一种马来眼子菜‑海藻酸钠小球型抑藻剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子材料制备领域，更具体地说，涉及一种马来眼子菜-海藻酸钠抑藻剂及其制备方法和应用。

背景技术：

随着湖泊富营养程度的加深，氮磷浓度增加，导致湖泊蓝藻过度生长。蓝藻爆发已成为富营养化湖泊的生态灾害。我国是世界上蓝藻水华暴发最严重、分布最广泛且水华蓝藻种类最多的国家之一。如太湖、滇池和巢湖均有大面积、高频率的蓝藻水华发生，在一些水华堆积区，蓝藻浓度已超过10¹⁰个细胞/L。蓝藻水华还会造成水体的“二次污染”，如蓝藻在生长和衰亡过程中所分泌的异味化合物或毒素等可严重影响饮用水及水产品的品质，造成严重的经济损失，还会引起水生和一些陆生动物中毒，并可能危及人类健康。藻类堆积后腐烂分解还可导致局部水域水质的严重恶化，危及供水安全。目前，控制藻类的方法有物理法、化学法和生物法。

物理法：物理方法是通过某种些物理手段(如活性炭吸附、黏土絮凝、微滤膜、机械移除等和一些大型设备(超声波)等)来达到控藻目的。虽然不会对环境产生二次污染，但成本较高、大量耗费人力物力、不适合大范围的水华治理，不能根本解决水华问题。

化学法：主要采用各种化学除藻剂(硫酸铜、氯化铜、高锰酸钾等)来控制藻类的繁殖。虽然此法省时省力，但大剂量的药剂会引发水质环境恶性循环，如溶解氧下降、鱼类死亡、生物多样性降低等，严重地影响生态系统的结构和功能，甚至可能导致整个水体生态系统的瘫痪,遗患无穷。

生物法：生物法控藻的方法主要有生物操纵、微生物和酶技术以及化感抑藻等方法。生物操纵是通过调控鱼类、底栖动物、浮游动物、噬藻体等生物滤食和牧食水体藻类来控制和去除藻类，进而促进水体生态结构的恢复。生物操纵技术优点是便于实施、费用低和前期除藻效果好，但动物对藻类的滤食和消化能力有限，不适合藻类大规模暴发时使用，也有可能促进小型藻类的生长。微生物和酶技术主要是通过病毒、细菌、真菌、放线菌和原生动物等释放酶或胞外的抗生素作用于藻类，从而达到裂解藻类的目的。其缺点在于微生物和酶活性易受受到区域、温度、pH值、盐度、水压等众多环境因素影响，并且微生物的投放可能会引起生物入侵，导致投放区微生物群落失调，藻类病毒扩散或破坏生态结构等危险，特别是病毒和细菌。

化感抑藻：化感作用是一种植物通过向环境中释放化学物质影响其他生物生长的现象。释放的化学物质称为化感物质。随着水体富营养化进程的加快，蓝藻水华频繁爆发，其导致的危害不断加剧，采用水生植物化感作用控制蓝藻水华发生发展越来越受到人们的重视。迄今为止，发现的化感物质主要可分为五大类：脂肪族、芳香族、含氧杂环化合物、类萜、和含氮化合物。研究发现，陆生植物(松树、柳树、榕树、韭菜、大麦、艾蒿和作物秸秆等)和水生植物(苦草、菹草、金鱼藻、水浮莲、穗花狐尾藻、石菖蒲和灯芯草等)均能释放化感物质抑制藻类的生长。利用植物的化感作用控制水华藻类生长的方式主要有3种：(1)将植物栽培至待处理水体，利用活体植物释放的化感物质抑制藻类(2)将死亡干燥的植物体放入待处理水体，利用其腐败释放化感物质抑制藻类；(3)将从植物中提取的化感物质施入水体抑制藻类。但植物的生长要具备相应的生境条件，同时注重不同水生植物的配置结构，构建初期稳定性脆弱，维护复杂，如沉水植物种植技术要求较高，难以存活，并且沉水植物过度滋长，会影响其他水生生物生长，又破坏水体景观，需对其进行矮化与收割，费时费力，植物的腐烂还有可能造成二次污染。因此利用化感作用而制成的生物抑藻制品作为一种新型安全的生物抑藻技术近年来倍受关注。

