学士学位论文：茶渣提取液对淡水藻类生长影响的研究

学士学位论文
题目： 茶渣提取液对淡水藻类生长影响的研究

院（系） 化工学院
专 业 环境工程
届 别 2012届


茶渣提取液对淡水藻类生长影响的研究
摘要
本论文以蛋白核小球藻，斜生栅藻和水华微囊藻为实验材料，通过分析茶渣提取液对蛋白核小球藻，斜生栅藻和水华微囊藻藻密度、叶绿素含量、过氧化氢酶(CAT)以及超氧化岐化酶(SOD)活性和脂质过氧化丙二醛(MDA)含量的变化，研究了其中的化感物质对蛋白核小球藻、斜生栅藻和水华微囊藻生长的影响，并讨了茶渣提取液对三种淡水藻类的化感作用机理。研究发现茶渣提取液中的化感物质对蛋白核小球藻、斜生栅藻和水华微囊藻有抑制作用，且随着其浓度的增大，三种藻受到的抑制作用越明显，这表明茶渣提取液对藻类的化感作用具有一定的浓度依赖性。蛋白核小球藻、斜生栅藻和水华微囊藻96h半效应浓度EC50值分别7.48 g/L、0.826 g/L和0.533 g/L。茶渣中的化感物质使三种藻的藻密度、叶绿素含量降低，使CAT、SOD酶活和MDA含量升高。由以上结果可以推测氧化损伤可能是茶渣中的化感物质对蛋白核小球藻、斜生栅藻和水华微囊藻生长的化感作用重要机理之一。
关键词：茶渣提取液；化感物质；淡水藻类；氧化损伤



Tea-leaf e*tracts of freshwater algae growth impact study
Abstract
In this thesis, Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus obliquus and Microcystis flos-aquae as e*perimental materials to e*plore the allelopathic matter in the tea-leaf e*tract of Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus obliquus and the inhibition of Microcystis flos-aquae, on this basis, further study of allelochemicals on the chlorophyll content of Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus obliquus and Microcystis flos-aquae, catalase (CAT) and supero*ide Qidismutase (SOD) activity and lipid o*idation of malondialdehyde (MDA), and speculated that the mechanism of the tea-leaf e*tracts on allelopathic effects of three kinds of algae. Allelochemicals in the tea-leaf e*tract of Chlorella pyrenoidosa, Scenedesmus obliqu
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略2213字，正式会员可完整阅读）……　
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4.5 数据处理 28
4.5.1过氧化氢酶(CAT) 28
4.5.2超氧化物歧化酶(SOD) 28
4.5.3膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA) 28
4.6 实验结果 29
4.6.1茶渣提取液中化感物质对三种微藻超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响 29
4.6.1.1茶渣提取液中化感物质对蛋白核小球藻SOD活性的影响 29
4.6.1.2茶渣提取液中化感物质对斜生栅藻SOD活性的影响 30
4.6.1.3茶渣提取液中化感物质对水华微囊藻SOD活性的影响 30

4.6.1.4讨论 31
4.6.2茶渣提取液中化感物质对三种微藻膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量的影响 32
4.6.2.1茶渣提取液中化感物质对蛋白核小球藻MDA含量的影响 32
4.6.2.2茶渣提取液中化感物质对斜生栅藻MDA含量的影响 32
4.6.2.3茶渣提取液中化感物质对水华微囊藻MDA含量的影响 33
4.6.2.4讨论 33
4.6.3茶渣提取液中化感物质对三种微藻过氧化氢酶（CAT）活性的影响 34
4.6.3.1茶渣提取液中化感物质对蛋白核小球藻CAT活性的影响 34
4.6.3.2茶渣提取液中化感物质对斜生栅藻CAT活性的影响 35
4.6.3.3茶渣提取液中化感物质对水华微囊藻CAT活性的影响 35
4.6.3.4讨论 36
4.7小结 36
第5章 结 论 37
第6章 问题与展望 38
参考文献 39
致谢 42












