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化感物质抑制短裸甲藻的机理研究

更新时间:2009-03-28

化感作用是自然界中广泛存在的现象,是生物在进化过程中产生的一种对环境的适应性机制,是生态系统中自然的化学调控现象。Molish在1937年首先提出:所有类型植物(含微生物)之间生物化学物质的相互作用即植物化感作用,同时指出这种相互作用包括有害和有益的两个方面[1]。化感作用过程中释放的化学物质称为化感物质。

化感作用的研究在赤潮控制中具有重要的意义和发展前景。当前的赤潮防治技术各有利弊,从大型水生植物中提取出化感物质进行赤潮防治具备以下优势:首先,不会因为自身或其分泌出的化感物质的投加而对其他水生动物的生命造成威胁,同时也不会造成二次污染问题;其次,利用水生植物的化感作用来控制赤潮是经济的。通常来说,这些大型水生植物的产量是可观的,它既可解决化感物质分离的来源问题,还可解决大型水生植物自身的处理问题[2]

在马克思主义哲学中,实践是主要和基本的概念。理论联系实践,要求我们在新时期,鼓舞大众学习中国特色社会主义理论体系,大力弘扬民族精神和时代精神,武装全党、教育人民,高举中国特色社会主义伟大旗帜,使广大人民群众凝聚一心。我们提倡的社会主义核心价值观,是我国人民对美好社会的生动表述,是公民所应遵守最基本的道德规范,是引导我国人民提高文化水平和意识的价值导向。

1949年Hasler等报道了大型水生植物分泌的化感物质对藻类有抑制作用[3],随后,大型水生植物成为化感作用抑制藻类研究的重点所在[4-7],目前已有相当多的研究人员正致力于植物化感作用的机制研究[8-11]

实验室课题组从大型海藻孔石莼中分离提取出的化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP),已被实验证明对典型赤潮藻短裸甲藻有强烈的抑制作用[2],因此本研究直接应用邻苯二甲酸二丁酯试剂作为有效抑制短裸甲藻生长的化感物质。根据课题组的研究进展、实验室已有条件及研究背景和目的,初步探讨化感物质DBP影响短裸甲藻生长的作用机制,并对其应用前景进行分析,为沿海赤潮的控制提供理论支持,从而为有效防治赤潮提供有力的支持。

1 材料和方法

1.1 材料

邻苯二甲酸二丁酯(DBP):分析纯(AR),天津市巴斯夫化工有限公司;

短裸甲藻(Gymnodinium breve):实验前在已灭菌的海水f/2培养基(表1)中预培养,使之处于指数生长期。培养条件为:光暗比为14∶10 h,白天光照强度为12 000 Lx,温度白天23℃,夜晚20℃。每天振荡两次,避免藻类贴壁生长。

(1)检测车辆常温时启动性能。首先,要记录车辆的启动时间,测量方法过程如下:温度≥5 ℃,没有预热的情况下,按照作业规程要求直接启动车辆,与此同时用电子秒表开始记录动机开启到车辆运转的时间,并反复测试并记录三次,每次间隔时间为2 min,并且要有两次以上的启动成功记录,以启动时间最长的一次作为最后结果。

 

表1 f/2培养基配方

  

成分含量/(g·L-1)NaNO30.075 NaH2PO4·H2O0.005 CuSO4·5H2O0.009 8 ZnSO4·7H2O0.022 CoCl2·6H2O0.001 MnCl2·4H2O0.18 NaMoO4·2H2O0.006 3 FeCl3·6H2O0.003 5 Na2EDTA0.004 36 维生素B10.000 1 维生素H0.5×10-6 维生素B120.5×10-6

1.2 方法

分别将不同体积的化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到已灭菌处于指数生长期的短裸甲藻培养液中,使化感物质在藻类培养液中的浓度依次为0 mg/L、0.1 mg/L、1 mg/L和10 mg/L,每个处理设4个重复。在培养至0 h、24 h、48 h和72 h处取取藻类培养液150 mL,离心(3 000 r/10 min)收集藻细胞,冰浴后用超声波细胞粉碎机破碎细胞,12 000 g,4℃离心20 min,收集上清液,全部用于测定 MDA。

