孢杆菌 溶藻活 性 物质 特性 及其对虾 池颤藻溶藻 的研究 贾雯 指 导 教 师 :黄翔鹄 教授申 请 学 位 类 别 :理学硕 士专 业 名 称 : 海洋生 物学 研 究 方 向 :海洋环 境与生 物资源 保护 学 院 名 称:水产学 院 中国?湛 江 2013 年6 月 学位论文答 辩委员会组成 主席 : 委员 : 导师 : 时间 :广 东 海 洋 大 学 学 位论文原 创性声 明 本人郑重声明: 所呈交的论文 是本人在导 师的指导下独立进行 研究所取得 的研究成果。 除了文中特别 加以标注引用的 内容外, 本论 文不包含任何 其他个 人或集体已经发表或 撰写的成果作 品。 对本 文的研究做出重要贡 献的个人和集 体, 均已在文 中以明确方式 标明。 本 人完全 意识到本声明的法律 后果由本人承 担。 作者签名:年 月 日 学 位论 文版 权使用 授权书 本学位论文作者完全 了解学校有关 保留、 使用学位论文的规定, 同 意学校 保留并向国家有关部 门或机构送交 论文的 复印件和电子版, 允 许论文被查阅和 借阅。 本人授权广东 海洋大学可以将 本学位 论文的全部或部分内 容编入有关数 据库进行检索, 可以 采用影印、 缩印 或扫描 等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密? ,在______ 年解 密后适用本授权书。 ? 2 、不保密?。 (请在以上相应方框 内打“?” ) 作者签名: 年 月 日 导师签名: 年 月 日 侧孢短芽孢杆菌溶藻活性 物质特性及其 对虾池颤藻 溶藻 的研究 摘 要 颤藻(Oscillatoria ) , 作为 对虾 养殖 环境 中的 一种常 见有 害蓝 藻, 能够严 重危及 对虾的生长、 神经和抗病力等各个方面。 本论 文研究了 侧孢短芽孢杆菌 (Brevibacillus laterosporus ) 无菌滤液 中溶藻活性物质的 部分 理化特性 , 探究了不同浓度的无菌滤液 对虾池颤藻 生长(藻体干重、叶绿素 a 质量浓度) 及生理生化指标 (藻蓝蛋白 PC 、 别藻蓝蛋白 APC 、藻红蛋白 PE 、丙二醛 MDA 、超氧化物歧化酶 SOD 、过氧 化物酶 POD 、过氧 化氢酶 CAT ) 的影响 , 以及 在不 同菌、藻 生长时 期下无 菌滤液 对颤藻的 溶藻效果 (藻体干重、 叶绿素 a 质量浓度、 藻 蓝蛋白 PC 、 别藻蓝蛋白 APC 和藻红蛋 白 PE ) , 以期为溶藻活性物质的开发和实际应用奠定理论基础, 为抑制有 害藻类的繁 殖、改善养殖水质环境、减少对虾病害的发生提供参考依据 。主要的研究结果如下: 1. 无菌滤液分别经不同温度 、pH 、 蛋白酶 和紫 外照射时间处理后 , 均仍具有极为 显著的溶藻能力 (p0.01 ) , 同时, 将其分别贮 存于 4? 和 28?环境中 28d , 仍保持着 极高的溶藻活性, 充分表明 菌株合成并释放的溶 藻活性物质具有极强的稳定性, 具有 较好的 耐酸、耐碱、耐高温、抗酶解、抗紫外辐射 及在自然环境中长久存在 的特性。 加热与未加热的无菌滤液的茚三酮及考马斯亮蓝显色反应均为阳性, 紫外光谱的最大 吸收峰 均 在 290~300nm 之间。以上结果显示 , 溶藻活性 物质属于含有 α- 氨基和环状 结构的单一或混合肽类物质。 2. 无菌 滤液 的浓 度大 小对 颤 藻的 影响 效果 极为不 同 ,低 浓度 的无 菌滤 液( 投 加 量?4% )明显促进颤藻的生长(p0.01 ) ,当无菌滤液高至一定浓度后(投加量 ?8% ) 则对颤 藻表 现出极 为显 著的 抑制和 溶解 作用 (p0.01)。 因 此, 底 物 浓度是 溶藻 作用 能否产生的一个关键因素。 在投加量分别为 8mL 和 10mL 的实验组中,7d 后颤藻的 藻体干重比对照组分别减少了 26.02% 、45.30% ,叶绿素 a 含量分别减少 了 46.88% 、 63.73% ;整个溶藻过程 中,藻 蓝蛋白 (PC ) 、 别藻蓝蛋白 (APC ) 、藻红 蛋白 (PE ) 和丙二 醛(MDA ) 的含 量 均 始终高 于对 照组 呈现先 升高后 降低 的变化 趋势 , 超氧化 物歧化酶 (SOD ) 、过氧 化物酶 (POD ) 和过 氧化氢酶 (CAT )活力 虽仍呈 现初期增 高、 后期降低的变化趋势, 但最终酶活力均低于对照组 。 初步显示 , 溶藻活性 物质对 颤藻的作用机理 为: 一定浓度的溶藻 活性物质作用于颤藻细胞, 引发细胞的膜脂过氧 化作用, 造成生物膜 脂化水平升高, 膜系统由于 生物膜的选择透过性增加而遭到迫害; 并通过 破坏光合作用系统, 影响光能的传递和 分配, 改变各色素含量的相对比例, 致 使光合效率下降; 同时, 损伤抗氧化酶系统, 毒害并抑制各种抗氧化酶的活性; 最终 导致藻体的正常生理代谢功能丧失,藻细胞破裂、死亡。 I 3. 溶藻细菌不同生长时期的无菌滤液对颤藻的 藻体干重、叶绿素 a 含量以及藻 蓝蛋白 PC 、别藻蓝蛋白 APC 、藻红蛋 白 PE 含 量的影响极为显著(p0.01 ) 。