胡利靜 肖艷翼 劉騰飛 吳映捷 胡 鯤 楊先樂(lè)
(上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,國(guó)家水生動(dòng)物病原庫(kù),上海 201306)
藍(lán)藻(Cyanophyta)是單細(xì)胞原核生物,又叫藍(lán)細(xì)菌、藍(lán)綠菌或藍(lán)綠藻,是一類藻類的總稱,主要指色球藻目(Chroococcales)、顫藻目(Oscillatoriales)、念珠藻目(Nostocales)、真枝藻目(Stigonema)4個(gè)目,可在營(yíng)養(yǎng)豐富的淡水水體中出現(xiàn)。藍(lán)藻中有些種類常于夏季高溫時(shí)大量繁殖,并在水面形成一層藍(lán)綠色且有腥臭味的浮沫,稱為“水華”。藍(lán)藻水華的種類有很多,主要有微囊藻(Microcystis)、魚(yú)腥藻(Anabaena)、鞘顫藻(Lyngbya)、束絲藻(Aphanizomenon)、顫藻(Oscillatoria)[1],其中以產(chǎn)毒的銅綠微囊藻(Microcystisaeruginosa)最為常見(jiàn)。銅綠微囊藻大量繁殖時(shí),水面會(huì)被厚厚的藍(lán)綠色湖靛所覆蓋,改變了水體的理化環(huán)境,降低了水體的透明度[2],影響魚(yú)蝦等水生動(dòng)物的正常生長(zhǎng);水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被耗盡時(shí),銅綠微囊藻開(kāi)始大量死亡,藻細(xì)胞破解,使水體散發(fā)腥臭味,溶解氧減少,造成魚(yú)蝦等水生動(dòng)物的死亡,所以池塘養(yǎng)殖水體中過(guò)量的銅綠微囊藻威脅著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展,因此研發(fā)綠色環(huán)保的抑藻藥物勢(shì)在必行。
目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中藍(lán)藻的除殺多采用人工或機(jī)械打撈、化學(xué)藥物殺藻等方法。人工或機(jī)械打撈的方法雖見(jiàn)效快,但勞動(dòng)強(qiáng)度大、操作困難、耗時(shí)、效率低而且費(fèi)用高,因此實(shí)際生產(chǎn)中以化學(xué)藥物抑藻方法為主。水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的化學(xué)抑藻藥物為硫酸銅,但硫酸銅的大量使用和使用次數(shù)的增加常會(huì)使重金屬在養(yǎng)殖水域中積累,引發(fā)二次污染,并影響水生生物生長(zhǎng)等。因此,尋求經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保、有效的抑藻藥物,對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展具有重要的意義。本研究從藥食兩用的植物及常見(jiàn)的中草藥中選擇了10種藥物材料,對(duì)銅綠微囊藻進(jìn)行抑制效果篩選試驗(yàn),并對(duì)初篩藥物的有效劑量進(jìn)行測(cè)定,以期為開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保的抑藻藥物提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。
1.1.1 供試藻種
銅綠微囊藻藻種購(gòu)買于中國(guó)科學(xué)院野生生物種質(zhì)庫(kù)——淡水藻種庫(kù),編號(hào)為FACHB-434。
1.1.2 抑藻材料
蜜桔、馬水桔、蜜柚、大蒜從市場(chǎng)上購(gòu)得;鐵觀音、大麥茶購(gòu)于商店;仙鶴草、大黃、土槿皮提取物、黃連提取物等購(gòu)于藥店。
1.1.3 主要儀器
MGC-250BPY-2智能型光照培養(yǎng)箱;DU730分光光度計(jì)(美國(guó)Beckman);Allegra X-15R低速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Beckman)。
銅綠微囊藻的培養(yǎng)按淡水藻種庫(kù)提供配方,采用BG11培養(yǎng)基培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為:溫度(25.0±0.5) ℃,光照強(qiáng)度3 000 lx,光暗比12 h∶12 h,每天搖動(dòng)3~5次。
蜜桔皮、馬水桔皮、蜜柚皮水提液的制備參考文獻(xiàn)[3]的提取方法,自來(lái)水沖洗柑橘皮表面灰塵,將柑橘皮切成小塊,在烘箱中干燥。以桔皮(干質(zhì)量,下同)/去離子水為0.05 kg/L的比例,用去離子水在4 ℃黑暗中浸提4 d。