近年来，专家学者针对利用提取植物中化感物质的抑藻剂的制备做了较多的研究，洪喻利用苦草作为提取对象，乙醇作为提取液，制备出了一种生物碱抑藻剂(北京林业大学，一种从苦草中制备抑藻总生物碱的方法：中国专利申请号为2009101779892，申请公开日为2010年4月21日)；张胜花等人采用有机溶剂直接从水菖蒲块茎中提取活性成分得到抑藻剂(云南大学，从水菖蒲中提取天然抑藻剂及抑藻方法：中国专利申请号为201210196383.5，申请公开日为2012年12月12日)。还有学者从葱白(安徽师范大学，一种抑藻剂：中国专利申请号为201310059352.X，申请公开日为2013年7月3日)、罗汉果(安徽师范大学，罗汉果浸提液抑藻剂及其制备方法和应用：中国专利申请号为201510007221.6，申请公开日为2015年5月13日)、中草药(安徽师范大学，中草药抑藻剂及其制备方法和应用：中国专利申请号为201510007230.5，申请公开日为2015年5月6日)等陆生植物中制备出粉末状抑藻剂或浸提液抑藻剂。在一个相对开放的水体中，使用抑藻剂的方法有浸提液直接喷洒、粉状抑藻剂直接投入水体中等，这样虽然可以使得抑藻剂直接与藻类接触，在某一区域内达到较高的抑藻效率，但水流扩散稀释作用会使抑藻剂的质量浓度迅速降低，造成抑藻效果的下降，从而通过加大投加量达到抑藻效果，这样加大了处理成本，又对水或微环境造成破坏。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有的抑藻物质存在浓度分布不均和持续时间短等问题，本发明提供一种马来眼子菜-海藻酸钠抑藻剂及其制备方法和应用，本发明能有效规避沉水植物建群与后期管理难、水流扩散作用对抑藻物质浓度影响等问题，为水质净化和抑制藻类生长提供了一种有效可行的方法，可将其运用于湖泊水华藻类的控制及抑杀。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种马来眼子菜-海藻酸钠小球的制备方法，其步骤为：

(1)制备马来眼子菜粉末：将马来眼子菜烘干后粉碎过筛得到马来眼子菜粉末；

(2)制备马来眼子菜浸提物：用水浸泡马来眼子菜粉末2-3天，过滤得浸提液，用萃取剂萃取浸提液，萃取液浓缩干燥后得到马来眼子菜浸提物；

(3)制备马来眼子菜-海藻酸钠小球：以海藻酸钠为包埋液，氯化钙为交联剂，将马来眼子菜浸提物溶于海藻酸钠溶液中后再滴入氯化钙溶液中，然后进行离子交换反应，得到所述的马来眼子菜-海藻酸钠小球。

优选地，马来眼子菜的培养条件为：温室水槽内培养，温度控制在25-30℃，光照强度为2500-3000lx，12:12光暗周期，培养2-3周。

优选地，步骤(1)中将马来眼子菜在不超过80℃条件下烘干。

优选地，步骤(2)中用水浸泡马来眼子菜粉末时，马来眼子菜粉末与水的质量比例为1:(10-8)，浸泡温度为25℃-28℃。

优选地，步骤(2)中的萃取剂为乙酸乙酯，对浸提液连续萃取3次。

优选地，步骤(2)中萃取液先用无水硫酸钠干燥，回收乙酸乙酯，获得浓缩液，然后将浓缩液旋转蒸干得到马来眼子菜浸提物粉末2-3g。

优选地，步骤(3)中海藻酸钠溶液的质量浓度为4％-6％，氯化钙溶液的质量浓度为2％-3％；马来眼子菜浸提物在海藻酸钠溶液中的浓度为50-75g/L。

优选地，步骤(3)中离子交换条件为：温度4-8℃、pH为6-8，离子交换时间为1-2h。

一种马来眼子菜-海藻酸钠小球，以海藻酸钠作为包埋载体，采用上述的方法制备得到。

上述的马来眼子菜-海藻酸钠小球在抑制藻类生长领域中的应用。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的抑藻剂原料来自天然水生植物，在自然水体中易于降解，不会在生态系统中长期积累，造成二次污染，而且能承受水流的冲击力，不易扩散，提高抑藻效果；