其中, 在添加稳定期和衰亡 期 细菌无菌滤液 的实验组 中,7d 后颤藻的藻体 干重分别减少了 51.77% 、47.04% , 叶 绿素 a 含量分别降低了 67.60% 、59.13% ; 整个溶藻过程中,PC 、 APC 和 PE 的含量均 始终高于对照组, 呈现出 剧烈的先升高后降低的变化趋势。 结果 表明,稳定期和衰亡期的无菌滤液对颤藻的抑制和溶解作用最强 。 4. 溶藻细菌的无菌滤液对不同生长时期颤藻的 藻体干重、叶绿素 a 含量以及藻 蓝蛋白 PC 、别藻蓝蛋白 APC 、藻红蛋 白 PE 含 量的影响极为显著(p0.01 ) 。其中, 在延滞期颤藻的实验组中 ,7d 后颤藻的藻体干 重减少了 63.90% ,叶绿素 a 含量下降 了 69.72% ;整个溶藻过程中,PC 、APC 和 PE 的含量均 始终高于对照组,呈现出剧 烈的先升高后降低的变化趋势 。结果 表明,无菌滤液对延滞期颤藻的溶藻效果最好 。5. 以上 结果 显示 : 侧 孢短 芽 孢杆 菌 在 稳定期 能 够合 成并 释放 大量 稳定 性 极强 的 肽类物质, 当其 浓度?8% 时, 对延滞期颤藻的 抑制和溶解能力最强 。 这为对虾养殖环 境中蓝藻的控制和水质的改善提出了一个有效的生物技术方法。 关键 词: 侧孢短芽孢杆菌 ,溶藻活性 物质,颤藻 ,溶藻, 虾池 II The characteristics of extracellular algae-lysing components from Brevibacillus laterosporus and its algicidal effect on Oscillatoria sp. in prawn ponds Abstract The algae, Oscillatoria, is commonly found in prawn ponds and can lead to reduced productivity, threaten the prawns in all aspects such as growth, nerve and disease resistance. To inhibit the propagation of harmful algae, improve the prawn water-quality environment and promote healthy aquaculture, in the research, the sterile filtrate of the bacteria, had been isolated and identified to be Brevibacillus laterosporus, was used to study the characteristics of the extracellular algae-lysing components from Brevibacillus laterosporus, explore influences of the sterile filtrate with different concentrations on the growth algal dry weight, chlorophyll-a concentration and physiological and biochemical indexes the concentrations of phycocyanin, allophycocyanin, phycoerythrin and malondialdehyde; the activities of superoxide dismutase, peroxidase and catalase of Oscillatoria in prawn ponds, moreover, research the algicidal effects of the sterile filtrate of bacterial suspensions on Oscillatoria when the algicidal bacteria and Oscillatoria in different growth stages respectively. The main research results are as follow: 1. The algicidal abilities of the sterile filtrate of bacterial suspensions were all highly significant p0.01 after the treatments by different temperatures, different pH, different proteases and different ultraviolet radiation exposure time. Meanwhile, the sterile filtrate of bacterial suspensions, stored at temperatures of 4 ? and 28 ? for twenty-eight days separately, still maintained a high algae-lysing activities. These