一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于水体污染控制领域，更具体涉及一种一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的用途。
【背景技术】
[0002]随着我国社会经济和城镇化的迅速发展，水体污染也日趋严重，大量富含营养元素的生活污水、工业废水、和农田灌溉污水排入江河湖泊，由此引起的水体富营养化导致藻类大量繁殖，水华问题不仅导致水产养殖业遭受经济损失，同时也破坏水域生态景观，导致生态系统失衡，另外，蓝藻门中的微囊藻释放的微囊藻毒素可能与人群中肝癌发病率提高有关，严重危害人类健康。
[0003]已有的控藻技术包括物理、化学和生物法三大类。但从其控藻技术的原理来看，可分为直接的物理打捞或絮凝等对藻类没有直接损伤的方法，此种方法适用于对藻华水体的应急性清除，但是成本高，工作量大，同时还面临对收集藻体二次处理；另外一类方法是对藻类产生胁迫的方法，包括物理法中的紫外线辐射、超声，化学法中的向水华爆发区域喷洒一定浓度的次氯酸钠、硫酸铜和生物法中的通过微生物、水生植物释放的化感物质来引起藻类遭受环境压力，此种方法操作方便，见效快，但容易带来二次污染。
[0004]—氧化氮(NO)被认为是在多种生理生化过程中扮演重要角色的气态自由基分子。而在20世纪80年代以前，NO则被单纯的认为是一种对环境和人体有害的气态污染物。由于NO生物体内源合成机制和生理特性被发现，NO就引起了科学家的重视，NO作为一种气体活性分子，结构十分简单，同时也是一种气体自由基。在高等植物中，NO作为信号分子参与一系列过程，包括生长、发育、防御、发芽和气孔关闭。在作为初级生产者的浮游植物，NO能够抑制单细胞藻类的生长，也能诱导藻类出现程序性死亡。
[0005]申请人实验室发现藻类在受到环境胁迫(如紫外线，过氧化氢、投加化感物质)时，可以使藻细胞产生NO从而引发藻类生长抑制或死亡，后期研究进一步证明NO和浮游植物的程序性死亡有着极大的联系。正常情况下藻类在生长过程中可以通过产生NO来传递信息和调节自身生长，但是当藻类处于不适应的环境压力时，藻细胞会产生过量的NO并诱导激活能控制藻细胞死亡的特异性酶Caspase-3-1 ike酶活性，从而引发细胞死亡。另外，单个细胞产生的NO可以向外自由扩散至相邻的细胞，NO又作为一种环境胁迫引发相邻细胞产生过量的NO，这种自由扩散的效果，可以引发密集藻类的群体性消亡。
[0006]为了控制藻类水华爆发，本发明提出可以直接向藻类爆发水域通入一氧化氮气体，进而引起藻类死亡，从而控制藻类水华发展、恶化，也可以起到利用工厂废气，达到以废治废的目的。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是在于提供了一种一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用，一氧化氮气体具有对藻类抑制率高的优点，若一氧化氮全部转化为水体中的氮源，也不足以引起二次富营养化，另外，此发明利用的工厂废气，达到了以废治污的效果。
[0008]为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施:
一种一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用，其步骤是:
A、利用金属铜(含铜量50%-100%)和稀硝酸(10%-40%)制备一氧化氮;或直接购买一氧化氮气体(30%-100%);
B、将步骤A中的一氧化氮的气体的实际浓度以10—7-10—6m3/s通入自来水中(0.5-5L)28-32分钟，制备成一氧化氮的饱和溶液；
C、将配置的一氧化氮饱和溶液以0.5%-1%的体积比均匀投加到蓝藻水华爆发的集中区域。藻类会出现群体性消亡。
[0009]铜绿微囊藻为作为蓝藻门的模式生物，对于它的研究结论对于整个蓝藻门都具有普遍的指导意义，另外，在水华爆发的水域如滇池、巢湖等，铜绿微囊藻都占绝对优势，因此，本发明的发明人选择铜绿微囊藻作为研究对象。
[0010]所述的蓝藻为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)；
按上述方式，藻类会出现群体性消亡。
