芦竹热解醋液对短裸甲藻的抑制作用研究
据2013年中国海洋环境状况公报显示,我国近岸约6.5万平方公里的海域呈重度富营养化状态,海洋赤潮灾害多发,海洋环境突发事件风险加剧。全海域共发生赤潮46次,累计面积4070平方公里。赤潮作为全球性的海洋灾害,给渔业养殖、海洋生态和大众健康造成的危害日趋严重。而现有赤潮治理办法不能安全经济有效的控制赤潮,因此,开发一种安全环保的除藻剂依然是海洋生态治理的难题和关键。同时,我国湿地面积广阔,水生植物储量巨大,芦竹作为水生常见植物在我国有效种植面积超过20万hm2,总产量超过1000万吨。而目前生物质收割后不仅没有妥善处理和利用甚至造成资源浪费和二次污染,实际上这些生物质开发利用潜力巨大。生物质转化利用技术中热解液化技术备受关注,其液相产物中的轻质组分(热解醋液)常做为副产品收集,而实际上生物质醋液具有很高的生物活性,能够抑制某些植物及有害微生物的生长。 因此本文以湿地常见水生植物芦竹为生物质原料,分别将其在300、400、500、600℃下进行热解,通过自制冷凝装置收集醋液,比较不同醋液的理化性质并明确醋液的化学组分。同时研究各醋液对短裸甲藻细胞生长和运动能力的抑制作用,并从氧化损伤的角度进一步探究对藻细胞抑制的机理,以期为水生植物的高价值利用和赤潮治理提供新的解决思路。 本文对比研究了芦竹四种不同温度热解醋液的理化性质并通过GC-MS分析醋液中的化学组分,结果显示,各温度醋液含水量60％以上,化学组分差异不明显,均含有30种以上化学物质,其中40%以上是乙酸,其次含量较高的物质有2,6-二甲氧基苯酚、糠醛(呋喃甲醛)、邻甲氧基苯酚(愈创木酚)、2,3-二氢苯并呋喃、5-羟甲基糠醛。不同温度醋液对藻细胞的抑制作用不同,72h半效应浓度(EC50)值分别为0.65、1.09、1.04、1.08ml/L,其中300℃醋液抑制效果最好。通过对藻细胞运动能力的影响发现醋液可显著抑制藻细胞的鞭毛,使其丧失运动机能,部分处理组一段时间后可恢复,而部分无法恢复运动能力。透射电镜(transmission electron microscope, TEM)观察藻细胞经300℃醋液处理的亚显微结构发现,醋液中的活性分子穿透细胞壁,先附着在磷脂双分子层,流动性增强进入细胞后损伤细胞质。小液泡包裹外源物质溶进大液泡导致液泡明显增多变大,并挤压其他细胞器,细胞质基质降解出现空腔,色素体数量减少,叶绿体内嵴局部降解,外源醋液活性分子还可进入细胞核内,损伤核内物质导致降解出现空腔。300℃醋液可诱导藻细胞叶绿素a的含量下降,细胞内MDA的积累说明发生脂质过氧化反应。在醋液作用下,细胞内总活性氧(ROS)的含量和超氧阴离子自由基(O2–·)、过氧化氢(H2O2)、和羟自由基(OH?)的含量随着醋液浓度增加而逐渐增大。抗氧化系统酶中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)为清除自由基应激产生,在一定浓度范围内一直保持升高趋势,当活性氧异常增多超过一定阈值,抗氧化酶活性也急速下降,此时藻细胞已受损死亡。在一定醋液浓度范围内,可诱导短裸甲藻离体叶绿体产生活性氧,而高浓度醋液作用下,叶绿体损伤,还可导致线粒体去极化,这与细胞内72h时ROS的变化相一致。通过加入电子传递链抑制剂的方式研究了醋液诱导藻细胞产生ROS的位点,结果显示,线粒体和叶绿体电子传递链上会产生大量ROS。
芦竹;热解醋液;短裸甲藻;抑制作用
中国海洋大学
硕士
环境科学
李锋民
2014
中文
X55
86
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）