对叔丁基邻苯二酚对铜绿微囊藻的抑制效应及机理研究

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随着人类活动的增加,水体富营养化程度加剧,导致藻类大量繁殖并形成水华,对水资源的利用、水体的景观生态功能等造成严重的威胁。在众多水华治理研究中,利用植物化感作用及其分泌的化感物质对水华进行治理因其具有高效、生态安全性较好等特点受到了广泛的关注。基于课题组前期的工作成果,从藻滤液中甄别出对叔丁基邻苯二酚(TBC)是一种对有害蓝藻具有化感活性的物质。本论文以铜绿微囊藻作为研究对象,开展了TBC抑藻效果及其影响因素的研究,并在此基础上初步探究TBC抑藻机理以及抑藻过程中藻细胞内有机物的释放情况。此外还将TBC与两种典型酚酸类化感物质(邻苯二酚、龙胆酸)对两种蓝藻水华常见藻种(铜绿微囊藻、水华微囊藻)的抑制效果进行对比研究。TBC对铜绿微囊藻生长具有显著的抑制效果。在初始藻密度为1×10~6cells/m L,TBC投加浓度为0.05-2.0mg/L的条件下,TBC对铜绿微囊藻的抑制效果随投加浓度的增加而有所减弱;其中,0.05mg/L的TBC投加浓度即可表现出快速高效的抑制效果。初始藻密度、pH、水温对TBC抑藻效果产生一定的影响。藻液初始密度越高,需要更大剂量的TBC;在pH为6.5-8.5范围内,TBC能保持较好且持久的抑藻效果,而在碱性较强的环境(pH>9.5)下抑藻效果有所削弱;在水温为15-35℃范围内,TBC均可有效抑制铜绿微囊藻生长,其中25℃条件下的抑藻效果最佳。TBC的投加使得铜绿微囊藻产生明显的应激反应,但实验结果显示应激反应的程度与投加浓度之间没有显著的趋势关系。应激反应具体表现在:促进铜绿微囊藻细胞内超氧阴离子自由基(O2·-)的产生。当接触时间较短、药剂浓度较低时,O2·-的产生与消除处于动态平衡状态,而随着时间延长,TBC对藻细胞的氧化胁迫加重,O2·-的产生与消除失去平衡,导致O2·-不断积累。在TBC的作用下,细胞膜脂质过氧化,藻细胞通过增加胞内还原型谷胱甘肽(GSH)和还原型抗坏血酸(As A)的含量以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性来抵抗外界的胁迫,而随着时间延长,藻细胞抗氧化能力的增强不足以及时清除过量的自由基时,则导致细胞受到破坏,引起酶活性降低。当铜绿微囊藻遭受TBC胁迫作用时,其胞外有机物的组成和浓度有着明显的变化。具体表现为:藻细胞释放更多的多糖;当TBC浓度达到0.05mg/L及以上时,TOC浓度在接触反应第1d达到最大值;三维荧光光谱结果显示,胞内大量的溶解性微生物产物、腐殖酸类、富里酸类物质及少量的芳香族蛋白质释放到溶液中,而且释放量受TBC投加浓度影响,但随着时间的延长,该类物质会发生一定的分解、降解。对比研究了对叔丁基邻苯二酚、邻苯二酚、龙胆酸对铜绿微囊藻和水华微囊藻的抑制效果。结果显示,对叔丁基邻苯二酚、邻苯二酚、龙胆酸对铜绿微囊藻的半抑制浓度分别为0.035mg/L、1.038mg/L、3.368mg/L;而对水华微囊藻的半抑制浓度分别为0.150mg/L、1.687mg/L、4.457mg/L。无论从剂量、最大抑制率抑或是持久性分析,三种酚酸类物质对铜绿微囊藻及水华微囊藻生长的抑制效果由强至弱依次为对叔丁基邻苯二酚、邻苯二酚、龙胆酸。而且这三种酚酸类物质对铜绿微囊藻的抑制效果均好于对水华微囊藻的抑制效果。
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