试验中记载作物各生育期,并观察记载生育期性状长势及变化情况。收获中期测定不同处理果树生长性状,分析增产原因,进行数理统计分析。

分别将不同体积的化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到已灭菌处于指数生长期的短裸甲藻培养液中,使DBP在藻类培养液中的浓度依次为0 mg/L、0.1 mg/L、1 mg/L和10 mg/L,每个处理设4个重复。在培养至0 h、24 h、48 h和72 h处取藻类培养液150 mL,3 000 r/10 min收集藻细胞,冰浴后用超声波细胞粉碎机破碎细胞,12 000 g,4℃离心20 min,收集上清液,全部用于测定H2O2

1.2.2 DBP对短裸甲藻丙二醛含量的影响

1.2.1 DBP对短裸甲藻过氧化氢含量的影响

1.2.3 DBP对短裸甲藻亚显微结构的影响

别将不同体积的化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)加入到已灭菌处于指数生长期的短裸甲藻培养液中,使化感物质在藻类培养液中的浓度依次为0 mg/L、10 mg/L,将短裸甲藻在光照培养箱中按1.1的方法培养24 h,经离心(3 381 g,3 min)后弃上清液获取藻细胞。

如:在燃料动力费中,相关大型仪器设备、专用科学装置等运行发生的水、电、气、燃料消耗费用等,严格按照燃料动力费的定义范围支出经费;日常管理运营的水、电、气、燃料等支出属于间接费用的开支范围,不能重复列支或分摊;审计中经常发现凭证中存在小轿车的汽油费,票据的抬头为个人。项目承担单位财务部门往往只核对该科目或者发票的经费额度,不核对票据是否符合专项资金规定。

本文所用原始数据有:(1)2009-2012年四期土地利用现状数据、望城区2010及2012年基本农田保护区数据、望城区建设用地管制区数据、交通状况数据(包括公路、铁路)以及行政区划数据等,均来源于全国第二次土地调查;(2)DEM数据源自中国科学院地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn/),分辨率为30m×30 m;(3)人口、GDP数据由国家地球系统科学数据共享平台(http://www.geodata.cn/)提供,栅格数据,分辨率为1km×1km。

1.3 分析测定方法

1.3.1 过氧化氢含量的测定

原理:H2O2与四氯化钛反应生成的过氧化物-钛复合物黄色沉淀,溶解于硫酸后,可在波长412 nm处比色测定。在一定范围内,其颜色深浅与H2O2浓度呈线性关系。

仪器、试剂:高速冷冻离心机、分光光度计、通风橱、微量移液枪、离心管、容量瓶(100 mL)试管、超声波细胞破碎仪;

原理:丙二醛在高温及酸性条件下与2-硫代巴比妥酸(TBA)反应生成红棕色的产物3,5,5,-三甲基噁唑2,4-二酮,该物质在532 nm处有一吸收高峰,并且在560 nm处有较小光吸收,据532 nm的吸光度可计算出溶液中丙二醛的含量。醛、可溶性糖对此反应有干扰,在450 nm处有一吸收峰,可用双组分光光度法加以排除。

100 μmol/L H2O2-丙酮试剂:取57 μL30%分析纯H2O2溶液,溶于重蒸水中,定容至100 mL,得10 mmol/L H2O2溶液。取1 mL该溶液,溶于丙酮中,并用丙酮定容至100 mL,即为100 μmol/L H2O2-丙酮试剂。H2O2试剂要保证新鲜,不能使用库存多年的。

(2)用梯度浓度为30%、50%、70%、90%、100%的乙醇系列脱水处理,每次10 min。Epon812环氧树脂包埋,37℃、45℃、65℃温箱固化,每级温度24 h。经UltracutE超薄切片机处理成半薄切片,醋酸双氧铀硝酸铅染色,由JEOL公司JEM-1200EX透射电镜观察。