第1章 绪 论
1.1 水体富营养化的危害
随着世界人口的增长和工农业的快速发展,排入江河、湖泊的废水与生活污水不断增加,而水处理设施建设严重滞后,引起地表水体的严重污染,富营养化水域日益增多, 尤其城市及周围水域普遍呈现富营养化或超富营养化状态[1]。水体的富营养化已成为全球关注的焦点问题。水体富营养化是由于未处理的生活污水以及工农业废水被排入江河湖海，这些污染源含有大量的氮、磷等营养物质，引起了藻类的大量繁殖而使水中溶解氧消耗殆尽，导致鱼等水生动物窒息死亡，从而使水质恶化[2]。水体富营养化主要危害有以下几点：
1.1.1 水质恶化
水体中蓝绿藻或甲藻大量繁殖，浮游植物数量急剧增长。悬浮物量(浮游生物、细菌等)显著增加；水体pH值上升，而深层溶解氧量降低；能形成赤潮或水华。
1.1.2 水厂供水的影响
藻类大量繁殖水域的水源水进入自来水厂后，处理难度将比以往大、处理成本也升高。在加氯消毒后，某些藻类代谢产物可形成致突变物质，再加上水中的气味以及毒素有时候难以除尽，会严重影响水厂出水质量。
1.1.3 水产养殖的影响
水中的溶解氧被大量藻类的夜间呼吸及死亡藻体的分解而消耗水，致使水体缺氧，导致鱼、贝类等水生生物窒息而死；藻类也可堵塞鱼、贝类的腮和进出水孔而引起其死亡；贝类体内也会富集某些藻毒素，虽对贝类无致死作用，但经过食物链也会危及其它水生生物和人类健康。
1.1.4 旅游业的影响
水体中的藻类大量繁殖后，水体透明度下降，并变浊，甚至有大量的藻类团块漂浮水面，还有土腥素及硫醉、胺类、酮等多种具气味化合物的产生，使水体臭味弥漫，致使水体丧失部分甚至全部旅游观光功能。
1.2 除藻技术
传统除藻技术大体可分为物理法、生物法和化学法三类。
(1) 物理法。主要有隔离法、超声波法、微滤机除藻、活性炭吸附、气浮法等。物理法对低密度或底层藻类的灭杀效果不好、费用高，并且难于大面积使用[3]。
(2) 生物法。主要有微生物抑藻、动物捕食法等。其优点是方法简单，适于在养殖水域使用。但当水体中藻密度过高时水体内溶解氧低，动物不能生长。同时藻毒素能危及动物的生命或者在动物体内蓄积，从而危害人体健康[4]。
(3) 化学法。这是抑藻方法中效果最好、最常用的方法。该方法是应用化学药品(如CuSO4)直接杀死有害藻类。该法的特点是见效迅速、操作简易，缺点是铜等重金属离子在生态系统中存留时间长，同时在食物链中传递、富集，最终给人类带来危害 [5]。
传统除藻技术存在明显的局限和不足，因此人们一直在探讨新型高效，环境友好型的藻类控制技术。化感作用和化感物质的发现为开发藻类控制技术提供了新方向。近年来，有许多科学家对抑藻化感物质的研究已经取得一定的成果，化感作用也开始应用到富营养化水体藻类控制领域。化感物质大多自然条件下就能降解，在生态系统中也不会长期积累，生态安全性相当好。因此，将化感物质应用于藻类控制具有良好的应用前景[6]。
1.3 化感物质
植物化感作用实现的途径是向环境释放化学物质，这些起作用的化学物质称为化感物质[8]。化感物质是植物产生的次生代谢物质，其影响其它生物的生长是因为化感物质可以通过不同的途径释放到环境中。
1.3.1 化感物质的种类
化感物质种类有很多，Rice(1974)把各种化感物质归纳为14种[7]：⑴水溶性有机酸、酮、脂肪族醛及直链醇；⑵简单不饱和内脂；⑶长链脂肪酸和多炔；⑷苯醌、复醌及蒽醌；⑸苯甲酸及其衍生物和简单酚；⑹肉桂酸及其衍生物；⑺香豆素类；⑻类黄酮；⑼丹宁；⑽类萜和甾类化合物；⑾氨基酸和多肽；⑿生物碱和氰醇；⒀硫化物和芥子油苷；⒁嘌呤和核苷。其中酚类和类萜化合物较为常见。酚类主要存在于樟科等26种植物类群中，其总量比其他种类化感物质的总量还要多。因为它们的水溶性和成盐性，所以它们易于被雨水淋溶，被土壤吸收，而且它们的分子量跨度较大。类萜化合物是仅次于酚类的第二大类化感物质。这类化合物大多数存在于菊科植物中，它们是主要的挥发性物质，水溶性差，雨水将其淋溶到土壤中会比较难。另外，按照化学结构也可将其分为5大类：脂肪族、芳香族、含氧杂环化合物、类萜和含氮化合物[6]。
本文茶渣中包含有许多生物活性成分, 具有多种生理、药理作用。茶叶提取物亦具有较广的抗微生物作用。茶叶的成分主要包括维生素、无机盐、微量元素、复合多糖、氨基酸、生物碱及茶多酚。茶多酚主要包括四种多酚类化合物: 没食子酰表儿茶素、没食子酰表没食子儿茶素( EGCG) 、表儿茶素和表没食子儿茶素, 其中EGCG 的浓度最高, 起主要杀菌作用。目前研究表明茶叶提取物杀菌作用的主要途径是通过干扰破坏细菌细胞膜的脂质双分子膜。
1.3.2 化感物质的释放方式