(2)本发明中的抑藻剂的制备方法简单易行，成本低廉，抑藻性能优良，对湖泊蓝藻的抑制效率高，使用时不受季节、气候等环境因素的影响；不同浓度的马来眼子菜-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制作用的实验中(实例2)，发现此抑藻剂添加量为6mg-8mg时，对铜绿微囊藻的抑制率达95％；马来眼子菜粉末与马来眼子菜-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制作用的实验中(实例3)发现经海藻酸钠固定的马来眼子菜粉末能达到长效抑制的目的，提高了抑藻剂的利用率；而未经海藻酸钠包埋的马来眼子菜粉末在实验前7天对铜绿微囊藻的抑制效果明显，但随着时间的推移，抑制效率降低，30天后，仅为36.20％；

(3)马来眼子菜体内起到抑藻作用的物质主要为脂肪酸类、酮、萜类物质；本发明中，利用萃取剂乙酸乙酯提取的非极性化合物主要为不饱和脂肪酸和二萜类化合物，其中二萜类物质对藻的抑制效果更强；

(4)从植物体内提取的抑藻成分，释放到水体中，会发生氧化还原反应、光氧化发应和受到微生物、营养盐等影响，迅速转化，从而使抑藻效果降低，有研究指出，从狐尾藻提取出的活性成分特马里素会受到光照强度的影响，在高光照条件下，特马里素的抑藻效果不明显，还有研究发现，一种抑藻活性成分多酚在细菌存在下，抑制作用大大降低，利用乙酸乙酯从马来眼子菜体内提出的活性成分，在低中高光照强度下，抑藻效率均在88％以上(实例4)；

(5)未经固定的马来眼子菜粉末抑藻剂扩散性差，直接投入水体中，会造成某一区域的浓度过大，虽具有较好抑藻效果，但随之抑藻毒性也增大，对水生物产生毒害；纯马来眼子菜粉末抗水流冲击弱，在水流的稀释下，活性物质浓度迅速降低，从而使抑藻效果降低；由于水环境的复杂，从植物体内提取的活性成分会受到环境因子的胁迫(光照、营养盐、根际微生物等)，导致抑藻成分发生光氧化、聚合等现象，从而影响了抑藻效果；本发明，使用了天然无毒、传质性好的海藻酸钠固定马来眼子菜粉末，有利于防止抑藻剂在水体中很快降解，有效缓解环境因子带来的胁迫，达到长效抑藻的目的，提高了马来眼子菜粉末抑藻剂的利用率。

附图说明

图1为不同浓度马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球抑藻剂对铜绿微囊藻叶绿素的影响图；

图2为10天培养后不同浓度马来眼子菜-海藻酸钠抑藻剂对铜绿微囊藻抑制效率图；

图3为马来眼子菜粉末与马来眼子菜-海藻酸钠小球抑藻剂对铜绿微囊藻叶绿素的影响图；

图4为马来眼子菜粉末与马来眼子菜-海藻酸钠小球抑藻剂铜绿微囊藻抑制效率图；

图5是不同光照强度下马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻叶绿素a含量的影响图；

图6是不同光照强度下马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻抑制效率图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球的制备步骤如下：

第一步：从水生植物养殖基地采回来的马来眼子菜洗净，用扦插的方法把洗净的马来眼子菜种植于铺有底泥的，并经紫外灯杀菌的水槽内培养2周，培养期间，温度控制在28℃，光照3000lx，12:12h光暗周期。