were shown that the extracellular algae-lysing components from Brevibacillus laterosporus had the strong stability, specially had the characteristics of resistances to strong acid and alkali, high temperature, enzymolysis and ultraviolet radiation and can exist for a long time in the environment. In addition, the results of the color reactions of the ninhydrin and Commassie Brilliant Blue G-250 to the sterile filtrate of bacterial suspensions, treated by heating and without heating separately, were all positive. And the imum absorption peak of ultraviolet spectrum of these two kinds of sterile filtrate were all between 290~300nm. All the results above showed that the algae-lysing components belong to single or mixed peptides containing alpha amino and ring structure 2. When the concentration of the sterile filtrate of bacterial suspensions was different, the effect on Oscillatoria was significantly different from one another. The results showed III that lower concentrations of the sterile filtrate addition ?4mL accelerated the growth rate of Oscillatoria sp., but significant inhibition and lysis was observed with higher concentrations addition ?8mL. Therefore, the substrate concentration must be a key factor to the algicidal effect. In two trials the additions were 8 mL and 10 mL separately, the algal dry weights were reduced by 26.02% and 45.30%, and the chlorophyll-a concentrations were decreased by 46.88% and 63.73% respectively after seven daysDuring the algicidal treatment, both the concentrations of phycocyanin PC, allophycocyanin APC, phycoerythrin PE and malondialdehyde MDA were always higher than in the control group, and displayed a variation trend of increasing first and then decreasing. Meanwhile, the activities of superoxide dismutase SOD, peroxidase POD and catalase CAT were significantly increased in the early cultivation and declined quickly at later stages similarly, but finally lower than in the control group. According to the algicidal effects of high concentration of the sterile filtrate of Brevibacillus laterosporus on Oscillatoria, the algae-lysing mechanism was shown as follows: acting on the cells of Oscillatoria, algicidal substances triggered membrane lipid peroxidation in the