化感物质的释放方式有以下四种[8]：①挥发：挥发性化感物质主要是萜类化合物。②淋溶：化感物质由活的植物茎、叶和植物残体分解后产生，最终到土壤中，这个淋溶过程是这些化感物质从植物体表经雨水、露水冲洗实现的。以配糖苷形式存在的香豆素类化合物就是以淋溶为释放方式而进入环境的。③根系分泌物：根系活动和地下种子库主要受这种化感物质释放方式的影响，该领域在当前也受国内外关注度高。化感物质诸如阿魏酸和肉桂酸等是由植物根系分泌的，它们不仅能抑制周围植物的生长，而且能产生自毒作用。④植物残体分解后释放：微生物分解植物及其某些器官死后含有的复合物或聚合物，从而释放出某些化合物，其化感作用对周围植物的表现如酚类物质在杉木根桩被分解过程中释放，从而影响下一代杉木的生长。
1.3.3 化感物质的作用特点
化感物质的作用特点有以下三点[9]：①选择性和专一性。选择性表现为对该种或类植物有化感作用，而对除此之外的植物没有抑制作用，专一性变现为一般只对该种或类植物有抑制作用；②复合效应。混合多种化感物质之后，可能会产生叠加效应，可能混合物的抑制效果会得到增强；③功能多样性。化感物质不仅对植物产生化感作用，而且具有许多其它功能。
1.3.4 化感物质的抑藻机理
化感物质抑制藻类生长的方式有很多，没有统一的抑制机理的结论。从目前的报道来看，化感物质主要影响藻的细胞膜，叶绿素，生物体酶等，其抑制藻类生长途径主要包括：
① 对细胞膜的影响。化感物质降低了细胞膜的完整性，通过膜结构和功能的改变，使离子的渗出增加，由于细胞代谢是一个协调运作的一系列反应，不可避免影响藻细胞的生理生化代谢活动。何梅等[10]研究肉桂酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的抑制作用，发现O2—•的含量和膜脂质过氧化产物丙二醛(MDA)均升高，说明在肉桂酸处理后，O2—•含量升高，从而引起膜脂质过氧化增加，导致了藻细胞膜的损伤，细胞的功能进而也受到影响。张庭廷等[11]研究了亚油酸对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的抑制机理，结果表明，亚油酸的抑藻机理可能是通过产生O2—•，导致细胞质膜的膜质出现过氧化，而改变了细胞膜通透性，并损伤了DNA等生物大分子，叶绿素a以及有关蛋白质的合成就被抑制了，最后藻细胞发生死亡与溶解。张庭廷等[12]还研究了酚酸类物质阿魏酸和对羟基苯甲酸对水华鱼腥藻（Anabaena flos-aquae）以及蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）的化感抑制作用及其机理，推测酚酸类物质化感抑制作用的机理可能是产生的_基引起膜脂质过氧化增加，从而引起膜结构的破坏，最后导致细胞功能受损。
② 对呼吸作用的影响。藻细胞呼吸作用的不同过程可被化感物质影响，从氧吸收，电子传递，NADH的氧化作用到CO2的产生等过程。例如，绿藻产生的化感物质能抑制线粒体的电子传导[13]。
③ 对光合作用的影响。化感物质对光合作用的影响是通过对叶绿素的破坏而实现的。
光合作用的场所在叶绿素，藻类的叶绿素可被某些化感物质破坏，藻类的同化产物因此减少，藻类的生长得到了抑制。陈卫民等[14]研究了苦草和铜绿微囊藻的相互化感作用，发现铜绿微囊藻中的丙二醛(MDA)和藻叶绿素a含量均下降，推测苦草释放的化感物质引起了铜绿微囊藻细胞内活性氧含量增多，正常的光合作用受到影响，造成了藻细胞死亡。Alsaadawi等[15]研究丁香酸、咖啡酸和原儿茶酸对豇豆(Vigna sinensis)幼苗的作用时发现，受体植物叶绿素a、总叶绿素的含量和叶绿素a/b的比率在不同浓度(1*10-4、5*l0-4、 l*10-3mmol/L）的3种酚酸作用下，都不同程度降低了。
④ 对细胞的运动、细胞分裂和生长的影响[23]。某些海洋和淡水甲藻释放的化感物质会抑制其它甲藻的生长，原因是甲藻膜上的最外层膜、鞘、鞭毛表面等附属物发生脱落使得它们遭到破坏。Anato*in-a和Microcystin-LR是由Anabaena losaquae Brebisson产生，能使绿藻(Chlamydomonas Ehrenberg)运动的能力丧失。
⑤ 对某些酶的活性的影响。化感物质影响生物体的酶活性因酶的特性不同而不同，导致出现化感物质使某些酶活性提高而另外一些酶的活性被抑制[16]。通过抑制靶标酶从而影响藻体的生理过程是多数化感物质抑藻的机理之一。改变某种物质的结构或浓度或者干扰某种酶的活性，会对藻体生命活动产生连锁反应，进而整个代谢系统也受到影响[17]。孙颖颖等[18]研究了球等鞭金藻生长抑制物(1-羟基，丙二酸二乙酯-十二烯酸异丙酯)对6种常用的微藻—牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)、纤细角毛藻(Chaetoceros gracilis)、三角褐指藻( Phaeodactylum tricornutum)、新月菱形藻(Nitzschia closterium)、扁藻(Platymonas elliptica）和盐藻(Duna ……（未完，全文共34554字，当前仅显示6215字，请阅读下面提示信息。收藏《学士学位论文：茶渣提取液对淡水藻类生长影响的研究》）