黄酮类化合物抑制水华蓝藻生长繁殖的研究

摘要

蓝藻水华暴发对水环境生态和人类健康都造成巨大威胁，植物化感物质是极具前景的水华暴发生态防治办法之一，黄酮类化感物质作为对抑制水华蓝藻生长繁殖具有良好效果的化合物受到人们的广泛关注。本研究选取一系列结构上具有代表性的黄酮类物质，研究其对于蓝藻水华代表性优势物种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和阿氏浮丝藻（Planktothrix agardhii）的抑制作用，分析黄酮类化合物的结构特点与抑藻活性之间的联系，并通过生化分析手段考察黄酮类化合物抑藻的微观作用机理，为黄酮类化合物在实际蓝藻水华治理中的应用提供理论支撑。本研究取得的主要结论如下:
　　(1)8种黄酮类化合物均对铜绿微囊藻的生长表现出明显的抑制作用，抑制效果随着浓度的增加有所增强;且不同种化合物之间的抑藻率存在较大差异，其抑制效果从弱到强依次为白杨素＜高良姜素＜芹菜素＜黄芩素＜榭皮素≈杨梅素＜山柰酚＜木犀草素;木犀草素和山柰酚在浓度为10 mg·L-1时可以抑制培养体系中75％以上的铜绿微囊藻，两种黄酮苷新橙皮苷和柚皮苷的抑藻能力（以μM计）均优于其对应的苷元。
　　(2)发现黄酮类化合物分子结构中羟基的数目和位置都对铜绿微囊藻的抑藻效应有较大的影响。在本研究中，拥有4个羟基的黄酮类化合物具有最好的抑藻活性;总羟基数较少时，3位羟基的存在可增强黄酮类化合物的抑藻能力，而总羟基数较多时，3位羟基的存在反而会削弱黄酮类化合物的抑藻能力;拥有4'位羟基的黄酮类化合物具有较好的抑藻性能，且其抑藻性能随着B环上羟基数目的增加而增强，6位羟基的存在也可以增强黄酮类化合物的抑藻活性。
　　(3)同时发现黄酮类化合物对阿氏浮丝藻也有良好的抑制作用，四种黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的抑制强弱顺序为木犀草素（11.07μM）＞5，4’-DHF(16.91μM)＞槲皮素（20.38μM）＞山柰酚（24.35μM）。但由于阿氏浮丝藻生长缓慢，同种黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的抑制作用要弱于对铜绿微囊藻的抑制作用，但差异较小。这表明黄酮类化合物有潜力成为一种高效而广谱的对抗HABs的手段，但需要注意避免抑藻过程中释放的藻毒素造成二次污染。
　　(4)发现黄酮类化合物通过影响蓝藻光合系统、抗氧化系统和破坏细胞膜等方式来抑制蓝藻的生长。黄酮类化合物的存在会降低蓝藻细胞的叶绿素a含量，抑制其光合作用的电子传递过程，降低藻细胞的光能利用率而影响其光合作用而影响其光合作用;低浓度黄酮类化合物导致蓝藻细胞内MDA的上升，且随着黄酮浓度的增大，MDA含量产生幅度降低，而当浓度过高时，藻细胞会开始死亡，并使得其MDA含量下降，木犀草素在2 mg·L-1时便已开始引发蓝藻细胞膜不可逆的损伤乃至细胞死亡。黄酮类化合物会刺激蓝藻细胞的抗氧化系统，导致细胞内CAT酶和SOD酶的活性应激性增加，4mg·L-1的木犀草素可使阿氏浮丝藻的CAT酶和SOD酶分别增加3.95倍和6.37倍。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．2 HABs的危害

1．1．3 有害藻类暴发的形成机制和影响因素

1．1．4 我国水体富营养化汉HABs现状

1．1．5 HABs的治理手段

1．2 化感作用及化感物质抑制HABs研究进展

1．2．1 化感作用概述

1．2．2 化患作用在HABs抑制中的应用

1．2．3 化感作用抑制HABs的原理

1．3 黄酮类化感物质的特性和其在有害藻类暴发(HABs)抑制中的应用

1．3．1 黄酮类化合物概述

1．3．2 黄酮类化合物的生物有效性研究进展

1．3．3 黄酮类化合物在藻类抑制中的应用

1．4 论文研究目标及基本思路

1．4．1 研究的目的和意义

1．4．2 主要研究内容

1．4．3 技术路线

第二章 黄酮类化合物对铜绿微囊藻的抑制作用

2．1 实验材料

2．1．1 藻种及前期处理

2．1．2 试剂材料

2．2 实验方法

2．2．1 黄酮类化感物质抑制铜绿微囊藻活性实验

2．2．2 黄酮苷与其苷元的抑藻性能的对比

2．2．3 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 黄酮类化感物质的抑制铜绿微囊藻抑制效应

2．3．2 黄酮苷与其苷元的抑藻性能对比

2．3．3 分析讨论

2．4 本章小结

第三章 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的抑制作用

3．1 实验材料

3．1．1 藻种及前期处理

3．1．2 试剂材料

3．2 实验方法

3．2．1 阿氏浮丝藻的细胞密度与OD680的线性关系测定

3．2．2 黄酮类化合物抑制阿氏浮丝藻生长的实验

3．2．3 阿氏浮丝藻胞外毒紊的测定

3．2．4 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 阿氏浮丝藻的细胞密度与OD680的线性关系实验

3．3．2 黄酮类化合物抑制阿氏浮丝藻生长的实验

3．3．3 黄酮化合物对阿氏浮丝藻毒素释放的影响

3．3．4 分析讨论

3．4 本章小结

第四章 黄酮类物质抑制蓝藻生长繁殖的机理初探

4．1 实验材料

4．2 实验方法

4．2．1 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的叶绿素含量的影响

4．2．2 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的光合作用活性的影响

4．2．4 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的CAT酶活力的影响

4．2．5 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的MDA含量的影响

4．3 结果与讨论

4．3．1 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的叶绿素含量的影响

4．3．2 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的光合作用活性的影响

4．3．3 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的SOD酶活力的影响

4．3．4 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的CAT酶活力的影响

4．3．5 黄酮类化合物对阿氏浮丝藻的MDA含量的影响

4．3．6 讨论

4．4 本章小结

5．1 研究结论总结

5．2 研究展望

参考文献

作者简介