algal cells initially, elevating the level of biofilm esterification, and destroying the membrane system by increasing the permeability of the cell membrane, then changing the relative proportion of each pigment, impacted the transmission and distribution of light energy and damaging the photosynthesis system, meanwhile, disrupting the antioxidant enzyme system, poisoning and inhibiting the activities of various antioxidases. Finally the algicidal substances led to the loss of normal physiological and metabolic function and thus the cells of Oscillatoria were lysed and killed 3. The sterile filtrate of algicidal bacteria in different growth stages showed a statistically significant impact p0.01 on Oscillatoria about the dry weight, chlorophyll-a content and the concentrations of three kinds of phycobiliproteins phycocyanin, PC; allophycocyanin, APC; phycoerythrin, PE. In the two trials with the sterile filtrate of stable and decline phases separately, after seven days, the algal dry weights were reduced by 51.77% and 47.04%, and the chlorophyll-a concentrations were decreased by 67.60% and 59.13% respectively. During the algicidal treatment, the concentrations of three kinds of phycobiliproteins phycocyanin, PC; allophycocyanin, APC; phycoerythrin, PE were significantly increased in the early cultivation and declined quickly at later stages, and finally were still bigger than in the control group. This reasults illustrated that when the algicidal bacteria was in the stable and decline phases, the effects of the sterile filtrate on Oscillatoria were stronger than in other two phases lag and logarithmic phases4. The sterile filtrate of algicidal bacteria showed a statistically significant impact IV p0.01 on Oscillatoria in different growth stages about the dry weight, chlorophyll-a content and the concentrations of three kinds of phycobiliproteins phycocyanin, PC; allophycocyanin, APC; phycoerythrin, PE. In the trial with Oscillatoria in the lag phase, after seven days, the algal dry weight was reduced by 63.90%, and the chlorophyll-a concentration was decreased by 69.72%. During the algicidal treatment, the concentrations of three kinds of phycobiliproteins phycocyanin, PC; allophycocyanin, APC; phycoerythrin, PE