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富营养化水体中藻类爆发性生长会给工农业、渔业用水和景观水体带来严重危害,因而有害藻类的控制成为环境领域的重要课题之一。然而,现有抑藻方法都存在缺点,最常用的抑藻剂如硫酸铜、除草剂等会产生严重的生态危害。研究开发高效、安全的抑藻方法称为环境领域的研究热点。某些水生植物能产生化感物质抑制藻类的生长。本文的目的是筛选具有强抑藻能力的植物,从中分离抑藻化感物质,并对该化感物质的抑藻机理和特性进行研究,为开发高效、生态安全的藻类抑制技术提供理论基础。
本文比较研究了芦苇、宽叶香蒲、水葱、莲、慈菇、黑三棱、茭白、水稗子、瀌草、两栖蓼、水芹、荇菜、菱、大藻、圆锥苔草、槐叶萍、金鱼藻、线叶眼子菜、菹草、大茨藻、狐尾藻、轮藻等22种植物对铜绿微囊藻和蛋白核小球藻的抑制作用的强弱。结果表明,在受试植物中芦苇对藻类的抑制作用最强,其抑制铜绿微囊藻的半效应浓度(EC50)为7.5g/L。在芦苇根、茎、叶、地下茎4部分中,叶对藻类的抑制作用最强。
从芦苇中提取、分离出了具有抑藻效果的化感物质,利用气相色谱-质谱联用仪和核磁共振仪鉴定此化感物质为2-甲基乙酰乙酸乙酯(EMA)。EMA对蛋白核小球藻和铜绿微囊藻的EC50分别为0.49mg/L和0.65mg/L。EMA是目前报道的抑藻活性最强的化感物质之一,也是首次报道的具有化感作用的酯类。抑藻机理研究表明,EMA能促进铜绿微囊藻和蛋白核小球藻叶绿素a的降解,降低其光合作用速率。EMA能使铜绿微囊藻和蛋白核小球藻细胞内过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、脱氢酶(CAT)等抗氧化体系酶活性降低,导致细胞内活性氧浓度升高,使细胞膜磷脂脂肪酸被氧化,从而导致细胞膜选择透性被破坏,细胞内K+、Ca2+和Mg2+等金属离子泄漏,最终导致细胞被破坏。
EMA的投加方式对抑藻效果有较大影响。在铜绿微囊藻和蛋白核小球藻生长的迟滞期投加EMA、投加后进入光照状态抑藻效果最好。
初步研究表明,EMA未表现出发光细菌毒性,Ames试验结果为阴性,对底泥的硝化活性也没有影响。EMA的生态毒性仍需进一步深入研究。