第二步：培养结束后，取出马来眼子菜，用无菌水洗净，并置于烘箱，80℃下烘48h，烘干结束后，碾成粉末状，并用150目的网筛过筛。

第三步：称取50g过筛粉末于1L的锥形瓶中，再加入500mL的无菌水，置于振荡器中，25℃下，提取2天。

第四步：提取结束后，提取液在3500r/min下离心15min后，用孔径25mm的玻璃纤维膜(GF/F膜)过滤，得到了100g/L的马来眼子菜浸提液抑藻。

第五步：过滤而得马来眼子菜浸提液用100mL乙酸乙酯连续萃取3次，用无水硫酸钠干燥，回收乙酸乙酯，获得浓缩液。

第六步：将浓缩液旋转蒸发至干，获得粉末状抑藻剂3g，放置4℃下备用

第七步：取4g海藻酸钠加入100mL去离子水浸泡1h后，置于80℃水浴搅拌至溶解为透明胶体，冷却至室温；取40mL，4％的海藻酸钠溶液，加入上述获得的马来眼子菜浸提物粉末，混合均匀后，此时马来眼子菜浸提物在海藻酸钠溶液中的浓度为75g/L，然后用内径5mm的滴管将含有马来眼子菜粉末的包埋液滴入2％氯化钙中。

第八步：在温度4℃，pH为7的条件下在2％(质量分数)氯化钙溶液中进行1h的离子交换反应后，滤出小球，用无菌水洗涤4次以终止离子交换反应，即为直径4mm左右，重0.5mg左右的马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球。

实施例2

马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球的制备步骤如下：

第一步：从水生植物养殖基地采回来的马来眼子菜洗净，用扦插的方法把洗净的马来眼子菜种植于铺有底泥的，并经紫外灯杀菌的水槽内培养3周，培养期间，温度控制在30℃，光照2500lx，12:12h光暗周期。

第二步：培养结束后，取出马来眼子菜，用无菌水洗净，并置于烘箱，80℃下烘48h，烘干结束后，碾成粉末状，并用150目的网筛过筛。

第三步：称取50g过筛粉末于1L的锥形瓶中，再加入400mL的无菌水，置于振荡器中，28℃下，提取3天。

第四步：提取结束后，提取液在3500r/min下离心15min后，用孔径25mm的玻璃纤维膜(GF/F膜)过滤，得到了100g/L的马来眼子菜浸提液抑藻。

第五步：过滤而得马来眼子菜浸提液用100mL乙酸乙酯连续萃取3次，用无水硫酸钠干燥，回收乙酸乙酯，获得浓缩液。

第六步：将浓缩液旋转蒸发至干，获得粉末状抑藻剂2.5g，放置4℃下备用

第七步：取4g海藻酸钠加入100mL去离子水浸泡1h后，置于80℃水浴搅拌至溶解为透明胶体，冷却至室温；取40mL，6％的海藻酸钠溶液，加入上述获得的马来眼子菜浸提物粉末，混合均匀后，此时马来眼子菜浸提物在海藻酸钠溶液中的浓度为50g/L，然后用内径5mm的滴管将含有马来眼子菜粉末的包埋液滴入3％氯化钙中。

第八步：在温度8℃，pH为8条件下在3％(质量分数)的氯化钙溶液中进行2h的离子交换反应后，滤出小球，用无菌水洗涤4次以终止离子交换反应，即为直径4mm左右，重0.5mg左右的马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球。

实施例3

不同浓度马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球抑藻剂对铜绿微囊藻的抑制作用

实验材料：铜绿微囊藻从中科院水生生物所购得，采用BG11培养基，在光照为2700lx、明暗比为12:12h的条件下扩大培养至对数生长期。

在250mL的锥形瓶中加入150mLBG11培养液，高压蒸汽灭菌后，在无菌条件下分别接入10mL生长一致的铜绿微囊藻液，培养至对数期后，用血球计数板在显微镜下观察得到铜绿微囊藻的细胞密度，平均为5.6×10⁵个/mL，分别加入实施例1中制备得到的马来眼子菜-海藻酸钠小球2mg、4mg、6mg、8mg，再依次加入灭菌BG11营养液，使培养液的总体积为200mL。其马来眼子菜抑藻剂的浓度依次为0、10、20、30、40mg/L，0g/L作为对照组。培养条件为人工气候箱，温度在25℃左右，光强2700lx，光暗比12:12h，静置培养。每隔24h小时取样测定叶绿素含量，同时计算马来眼子菜浸提液对铜绿微囊藻的抑制率，连续测试10天。