were significantly increased in the early cultivation and declined quickly at later stages, and finally were still bigger than in each control group. This reasults illustrated that the effect of the sterile filtrate of bacterial suspensions on Oscillatoria was stronger, when Oscillatoria was in the lag phases, than in other phases logarithmic, stable and decline phases 5. It was shown that a large amount of peptides with the characteristic of strong stability could be synthesized and released by Brevibacillus laterosporus when it was in the stable phase, once the concentration of this extracellular algae-lysing components was above 8%, it can made the best algicidal effect on the lag phase Oscillatoria. By the research, an effective method of biotechnology can be proposed for controlling cyanobacteria and improving the water quality in the prawn culture environment Key words: Brevibacillus laterosporus , extracellular algae-lysing component , Oscillatoria ,algicidal effect ,prawn pondV 目 录 摘 要. I Abstract III 1 文 献综述1 1.1 我国对虾养殖水体的污染现状与存在问题1 1.1.1 对虾养殖水体的污染现状及成因. 1 1.1.2 虾池蓝藻暴发的原因及危害1 1.2 藻类控制技术的研究概况. 3 1.2.1 物理方法 3 1.2.2 化学方法 3 1.2.3 生物方法 4 1.3 溶藻细菌的研究概况7 1.3.1 溶藻细菌的种类 7 1.3.2 溶藻细菌的作用方式和机理7 1.4 溶藻活性物质的研究概况. 8 1.4.1 国内研究概况8 1.4.2 国外研究概况9 1.4.3 溶藻活性物质在分子水平上的 研究展望 11 1.5 研究目的和意义12 2 侧 孢短芽孢杆 菌溶藻活性 物质部分特性 的研究14 2.1 实验材料14 2.1.1 藻种 14 2.1.2 菌种 14 2.1.3 培养基. 14 2.1.4 试剂 14 2.1.5 仪器 14 2.2 实验方法15 2.2.1 藻种的预培养. 15 2.2.2 细菌培养及无菌滤液的制备. 15 2.2.3 溶藻活性物质的稳定性研究. 15 2.2.4 显色反应16 2.2.5 紫外光谱扫描分析 16 2.2.6 溶藻效果测定指标 16 2.2.7 数据统计与分 析17 2.3 实验结果17 2.3.1 溶藻活性物质对温度的稳定性17 2.3.2 溶藻活性物质对pH 的稳定性 18 2.3.3 溶藻活性物质对蛋白酶的稳定性 19 2.3.4 溶藻活性物质对紫外线照射的稳定性21 2.3.5 溶藻活性物质对存放 时间的稳定性. 22 2.3.6 茚三酮显色反应23 2.3.7 考马斯亮蓝显色反应. 24 2.3.8 紫外光谱扫描分析 25 2.4 讨论 25 2.4.1 溶藻活性物质的温度特性 252.4.2 溶藻活性物质的pH 特性. 25 2.4.3 溶藻活性物质的其他特性 26 2.4.4 侧孢短芽孢杆菌的活性代谢产物 26 2.4.5 溶藻活性物质与微生物杀藻剂27 3 不 同浓度的无 菌滤液对颤 藻作用机理的 探究. 28 3.1 实验材料. 28 3.1.1 藻种 28 3.1.2 菌种 28 3.1.3 培养基. 28 3.1.4 药品及试剂 28 3.1.5 仪器 28 3.2 实验方法. 29 3.2.1 藻种的预培养. 29 3.2.2 细菌培养及无菌滤液的制备. 29 3.2.3 实验设计29 3.2.4 溶藻效果测定指标 29 3.2.5 数据统计与分析30 3.3 实验结果. 30 3.3.1 不同浓度的无菌滤液对颤藻藻体干重的影响30 3.3.2 不同浓度的无菌滤液对颤藻叶绿素a 质 量浓度的影响 31 3.3.3 不同浓度的无菌滤液对颤藻藻胆蛋白含量的影响. 31 3.3.4 不同浓度的无菌滤液对颤藻丙二醛(MDA)含量的影响34 3.3.5 不同浓度的无菌滤液对颤藻超氧化物歧化酶(SOD)活力的影响 34 3.3.6 不同浓度的无菌滤液对颤藻过氧化物酶(POD )活力的影响. 