大蒜液制備:稱取100 g去皮大蒜,加入100 mL去離子水,攪拌成糜狀后擠壓得汁液,置于磨口試劑瓶中,室溫保存,大蒜質(zhì)量濃度為1 kg/L。
鐵觀音、大麥茶浸提液制備:稱取鐵觀音、大麥茶2 g,加去離子水20 mL,煮沸10 min,重復(fù)一次,合并兩次茶液并用去離子水定容至20 mL,使茶液的最終質(zhì)量濃度為100 g/L作為試驗(yàn)原液,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
仙鶴草、大黃浸提液制備參考文獻(xiàn)[4]的提取方法,按藥物/蒸餾水為0.10 kg/L的比例分別將兩種藥物加入盛一定量蒸餾水的燒杯中,置于電爐上煮沸浸提,煮沸20 min后濾出藥液,定容,使藥液質(zhì)量濃度為100 g/L作為試驗(yàn)原液,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
土槿皮提取物、黃連提取物浸提液制備:按藥物/蒸餾水為0.05 kg/L的比例分別將兩種藥物加入盛一定量蒸餾水的燒杯中,煮沸10 min后過(guò)濾,定容,使藥液質(zhì)量濃度為50 g/L作為試驗(yàn)原液,4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4.1 篩選試驗(yàn)
將銅綠微囊藻在BG11培養(yǎng)基下預(yù)培養(yǎng)10~15 d,使其處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,作為接種的藻種。在無(wú)菌條件下,在250 mL的錐形瓶中各加入20 mL藻液,初始葉綠素a為0.340 6 μg/mL,并分別加入一定量的浸提液,最后加入無(wú)菌培養(yǎng)基,使培養(yǎng)液總體積為100 mL。最終使蜜桔皮、馬水桔皮、蜜柚皮水提液質(zhì)量濃度均為6.25 g/L,大蒜液和鐵觀音、大麥茶、仙鶴草、大黃浸提液的質(zhì)量濃度均為5.000 g/L,土槿皮提取物、黃連提取物浸提液的質(zhì)量濃度均為2.500 g/L。每組3個(gè)平行,并設(shè)空白對(duì)照組。
1.4.2 有效藥物最佳抑藻濃度確定
根據(jù)篩選結(jié)果,采用二倍稀釋法將有效藥物的母液依次倍數(shù)稀釋,查看抑藻效果,確定藥物的最佳抑藻濃度。每組3個(gè)平行,并設(shè)空白對(duì)照組。
1.4.3 測(cè)定指標(biāo)
由于活體藻類中葉綠素a的含量較高,而在死亡藻體、浮游動(dòng)物及其他無(wú)機(jī)漂浮物中葉綠素a的含量較低,因此把葉綠素a含量的測(cè)定作為測(cè)量藻類生物量的重要指標(biāo)[5]。
葉綠素a測(cè)定:參考文獻(xiàn)[6]的測(cè)定方法,即取3 mL培養(yǎng)液,3 500 r/min下離心10 min,棄去上清液,然后加入等體積90%的(體積分?jǐn)?shù))甲醇,混合均勻。將混勻的溶液放置在4 ℃黑暗條件下萃取6~8 h,然后3 500 r/min下再離心10 min,取上清液,用分光光度計(jì)測(cè)定其在665 nm處的吸光度(OD665),并計(jì)算葉綠素a的含量,計(jì)算公式[7]為:
c=13.9×OD665
(1)
式中:c為葉綠素a質(zhì)量濃度,μg/mL。
表1 10種材料對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的抑制率1)
注:1)相同字母的數(shù)據(jù)間沒(méi)有顯著差異,不同字母的數(shù)據(jù)間差異顯著。
各浸提液對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的抑制率計(jì)算公式為:
IR=(1-N/N0)×100%
(2)
式中:IR為抑制率,%;N為浸提液組藻的葉綠素a質(zhì)量濃度,μg/mL;N0為對(duì)照組藻的葉綠素a質(zhì)量濃度,μg/mL。
所得數(shù)據(jù)用Excel 2003和IBM SPSS Statistics 19.0軟件程序包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
10種材料對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)抑制率的影響如表1所示。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知,從1 d時(shí)的抑制率來(lái)看,蜜桔皮、蜜柚皮、馬水桔皮對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的抑制率較大;大黃、土槿皮提取物、黃連提取物對(duì)銅綠微囊藻的抑制率次之,且3者之間無(wú)顯著差異;大蒜、大麥茶對(duì)銅綠微囊藻的抑制率最低。從2 d的抑制率來(lái)看,3種柑橘皮對(duì)銅綠微囊藻的抑制率依然較高,且明顯高于其他7種材料對(duì)銅綠微囊藻的抑制率;大黃、土槿皮提取物、黃連提取物對(duì)銅綠微囊藻的抑制率次之;仙鶴草、大蒜、大麥茶對(duì)銅綠微囊藻的抑制率較低。從3~5 d的抑制情況看,大蒜對(duì)銅綠微囊藻的抑制率上升較快;仙鶴草、大麥茶對(duì)其的抑制率仍保持較低水平;其他材料抑藻率較大,且不同的材料間有不同的差異性。