图1是不同浓度马来眼子菜抑藻剂对铜绿微囊藻叶绿素a含量的影响；结果表明，随着抑藻剂浓度的增加，铜绿微囊藻的叶绿素a含量随之下降。高浓度的抑藻剂(30、40mg/L)与对照组相比，叶绿素a含量明显下降，到第五天时，细胞解体，叶绿素a基本破化。图2是10天培养后，不同浓度马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球抑藻剂对铜绿微囊藻抑制效率；结果表明，当抑藻剂浓度达到40mg/L时，10天后，对铜绿微囊藻的有效抑制率在90％以上。

实施例3

马来眼子菜粉末与马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制作用比较

实验材料：铜绿微囊藻从中科院水生生物所购得，采用BG11培养基，在光照为2700lx、明暗比为12:12h的条件下扩大培养至对数生长期。实验共设两个组：马来眼子菜粉末与马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球；在250mL的锥形瓶中加入150mLBG11培养液，高压蒸汽灭菌后，在无菌条件下分别接入10mL生长一致的铜绿微囊藻液，培养至对数期后，用血球计数板在显微镜下观察得到铜绿微囊藻的细胞密度，平均为5.6×10⁵个/mL。分别加入马来眼子菜粉末6mg和马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球6mg，再依次加入灭菌BG11营养液，使培养液的总体积为200mL，使两组的浓度均为30mg/L，0mg/L作对照组。分别于实验第1、2、3、4、5、6、7、8、10、15、20、25、30天测定叶绿素含量，同时计算马来眼子菜浸提液对铜绿微囊藻的抑制率。

图3是浓度为30mg/L马来眼子菜粉末与马来眼子-海藻酸钠小球分别对铜绿微囊藻叶绿素a含量的影响；结果表明，实验前5天，加入未用海藻酸钠固定的马来眼子菜粉末的铜绿微囊藻溶液的叶绿素a含量降低明显，从第6天起，随着时间的推移，叶绿素a含量开始增加，藻类开始复苏。然而，实验30天内，加入马来眼子菜-海藻酸钠小球的铜绿微囊藻溶液的叶绿素a含量一直处于较低浓度，抑制效果显著。

图4是浓度为30mg/L的马来眼子菜粉末与马来眼子菜-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制率；结果表明，实验前7天，马来眼子菜粉末对铜绿微囊藻的抑制率显著升高，随着时间的推移，马来眼子菜对其的抑制率逐渐下降，30天后，抑制率仅为36.20％；然而，实验后期，马来眼子菜-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制率一直处于高位，在93.80-90.80％范围内，达到了长效降解的目的。

实施例4

不同光照强度下，马来眼子菜-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制作用

实验材料：铜绿微囊藻从中科院水生生物所购得，采用BG11培养基，在光照为2700lx、明暗比为12:12h的条件下扩大培养至对数生长期。在3个250mL的锥形瓶中分别加入150mLBG11培养液，高压蒸汽灭菌后，在无菌条件下分别接入10mL生长一致的铜绿微囊藻液，培养至对数期后，用血球计数板在显微镜下观察得到铜绿微囊藻的细胞密度，平均为5.6×10⁵个/mL。加入马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球6mg，再依次加入灭菌BG11营养液，使培养液的总体积为200mL，使浓度均为30mg/L。

上述含有马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球的铜绿微囊藻溶液置于光照培养箱中进行不同光照强度下抑藻效果实验。实验共设定3组光照强度，分别为高12600lx、中5233lx、低1050lx。分别于实验第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10天测定叶绿素含量，同时计算马来眼子菜浸提液对铜绿微囊藻的抑制率。

图5是不同光照强度下马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻叶绿素a含量的影响；结果表明，3种光照强度下，含马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球的铜绿微囊藻溶液中叶绿素a含量均下降明显，高光照12600lx对马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球没有产生负面影响。

图6是不同光照强度下马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻抑制率；结果表明，虽然高光照强度12600lx下的马来眼子菜粉末-海藻酸钠小球对铜绿微囊藻的抑制率相比1050lx和5233lx略有降低，但12600lx的抑制率也在90％以上。