35 3.3.7 不同浓度的无菌滤液对颤藻过氧化氢酶(CAT )活力的影响. 36 3.4 讨论37 3.4.1 不同浓度的无菌滤液对颤藻光合作用系统的影响. 37 3.4.2 不同浓度的无菌滤液对颤藻丙二醛(MDA) 含量的影响38 3.4.3 不同浓度的无菌滤液对颤藻抗氧化酶系统的影响. 38 3.4.4 侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质对颤藻的溶藻机理. 39 4 不 同时期的细 菌无菌滤液 和颤藻对溶藻 效果的影 响 41 4.1 实验材料. 41 4.1.1 藻种 41 4.1.2 菌种 41 4.1.3 培养基. 41 4.1.4 药品及试剂 41 4.1.5 仪器 41 4.2 实验方法. 41 4.2.1 溶藻细菌不同生长时期的无菌滤液对颤藻的溶藻效果 41 4.2.2 溶藻细菌的无菌滤液对不同生长时期颤藻的溶藻效果 42 4.2.3 测定指标42 4.2.4 数据统计与分析43 4.3 实验结果. 43 4.3.1 溶藻细菌不同生长时期的无菌滤液对颤藻藻体干重的影响43 4.3.2 溶藻细菌不同生长时期的无菌滤液对颤藻叶绿素a 质量浓度的影响 43 4.3.3 溶藻细菌不同生长 时期的无菌滤液对颤藻藻胆蛋白含量的影响. 44 4.3.4 无菌滤液对不同生长时期颤藻藻体干重的影响 46 4.3.5 无菌滤液对不同生长时期颤藻叶绿素a 质量浓度的影响. 47 4.3.6 无菌滤液对不同生长时期颤藻藻胆蛋白含量的影响48 4.4 讨论 50 4.4.1 溶藻细菌不同生长时期的无菌滤液对颤藻的溶藻效果 50 4.4.2 溶藻细菌的无菌滤液对不同生长时期颤藻的溶藻效果 51 4.4.3 叶绿素a 和藻胆蛋白变化特点51 4.4.4 蓝藻生物控制与对虾健康养殖52 5 结论53 参考 文献 54 致 谢 67 作者 简历 个人简历下载免费下载简历模版总经理简历下载资料员简历下载资料员简历下载 68 导师 简介 69广东海洋大学硕士学位论文 1 文 献综 述 1.1 我国 对虾养 殖水体 的污染 现状与 存 在问题 1.1.1 对虾养殖水体的污染现状及成因 21 世纪,我国的对虾 养殖业已步入 了新的可 持续发展的重要阶段 ,特别是凡纳 滨对虾养殖的迅速发展, 使我国再次成为了全 球第一养虾大国。 但是, 随着养殖规模 [1] 的逐步扩大, 我国的 对虾养殖业涌现出了诸多的严重问题, 主要表现为 : 饵料质量 差、 水环境污染加剧、 养殖病害类型增多并危害加重、 优良苗种缺乏、 养殖模式不规 范、 养殖场基础设施差; 养殖人员技术水平低。 其中, 养殖水环境的污染问题, 是导 致各种虾病暴发、 制约对虾养殖业健康持续发 展的关键性因素。 目前, 导致养殖水环 [1,2] 境污染的主要原因有 : (1)人为污染:随 着经济的发展 ,大量未达 到排放标准的、富含 耗氧有机物、 氨氮、 重金属等污染物的工农业废水和城市生活污水排放到水体当中, 使水体受到污 染,严重威胁海水养殖业的生存及发展。 (2) 养殖业自身 的污染: 目前, 对虾饵料普遍存在着: 配方不科学、 营养不高、 水中稳定性差、 利用率低等缺点, 引发大量的饵料残留于养殖水体当中; 另外, 忽视 生态容量问题, 实行超密度的对虾养殖, 造成 动物残体及排泄物等的显著增加。 这些 问题最终导致有机污染负荷加重、水环境质量下降。 (3)药物污染:为 了有效防治对 虾病害、提 高养殖产量、降低养 殖成本,各种 消毒剂、 抗菌素甚至是一些高毒和高残留的禁用渔药被误用和滥用, 加重了对虾养殖 水体的污染。 随着对虾养殖模式向高密度、 高污染、 高消耗 方向的进一步发展, 养殖 水体的环 境质量急剧恶化,N 、P 等营养物质 的负荷严 重超出了水体的自净能力,导致水体富 营养化 (eutrophication ) 严重, 引发有害藻类 和病原微生物大量增殖, 造成对虾产量 减少、 质量下降。 目前, 我国绝大多数的对虾养殖池塘中, 无机氮 (IN ) 和无机磷 (IP ) [3-6] 的含量均超过了富营养化的阈值 ,富营养化程度十分严重。 1.1.2 虾池蓝藻暴发的原因及危害 虾池中蓝藻的暴发是物理因素 (温度、 光照、 盐度、 溶解氧、pH 等) 、 化学因素 (N 、P 等营养盐)和生物因素(藻类自身的 生理特点)综合作用的结果。近年来, 养殖规模的逐步扩大,养殖密度的日益增高,促使养殖水 体中产生了残余饵料过剩、 排泄物增多、 水环境负荷过大等一系列问题, 导致水环境质量急剧恶化, 富营养化状 态逐渐加深, 已成为蓝藻暴发的主导因素。 同 时, 蓝藻具有独特的生理生态特征和生 [7] 态策略 : 利用伪空胞调节浮力, 使自身处于极为有利的光照和营养环境中; 释放一 些具有生物活性的代谢物, 抑制其他藻类的生长与繁殖; 形成群体胶鞘或各细胞聚集 1 侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质特性及其对虾池颤藻溶藻的研究 成更大的群体, 抵御浮游动物和鱼类的摄食及 消化等。 