在实验条件下,得到H2O2含量标准曲线如图1。过氧化氢物质的量和吸光度的线性方程为y=0.000 1x-0.002 1,其相关系数为0.996 1。

(1)标准曲线制作:①在通风橱中,按表2加入试剂。注意,在加入四氯化钛和浓氨水时,要直接加入到溶液中,以减少挥发损失和管壁附着损失。②混匀,反应5 min。③离心(12 000 g,4℃)15 min,弃上清液,留沉淀。④向各试管沉淀中加入2 mol/L硫酸3 mL,摇动,使沉淀完全溶解。⑤以0号试管为对照调零,波长412 nm处测吸光度。⑥以H2O2物质的量(nmol)为横坐标,吸光度值为纵坐标,制作标准曲线。

 

表2 H2O2浓度标准曲线各试剂加入量

  

项目试管号012345100 μmol/L H2O2-丙酮试剂/mL01.02.03.04.05.0-20℃预冷丙酮/mL5.04.03.02.01.00.010%四氯化钛-盐酸溶液/mL0.50.50.50.50.50.5浓氨水/mL1.01.01.01.01.01.0相当于H2O2物质的量/nmol0100200300400500

(2)测定:按5号试管加入各试剂,但需用-20℃丙酮将沉淀物反复清洗2~3次,直到除去色素。再向沉淀中加入3 mL(2 mol/L)硫酸,待沉淀完全溶解后进行比色测定,重复3次。

1.3.2 丙二醛含量测定

-20℃预冷丙酮、-20℃预冷浓氨水、2 mol/L硫酸、10%(V/V)四氯化钛-盐酸溶液(4℃保存);

信号系统是城市轨道交通运行的重要组成部分,能确保列车安全运营。时钟同步为工作人员和广大乘客提供了统一的标准时间,并为信号系统各设备提供统一的标准时间信号,在保证城市轨道交通的安全、稳定、正常运营起到了重要作用。

实验步骤:

(1)加2 mL预冷的0.05 m pH=7.8磷酸缓冲液,冰浴,超声波细胞粉碎机破碎细胞,共加3 mL磷酸缓冲液,两次转移至试管中。

仪器、试剂:超声波细胞破碎仪、水浴锅、试管、离心机;10%三氯醋酸、0.5%硫代巴比妥酸、0.05 mol/L磷酸缓冲液(pH=7.8)。

(2)煮沸10 min,从开始冒泡起计时,迅速冷却,5 000 r/min,离心5 min。

在那些糟糕的年月,科尔沁几乎就是风沙的代名词。正如科尔沁沙地里一位老乡说的那样——“我们这里每年两场风,一场刮半年。”有什么样的自然环境就会产生什么样的生活方式。在科尔沁沙区,风镜和纱巾绝不是科尔沁人装扮美的饰物,而是抵御风沙侵害眼睛和面部的防护用具。

(3)测定450 nm、532 nm、600 nm的吸光度。

1.3.3 透射电镜分析

(1)用4℃预冷的2.5%戊二醛(-0.1 mol/L的磷酸缓冲液配置,pH7.8)于4℃冰箱中前固定8 h,经0.1 mol/L PBS缓冲液充分漂洗3次后,用1%的四氧化锇4℃固定1 h。离心(4 428 g,10 min)之后再用PBS缓冲液(pH7.8)充分漂洗(3次,每次10 min)。

二是造成财政资金错配,影响基本公共服务均等化。涉农专项转移支付的特点是专款专用,“打酱油的钱不能买醋”。但由于专项分配申报程序复杂,上下信息不对称,往往甲地有拿到某个专项的便利,但当地并不真正需要在这个领域加以改善,而急需改善这个领域的乙地则由于种种原因无法获得这个专项。如此一来就造成了专项资金的错配,这种资源错配会导致地区间“苦乐不均”,不利于农村地区公共服务均等化。

2 实验结果

2.1 DBP对过氧化氢含量的影响

实验步骤:

  