[0011 ]本发明抑藻的机理为:当藻细胞内积累过量的NO信号分子时，可以通过NO信号分子的作用调节藻细胞的生长和诱导藻细胞程序性死亡的发生，另外，单个细胞产生的NO可以向外自由扩散至相邻的细胞，NO又作为一种环境胁迫引发相邻细胞产生过量的NO，这种自由扩散的效果，可以引发藻类更大范围的群体性消亡。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优点和效果:
1、一氧化氮溶液对水华蓝藻具有显著的杀灭作用，对中重度富营养化水体(藻密度约为I X 106cells/L)14yM的一氧化氮溶液其抑制率高达89%。
[0013]2、可以利用化工厂废气制成一氧化氮饱和溶液，实现污染源的再利用。
[0014]3、藻细胞受到外界少量的一氧化氮刺激后，会引起细胞本身合成更多的一氧化氮，而一氧化氮可以在细胞间自由扩散，当部分区域出现一氧化氮引起的藻细胞死亡时，可以通过一氧化氮作为信号分子传递给更大的范围，引起藻细胞的群体性消亡的连锁反应。
[0015]4、若通入富营养化水体的一氧化氮全部转化为硝酸盐或亚硝酸盐，对水体只能增加0.21 -0.42mg/L的总氮，尚不足已二次引起水体的富营养化。
【附图说明】
[0016]图1为一种一氧化氮溶液处理下铜绿微囊藻生长情况示意图。
[0017]图1显示14μΜ的一氧化氮溶液处理后，第7天藻类的生长抑制率达到89.80%。
【具体实施方式】
[0018]实施例1:
一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用，其步骤是:
A、利用金属铜(50%或60%或70%或80%或90%或100%)和稀硝酸(10%或20%或30%或40%)制备一氧化氮(刘正贤主编《中学化学实验大全》上海教育出版社1996年版)；或直接购买一氧化氮气体(30%或40%或50%或60%或70%或80%或90%或100%);
B、将一氧化氮的气体的实际浓度以10—7-10—6m3/s(在此范围都能实现)通入自来水(0.5L或IL或5L)溶液28或29或30或31或32分钟，制备成一氧化氮的饱和溶液，此一氧化氮溶液的浓度为1.4mM;
C、将配置的一氧化氮饱和溶液以0.1%或0.5%或1%的体积比均匀投加到蓝藻水华爆发的集中区域。
[0019]D、投加一氧化氮的饱和溶液:实验在250ml锥形瓶中进行，将处于对数生长期的铜绿微囊藻接种到10ml 8611培养液中，使其起始藻细胞数在1.0\106(^118/1111。实验组3个，对照组(无一氧化氮溶液添加)I个，分别向实验组投加一氧化氮溶液1.4μΜ、7μΜ、14μΜ、投加频率为一次，随后每天统计藻的生长情况。
[0020]投加一氧化氮溶液后，藻类受到不同程度的抑制。14μΜ的一氧化氮溶液处理后，培养基基本保持澄清，第7天藻类的生长抑制率达到89.80%(图1)，从图1可以看出，经过14μΜ的处理，藻类整体生长过程处于完全抑制状态，显示了一氧化氮溶液很好的抑藻效果。
【主权项】
1.一种一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用，其步骤是: A、利用金属铜:含铜量50%-100%和稀硝酸10%-40%反应制备一氧化氮;或直接购买一氧化氮气体30%_100%; B、将步骤A中的一氧化氮的气体的实际浓度以10—7-10—6m3/s通入自来水0.5-5L中28-32分钟，制备成一氧化氮的饱和溶液； C、将配制的一氧化氮饱和溶液以0.5%-1%的体积比均匀投加到水华爆发的集中区域； 所述的蓝藻为铜绿微囊藻。
【专利摘要】本发明公开了一氧化氮气体在控制蓝藻水华中的应用，其步骤是：A、利用金属铜（含铜量和稀硝酸）反应制备一氧化氮；或直接购买一氧化氮气体；B、将步骤A中的一氧化氮气体以实际浓度10-7-10-6m3/s通入自来水（0.5-5L）中28-32分钟，制备成一氧化氮饱和溶液；C、将配制的一氧化氮饱和溶液以0.5%-1%的体积比均匀投加到水华蓝藻爆发的集中区域。一氧化氮气体具有抑制率高的优点，对中重度富营养化水体（藻密度约为1×106cells/L）14μM的一氧化氮溶液对藻类抑制率高达89%，一氧化氮全部转化为水体中的氮源，也不足以引起二次富营养化。
【IPC分类】C02F1/50
【公开号】CN105502600
【申请号】CN201610020141
【发明人】吴振斌, 程龙, 刘碧云, 徐栋, 张义, 武俊梅, 贺锋, 周巧红, 何燕, 张甬元
【申请人】中国科学院水生生物研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月13日