10種材料在不同時(shí)間內(nèi)對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a質(zhì)量濃度的影響如圖1所示。銅綠微囊藻各處理組作用的時(shí)間對(duì)葉綠素a含量的回歸方程如表2所示,其中y為銅綠微囊藻的葉綠素a質(zhì)量濃度,μg/mL;x為各處理組作用的時(shí)間,d。從圖1及表2可以看出,蜜桔皮、馬水桔皮、蜜柚皮、土槿皮提取物、黃連提取物浸提液組中銅綠微囊藻的葉綠素a含量隨著時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),各組間下降的幅度略有不同,馬水桔皮>蜜桔皮>蜜柚皮>黃連提取物>土槿皮提取物。大蒜、鐵觀音、大麥茶、仙鶴草、大黃的浸提液組及對(duì)照組中銅綠微囊藻的葉綠素a含量隨著時(shí)間延長(zhǎng)呈上升趨勢(shì),大蒜、鐵觀音、大黃的浸提液組上升幅度明顯小于仙鶴草和大麥茶,且這些浸提液組中葉綠素a含量的上升幅度均低于對(duì)照組的上升幅度,但仙鶴草和大麥茶浸提液組葉綠素a含量的上升幅度與對(duì)照組相差不大。
表2 銅綠微囊藻各處理組作用的時(shí)間對(duì)葉綠素a含量的回歸方程
各質(zhì)量濃度蜜桔皮水提液對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a的作用效果如圖2所示,其中0.39、0.78 g/L濃度組與對(duì)照組中銅綠微囊藻葉綠素a變化相似;1.56 g/L濃度組的銅綠微囊藻葉綠素a的合成呈上升趨勢(shì),但與對(duì)照組相比上升幅度降低,說(shuō)明該濃度組對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a的合成具有一定的抑制能力;3.13 g/L濃度組使銅綠微囊藻的葉綠素a基本維持在初始值(0.340 6 μg/mL)狀態(tài);而6.25、12.50、25.00 g/L濃度組能明顯抑制銅綠微囊藻葉綠素a的合成。
圖1 10種材料對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a質(zhì)量濃度的影響Fig.1 Effect of 10 kinds material on growth of M. aeruginosa
圖2 蜜桔皮對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.2 Effect of Tangerine peel on growth of M. aeruginosa
如圖3所示,馬水桔皮水提液質(zhì)量濃度為1.56 g/L時(shí)銅綠微囊藻的葉綠素a能基本維持在初始值狀態(tài),當(dāng)小于1.56 g/L時(shí)對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a的合成抑制率減弱甚至促進(jìn)其合成,當(dāng)大于1.56 g/L時(shí)能抑制銅綠微囊藻葉綠素a的合成。
如圖4所示,蜜柚皮水提液0.78、1.56 g/L濃度組的葉綠素a與初始值相比略有增長(zhǎng),而3.13 g/L濃度組與初始值相比略有下降,0.39 g/L濃度組的葉綠素a反而超過(guò)了對(duì)照組的葉綠素a含量,而大于3.13 g/L的各濃度組均對(duì)銅綠微囊藻的葉綠素a合成具有抑制作用。
圖3 馬水桔皮對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)影響Fig.3 Effect of Mashui orange peel on growth of M. aeruginosa
圖4 蜜柚皮對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effect of Pomelo peel on growth of M. aeruginosa