图1 H2O2含量标准曲线

低浓度DBP与高浓度DBP对过氧化氢含量的变化影响差异很大,但都有使过氧化氢含量变高的作用。如图2所示,在低浓度DBP(0.1 mg/L)影响下,H2O2含量相较对照组略有升高,24 h时达到109.22 nmol·(107 cells)-1(对照组为90.07 nmol·(107 cells)-1),另外,其随时间变化趋势与对照组相似,前48 h变化比较平稳,48 h以后逐渐下降。而在高浓度DBP(10 mg/L)影响下,H2O2含量变化波动明显,前24 h下降,之后逐渐上升,在暴露72 h后,H2O2含量达到248.24 nmol·(107 cells)-1,约是对照组的4.67倍。

  

图2 不同DBP浓度过氧化氢含量时间变化曲线

2.2 DBP对丙二醛含量的影响

总的来说,DBP能够使短裸甲藻细胞内MDA含量升高,其中低浓度DBP影响下MDA含量变化与对照组相近,高浓度DBP影响下变化波动较大。如图3所示,DBP浓度越高MDA含量越高,其变化趋势与对照组相似。

  

图3 不同DBP浓度MDA含量时间变化曲线

在低浓度DBP(0.1 mg/L)处理后暴露24 h出现峰值0.23 μmol·(109 cells)-1,高浓度DBP(10mg/L)处理MDA含量24 h后持续上升,72 h时高达0.351 μmol·(109 cells)-1,约是对照组的2.32倍。

2.3 透射电镜分析

在DBP的作用下,短裸甲藻细胞的亚显微结构有明显变化。图4中(a)、(b)为对照组,所示短裸甲藻细胞完整且饱满,细胞膜紧贴细胞壁,叶绿体、线粒体等器官清晰可见。(c)、(d)实验组选择用10 mg/L DBP处理,从亚显微结构上我们可以看出,叶绿体、线粒体等器官变模糊,细胞空泡化,原生质膜皱缩,细胞脂质体(黑色颗粒)明显增多。

3.快递业发展基本情况。2017年,全市快递服务企业业务量累计完成32874.90万件,同比增长15.83%;业务收入累计完成44.73亿元,同比增长14.81%。其中,同城业务量累计完成11836.10万件,同比增长19.93%;异地业务量累计完成20799.28万件,同比增长13.05%;国际/港澳台业务量累计完成239.51万件,同比增长108.42%。

  

图4 DBP处理后短裸甲藻亚显微结构变化M:线粒体;CHL:叶绿体;PM:原生质膜

3 结论与展望

本研究表明,化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)能够使过氧化氢含量升高。由于化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)引起的活性氧自由基含量波动可以通过机体自身的抗氧化酶的作用恢复正常,前48 h,过氧化氢含量变化大致稳定,但暴露48 h后,化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)对机体的过氧化损伤加剧,已经超过机体自我修复阈值,过氧化氢含量开始明显上升。

可以将列车运营日计划编配看成一个指派问题,其中:担任车次任务的车组集合为{Ti,i=1,2,…,m};待分配车次集合为{ Fj,j=1,2,…,n }。Cij代表车组Ti与车次Fj的匹配程度,Cij值越小代表匹配程度越高;决策变量Xij∈[0,1],当Xij=0时,代表车组Ti未担当车次Fj,当Xij=1时,代表车组Ti担当车次Fj。

丙二醛(MDA)作为器官衰老或在逆境条件下发生膜脂过氧化的产物之一,是常用的膜脂过氧化指标,其受化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)影响含量变化与过氧化氢含量变化呈现出一定的相关性,都有升高趋势。

另外,本实验中通过透射电镜分析发现在DBP的作用下,短裸甲藻细胞的超微结构有明显变化,叶绿体线粒体等器官变模糊,细胞空泡化,原生质膜变薄且皱缩,细胞脂质体(黑色颗粒)明显增多,而李锋民等[8]曾通过透射电镜发现2-甲基乙酰乙酸乙酯可以引起藻细胞的细胞膜破裂、细胞内片层结构的解体、细胞核和线粒体结构的损坏,与本实验所得结论相近。