因此, 在富营养化的养殖水体 中, 一旦各种理化条件和气候条件变得适宜, 蓝藻就会迅速的增长, 并取代原有的硅 藻和绿藻等有益藻群而成为优势种群, 威胁对 虾的生长和繁殖等各个方面, 使水产养 [8,9,10] 殖业遭受巨大的经济损失。其危害主要表现为 : (1)影响对虾对营养的摄取和消化 在养殖水体中,对虾 很少或根本不 摄食 蓝藻,其利用效率极 低。因此,若 养殖 环境中存在大量的蓝藻, 即会影响对虾对营养 的摄取、 消化和吸收, 造成对虾的产量 下降。 (2)降低水体中的生物多样性蓝藻的大规模暴发, 严重影响了养殖池塘中的光照和通风, 明显阻碍了其他藻类 的光合作用, 强烈抑制了浮游生物中有益种类的生长与繁殖, 加剧了养殖水体中生物 群落的清瘦和单一趋势。 对虾更会因易于消化吸 收的饵料藻类的缺失, 导 致自身所需 营养物质的合成受阻而出现死亡。 (3)降低溶解氧含量水体中的溶解氧主要来源于水生植物 (特别是浮游植物) 的光合作用和空气中的 氧气已扩散方式进入水体, 而水体中溶解氧的 消耗则主要源于各类生物的呼吸作用和 [7] 有机质的腐烂与分解 。 在正常情况下, 水体 中的溶解氧含量始终会保持在相对恒定 的水平; 而在富营养化的养殖水体中, 蓝藻的 大规模暴发以及死亡藻体的分解, 极大 地消耗了水体中的溶解氧,导致水体呈现出缺氧甚至是无氧状态,极易引发“泛塘” 现象, 导致对虾因缺氧而大量死亡。 另外, 在以蓝藻为 优势群落的养殖水体中, 蓝藻 的死亡直接会导致水体中浮游植物总量的锐减,继而影响水体中的光合作用的产氧 量,造成溶解氧含量下降。 (4)增加水产养殖动物的染病率在蓝藻暴发的养殖水体中, 死亡的蓝藻藻体会释放大量的有机物质, 这些物质通 常会富集于水体底部, 大量的消耗溶解氧并散发出腥臭味, 极大程度地刺激了化能异 养细菌的滋长, 但这其中的绝大多数细菌对对虾来说并不是有益菌, 而是危害极大的 致病菌,促使对虾的染病率显著上升。 (5)释放大量的有毒有害物质 蓝藻在整个生命过程中, 可通过代谢活动向水 体中释放含有羟胺类化合物 的外毒 素,损伤虾类的鳃组织,干扰其新陈代谢的正常运行,麻痹神经系统,致使其死亡; 另外, 蓝藻的大量死亡亦会释放硫化氢、 羟胺、 蓝藻毒素等各类有毒有害物质, 严重 败坏养殖水体,致使对虾中毒死亡。值得注意的是,这些中毒现象通常为急性中毒, 难于救治。 世界上的产毒蓝藻主要为: 微囊藻属 (Microcystis ) 、 束丝藻属 (Aphanizomenon)、 2广东海洋大学硕士学位论文 鱼腥藻属 (Anabaena ) 、 念珠藻属 (Nostoc ) 鞘丝藻属 (Lyngbya ) 、 颤藻属 (Oscillatoria ) 以及节球藻属(Nodularia ) 。不同的藻类能够产生不 同的藻毒素,表现出不同的毒性 [11] [12] [13] ,产生不 同的 毒性 效应 。 目前 所报 道的蓝 藻毒素 主要 有:神 经毒 素 ( 类毒素 [14-16] [15] [16] [12,17] [18-21] [22] a 、 类毒素 as 和麻痹性贝毒 ) 、 肝毒素 (微囊藻毒素 、 节球藻毒素 )、 [11] [11] 皮疹毒素 、细胞毒素 。 (6)破坏水体生态系统的正常功能生态系统(ecosystem)是由各生物群落与无机环境所构成的统一的整体,是生 物与环境、生物与生物之间所形成的相互依赖、相互制约的复杂体系,其内部物质、 能量和信息的流动与交换均维持着一 种动态的平衡。在蓝藻大规模暴发的水环境中, 有害藻类急速繁殖成为优势种,甚至是单一种;水体 pH 改变、粘度增加、叶绿素 a 升高、 溶解氧降低、 生化需氧量和化学耗氧量 上升等各种因素的变化, 打破了生态系 统内部各组分间的动态平衡, 系统的稳定性降 低、 抗性减弱, 结构和功能遭到了严重 的破坏。 1.2 藻类 控制技 术的研 究概况占地球约 71% 的水体蕴含着丰富而多样的资源,是人类赖以生存和发展的基础。 但是, 由于人类对经济利益过度并盲目的追求 , 对水环境防护意识的匮乏, 导致水环 境质量急剧恶化,藻类暴发的频率逐步加快,产生的危害日 益严重,给人类的生产、 生活, 乃至健康都造成了重大的影响, 已成为 世界性的重大危害之一。 对藻类暴发的 控制与治理已迫在眉睫, 探寻耗资少、 收效快、 副作用少、 稳定性强、 治理彻底并适 用性广的技术 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 和处理手段更是解决此类问题的重中之重。 目前的治理方法主要有 以下三种: 1.2.1 物理方法物理措施主要是利用一些设备和器具将水体中的藻类分离、 打捞, 进而去除藻体 的方法。 物理方法是最为直接的、 最为快速的除藻措施, 但由于需要投入大量的人力、 物力和财力,因此该方法仅限于小范围水体的使用。主要有:?)直接过滤法;?) 气浮除 藻法;?)微滤法;?)遮光技术。另外,粘土法因操作方便、除藻效果好, 是目前国际上所公认的一种方法。 该方法主要 是通过粘土颗粒对藻体的絮凝作用而除 藻,日本在 20 世纪 80 年代初开展了该技术的 应用性试验。 1.2.2 化学方法 化学除藻法是利用化学药剂或者是矿物物质来破坏藻体细胞、抑制其生物活性, [23] 最终杀灭和去除藻类的方法 。 