大蒜液對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a質(zhì)量濃度的影響如圖5所示。0.313 g/L濃度組對(duì)其葉綠素a的合成無(wú)抑制作用,其他各濃度組隨著時(shí)間的延長(zhǎng)葉綠素a含量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),但在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)其葉綠素a均低于對(duì)照組,且隨著大蒜液濃度的增大葉綠素a含量的增長(zhǎng)幅度降低。當(dāng)其大于5.000 g/L時(shí),葉綠素a含量基本維持在初始水平。
圖5 大蒜對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.5 Effect of Allium sativum on growth of M. aeruginosa
圖6、圖7分別為鐵觀音、大黃浸提液對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)影響趨勢(shì)圖。在2.500 g/L時(shí)兩種材料均使銅綠微囊藻的葉綠素a維持在初始值附近;當(dāng)大于2.500 g/L時(shí)兩種材料均能有效抑制銅綠微囊藻葉綠素a的合成,且大黃的抑制效果好于鐵觀音;當(dāng)小于2.500 g/L時(shí),除大黃1.250 g/L濃度組外其他濃度組中的葉綠素a含量與對(duì)照組的接近且均呈增長(zhǎng)趨勢(shì);大黃1.250 g/L濃度組葉綠素a含量雖有增長(zhǎng)趨勢(shì),但明顯低于對(duì)照組。
圖6 鐵觀音對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.6 Effect of Tieguanyin tea on growth of M. aeruginosa
圖7 大黃對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響 Fig.7 Effect of Radix et Rhizoma Rhei on growth of M. aeruginosa
如圖8、圖9所示,土槿皮、黃連提取物浸提液對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a含量的影響相似。當(dāng)大于2.500 g/L時(shí),兩種材料各濃度組中的葉綠素a均呈下降趨勢(shì),且濃度越大其下降幅度越大;當(dāng)小于2.500 g/L時(shí),兩種材料各濃度組中的葉綠素a均呈上升趨勢(shì),且隨著濃度降低其上升幅度增加,但各濃度組上升幅度均低于對(duì)照組。
圖8 土槿皮提取物對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.8 Effect of Cortex Pseudolaricis on growth of M. aeruginosa
圖9 黃連提取物對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響Fig.9 Effect of Rhizoma Coptidis on growth of M. aeruginosa
目前,防治淡水水華的發(fā)生不僅是環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)[8],也是淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著抑藻技術(shù)的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外研究者研究溶藻菌[9-11]、水生植物[12-13]、陸生植物[14-16]等抑藻技術(shù),尤其是植物化感作用因其具有經(jīng)濟(jì)、高效、綠色環(huán)保的特點(diǎn),備受國(guó)內(nèi)外學(xué)者親睞[17-18]。目前研究報(bào)道的具有抑藻作用的水生植物有很多種[19-22],但利用水生植物直接抑制銅綠微囊藻的作用效果并不理想,可能因水生植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)并適應(yīng)了該特定的環(huán)境從而不再產(chǎn)生對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)具有抑制作用的代謝產(chǎn)物[23],也可能是其代謝產(chǎn)物長(zhǎng)期在特定環(huán)境中抑藻效果逐漸消亡。目前,關(guān)于藥物材料對(duì)銅綠微囊藻控制的研究,主要集中在個(gè)別藥物材料的研究[24]。如潘琦等[25]研究美人蕉種植水對(duì)銅綠微囊藻的抑制效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn),以蒸餾水培養(yǎng)3 d收集獲得的美人蕉種植水對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用,且推斷美人蕉自身代謝產(chǎn)生的化感物質(zhì)可有效抑制銅綠微囊藻的正常生長(zhǎng)。