总的来说,本实验进行24 h内DBP的胁迫引起了自由基的大量产生,对细胞的膜系统造成了广泛的损伤,引起膜脂的过氧化反应,从而造成了活性氧自由基(ROS)和丙二醛(MDA)含量的明显增高,同时活性氧自由基(ROS)的增高也诱导了自由基清除系统中的SOD和CAT活性显著增高,从而抵御毒性自由基对细胞的伤害。48 h时SOD和CAT的活性总体上继续增高,且在高处理浓度时维持在较高的水平,有效地阻止了自由基的伤害作用,从而引起MDA总体含量的下降,48 h之后化感物质邻苯二甲酸二丁酯(DBP)对机体的过氧化损伤加剧,超过机体自我修复阈值,活性氧自由基(ROS)和丙二醛(MDA)含量都逐渐上升,藻细胞的超微结构也被严重破坏。

因此,初步认为过氧化损伤为化感物质作用机理。DBP通过引起短裸甲藻细胞内活性氧自由基的过度积累而引起膜质过氧化,并导致短裸甲藻细胞受损,表现在叶绿体线粒体等器官变模糊,细胞空泡化,原生质膜变薄且皱缩,细胞脂质体(黑色颗粒)明显增多等,最终抑制短裸甲藻的生长。

就目前而言,这一检测方法主要分成两大类,即直线检测与角点检测。其中,直线检测主要是对图像实施边缘检测,确定图像直线,根据交点对像素坐标进行求解;而角点检测将图像灰度及其检测作为基础,对领域点范围内的灰度值发生的变化予以充分考虑。通过对相关文献的全面查阅可知,可很好对像素坐标进行检测和求解的算法包括两种,分别为SV算法与Harris算法。经试验得知,裂缝图像当中,单纯使用其中一种算法无法确定所有角点,但对两种算法进行结合使用,能得出所有角点[2]。

赤潮控制中的化感作用研究受到越来越多的关注,其成本低、副作用小,并已经取得一定成果,但在很多方面尚无突破性进展,未达成共识。今后可扩展除DBP以外更多的化感物质作用机理研究,深入到基因水平作进一步探索。

参考文献

[1] MOLISH H.Der einfluss einer pflante auf die andere:Allelopathie[M].Gustav Fisher Jena,1937:13-20.

[2] 田志佳.大型海藻化感物质对短裸甲藻的抑制作用[D].青岛:中国海洋大学,2009.

[3] HASLER A D,JONES E.Demonstration of the antagonistic action of large aquatic plants on algae and rotifers [J].Ecology,1949,30(3):359-364.

[4] 胡洪营,门玉洁,李锋民.植物化感作用抑制藻类生长的研究进展[J].生态环境学报,2006,15(1).

[5] 阎飞,杨振明,韩丽梅.植物化感作用及其作用物的研究方法[J].生态学报,2000,20(4):692-696.

[6] 尹玉丽.两类植物化感物质对赤潮藻生长的影响研究[D].广州:暨南大学,2007.

[7] ROTH P B,TWINER M J,MIKULSKI C M,et al.Comparative analysis of two algicidal bacteria against the red tide dinoflagellate Karenia brevis [J].Harmful Algae,2008,7(5):682-691.

[8] 李锋民,胡洪营,种云霄,等.2-甲基乙酰乙酸乙酯对藻细胞膜和亚显微结构的影响[J].环境科学,2007,28(7):1534-1538.

[9] GROSS E M,WOLK C P,JUTTNER F.Fischerellin,a new allelochamical from the freshwater cyanobacterium fischerellin muscicola [J].Journal of Phycology,1991,27(6):686-692.

[10] 李锋民,胡洪营,门玉洁,等.化感物质对小球藻抗氧化体系酶活性的影响[J].环境科学,2006,27(10):2091-2094.

[11] 朱擎,冯菁,吴为中,等.稻草浸泡液的抑藻效果与抑藻活性组分的初步分析[J].北京大学学报(自然科学版),2009,45(1):178-182.

 
韩锡锡,于庆云,鞠莲,李玲玲,谢冕
《海洋开发与管理》 2018年第05期
《海洋开发与管理》2018年第05期文献

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