一直以来, 该方法因其见效快、 工程量小而倍受青睐。 目前,化学措施主要有两大类: 1.2.2.1 化学药剂直接杀灭法 该方法是消除暴发性藻类的常用方法之一。最早所采用的化学除藻剂为 CuSO , 4 3 侧孢短芽孢杆菌溶藻活性物质特性及其对虾池颤藻溶藻的研究 但该物质极易溶于水, 在使用过程中已形成局部浓度过高的态势, 易对动植物产生毒 性影响, 对生态系统产生破坏作用, 同时其在 水体中的迁移与转化速率极高, 药效的 持久性差并易引发二次污染。美国早在上个世纪中期就对 4700 多种化学药剂在实际 [24] 水域中的 除藻效 果进行 了实验 ,但其 收效甚 微 。目前, 研发 投入浓 度低、 杀灭效果 好、 成本低、 残留少、 无副作用的环境友好型化学除藻剂已成为当今发展的主流, 臭 氧、 过氧化氢、 次氯酸钠、 高锰酸钾等试剂纷纷被用于杀灭藻类的研究当中。 除了无 机除藻剂, 有机除藻剂因活性持续时间长, 生物破坏性小更是成为许 多科研工作者研 究的对象,如:碘伏、新洁尔灭、异噻唑啉酮等。 1.2.2.2 化学絮凝法 化学絮凝法是通过向水体中投加一定量的絮凝剂, 促使藻类发生凝聚, 进而经过 沉淀去除藻体的一种方法。 目前, 化学絮凝剂主 要有无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类, 而使用最为普遍的主要是无机絮凝剂中的铁盐和铝盐。 例如: 向水体中投入一定量的 氧化铝溶胶聚合体,1min 后藻体的活力明显受 到抑制,30min 后绝大多数的藻体细胞 被凝聚。 对于有机絮凝剂, 有研究显示一聚丙烯酰胺一丙烯酸 β羟基内酯基三甲基氯 化铵、羟丙 基三甲 基氯化铵 基壳聚 糖和 N,N,N, 一三甲基壳 聚糖季铵 盐等对 藻类具有 [25] 极大的凝聚潜力 。 总之, 化学除藻虽具有一定的优点, 但经常使 用后容易引起化学物质的积累, 造 成二次污染问题; 同时, 较易导致藻类产生耐受性、 加速产毒藻释放藻毒素、 诱发微 生物变异等。 针对这些问题, 一些学者们对各类化学方法纷纷进行了改进。 例如: 将 掺入了 CuSO 并具有一定可溶性的玻璃微粒, 可显著提高杀藻效力, 延长作用时间; 4 [26] 再进一步引入 Ag O , 可与 CuSO 产生协同效 应, 从而大大减低 CuSO 的用量 。此 2 4 4 [27] [28-30] 外, 生物载体 和粘土微粒 同化学药剂的 混合使用亦能在 减少污染和危害的基础 上, 达到对藻类的高效去除。 目前, 对化学除藻剂的一般要求为: 低毒甚至无毒、 高 效、经济、安全、方便、无害、无腐蚀等。 1.2.3 生物方法 物理和化学措施虽然在一定程度上对藻类的去除产生了积极作用, 但是这些方法 往往投资大、 收效微、 耗时长、 易引发二次污染, 同时并不能完全、 彻底的解决藻类 问题。生物控藻技术是从生态学的观点出发,以控制藻类的生物量和生产力为目的, 采取生物操纵、 生态调控与生态修复等多种生物学和生态学的控制手段, 优化出一整 [31] 套充分利用各生物的生态位的高效控藻技术 。 该方法融合了社会 、 经济和环境各方 面, 具有极高的效益, 是目前藻类控制技术的 研究热点。 针对所应用的生物类群的不 同,该方法可分为: 1.2.3.1 利用水生动物除藻 水生动物 (微型浮游动物、 鱼、 虾、 贝类等) 是藻类直接或间接的天敌, 利用食 4广东海洋大学硕士学位论文 物链中自然存在的捕食关系, 通过引入高效摄 食暴发性藻类的动物, 可以经济、 稳定 [32-34] 的达到杀灭藻类的目的。 在动物控藻技术中, 报道最早和最多的是鱼类控藻技术 , [35-37] 随着研究范围的扩大,滤食性动物和底栖动物也被逐步应用于控藻的研究当中 , 一些原生动物(变形虫 Amoebae 、纤毛虫 Ciliates 、鞭毛虫 Flagellates 等)通过直接 摄食蓝藻也具有一定的除藻能力。 但是, 该种 方法的应用存在一定的风险, 即当水体 环境中存在有毒藻类时, 毒素会随着营养级逐级放大, 对人类及其他生物的健康存在 威胁。因此,该方法仅限于对非毒性藻类的去除和治理中。 1.2.3.2 利用水生植物除藻 在水体生态环境中, 植物可以通过争夺极为有限的光照、 空间、 营养盐等, 甚至 [38-42] [43] 是分泌特殊的化感物质来抑制藻类的生长和繁殖 。Cho 等 研究发现,2 种海草 Ishige foliacea 和 Sargassum sagamianum 的 甲 醇 提 取 液 对 球 等 鞭 金 藻 (Isochrysis [44] galbana )的生长能够产生高效的抑制作用。Jeong 等 报道了 4 种海草 Corallina pilulifera ,Ulva pertusa ,Ishige foliace 和 Endarachne binghamiae 的甲醇提取物均能 不同程度的抑制多环旋沟藻(Cochlodinium polykrikoides )的生长。 目前, 能够产生化感物质的水生植物主要有凤眼莲、 芦苇、 浮萍、 满江红、 金鱼 [45] 藻、 马蹄莲、 芦竹、 紫萍、 灯芯草、 苦草、 石 菖蒲、 穗花狐尾藻 等 十几种 。 它们对 藻类的