李娟等[26]發(fā)現(xiàn),50 mg/L的H2O2能有效抑制銅綠微囊藻的生長(zhǎng),且對(duì)藻細(xì)胞的生理指標(biāo)等有很強(qiáng)的損傷效應(yīng)。汪小雄等[27]發(fā)現(xiàn),浸泡5 d的荔枝落葉能抑制銅綠微囊藻的生長(zhǎng),且隨著時(shí)間延長(zhǎng),抑制效應(yīng)下降。而對(duì)于藥物材料篩選方面的研究報(bào)道卻較少[28]。因此,本試驗(yàn)選擇了10種陸生藥物材料,用其浸提液進(jìn)行了對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)抑制的研究,發(fā)現(xiàn)不同的藥物材料浸提液對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)表現(xiàn)出不同的抑制效果。具有較強(qiáng)抑藻作用的有蜜桔皮、馬水桔皮、蜜柚皮、大黃、土槿皮、黃連,且2~5 d均可保持一定的抑藻率,說(shuō)明這幾種材料均有持久抑藻的作用效果;其次是鐵觀音、大蒜;而大麥茶和仙鶴草在試驗(yàn)期間其抑制率一直小于30%,可認(rèn)為這兩種材料對(duì)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的影響作用不明顯。另外,大蒜、大黃在前期抑制率較低,隨著時(shí)間延長(zhǎng)其抑制率增幅較大,可能是由于浸提液中的有效成分需要一定的活化時(shí)間后才能發(fā)揮抑藻效果;蜜桔等柑橘皮含有豐富的生物活性物質(zhì)[29],具有抗菌、抗病毒等作用[30]。柑橘、大蒜、鐵觀音都是人們常用的食物及飲品,較之土槿皮、黃連更加方便易得,綜上而言這幾種材料有望作為抑藻劑的制備材料。
為了進(jìn)一步了解有效抑藻材料的最佳抑藻濃度,本試驗(yàn)采用二倍稀釋的方法對(duì)銅綠微囊藻進(jìn)行抑制試驗(yàn)。柑橘皮類水提液對(duì)銅綠微囊藻有低促高抑的作用效果,這與梁宇斌等[31]的研究結(jié)果類似,臍橙皮提取液有低促高抑的作用效果,在質(zhì)量濃度為1.66 g/L時(shí)對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,而在3.31、6.62 g/L時(shí)對(duì)其具有明顯的抑制作用。本試驗(yàn)得到的具體結(jié)果與之略有不同,可能是由于柑橘種類不同或所產(chǎn)地區(qū)不同所致。不同種類的中草藥材料對(duì)藻的影響可能起抑制作用,也可能起促進(jìn)作用。劉東超等[32]研究了馬齒覓、桔梗、花粉等對(duì)亞心形扁藻生長(zhǎng)的影響,表明其對(duì)亞心形扁藻有一定的促進(jìn)作用,且作用的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.50%、0.75%和1.00%。周銀環(huán)等[33]研究了3種中草藥對(duì)綠色巴夫藻生長(zhǎng)及葉綠素a含量的影響,結(jié)果表明添加一定量的當(dāng)歸、桔梗能提高綠色巴夫藻的生長(zhǎng)及葉綠素a含量。當(dāng)歸、桔梗屬于營(yíng)養(yǎng)性的藥物材料,仙鶴草也屬于該類材料,本試驗(yàn)中雖然并未出現(xiàn)促進(jìn)銅綠微囊藻生長(zhǎng)的作用效果,但其抑藻效果并不明顯。土槿皮等具有殺菌、抗病毒的作用,本試驗(yàn)中其對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)具有抑制作用效果。因此,選擇合適的抑藻材料對(duì)抑藻機(jī)制的研究及抑藻劑的研制非常重要。
(1) 從10種材料中篩選出8種有效抑制銅綠微囊藻生長(zhǎng)的材料:大黃、黃連、土槿皮、蜜桔皮、馬水桔皮、蜜柚皮、鐵觀音、大蒜,且抑藻的作用效果能夠持久。而大麥茶、仙鶴草不能有效抑制銅綠微囊藻的生長(zhǎng)。
(2) 蜜桔皮等柑橘皮類水提液在低濃度時(shí)促進(jìn)銅綠微囊藻的生長(zhǎng),具有低促高抑的作用效果。而黃連、土槿皮等藥物材料在低濃度時(shí)抑制作用較弱。
(3) 由于本試驗(yàn)中的藥物材料浸提液本身具有顏色,考慮到應(yīng)用時(shí)對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響,各材料抑藻質(zhì)量濃度如下:蜜桔皮、蜜柚皮水提液為6.25 g/L;馬水桔皮水提液為3.13 g/L;鐵觀音、大黃浸提液及大蒜液為5.000 g/L;土槿皮、黃連提取物浸提液為2.500 g/L。參考文獻(xiàn):
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