全 文 :第一作者:孙颖颖,女,1978年生,博士,副教授,研究方向为海洋生化工程。#通讯作者。
*江苏省海洋生物技术重点建设实验室开放课题(No.2008HS017、2009HS09)。
孔石莼的6种溶剂提取物对3种赤潮
微藻生长的影响*
孙颖颖1 张 静1 王长海2#
(1.淮海工学院海洋学院,江苏 连云港222005;2.南京农业大学资源与环境科学学院,江苏 南京210095)
摘要 通过测定藻细胞密度,观察藻细胞形态,分析藻细胞内叶绿素、蛋白质和多糖等生理指标含量的变化,研究了孔石莼的
6种溶剂(石油醚、氯仿、乙酸乙酯、丙酮、甲醇和蒸馏水)提取物对米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻生长的影响。结果表
明,6种溶剂提取物中,甲醇提取物对3种赤潮微藻的抑制作用最为明显。当甲醇提取物为15mg/L,培养进行到第12天时,其对米
氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻的抑制率分别为76.67%、65.65%、56.52%。从对藻细胞形态的影响看,除蒸馏水提取物
外,其余5种有机溶剂提取物均使赤潮微藻细胞出现不同程度的空洞、破碎和细胞色素减褪现象。甲醇提取物可明显降低3种赤潮
微藻细胞内叶绿素、蛋白质和多糖的含量,乙酸乙酯和丙酮提取物对3种生理指标的含量也有一定影响。
关键词 赤潮微藻 孔石莼 抑制作用 提取物
Growth inhibition of 6kinds extracts of U.pertusato three species of red tide microalgae SUN Yingying1,ZHANG
Jing1,WANG Changhai2.(1.School of Ocean,Huaihai Institute of Technology,Lianyungang Jiangsu 222005;
2.College of Resources and Environmental Science,Nanjing Agricultural University,Nanjing Jiangsu 210095)
Abstract: U.pertusa was extracted by six solvents(petroleum ether,chloroform,ethyl acetate,acetone,meth-
anol and distiled water)separately.The effect of obtained 6kinds extracts of U.pertusa on the growth of the three
species of red tide microalgae(K.mikimitoi,S.costatumand A.tamarense)was investigated through the observation
of algal morphology,measurement of algal number,and determination of physiological indicators(chlorophyl,pro-
tein and polysaccharide).Results showed that the methanol extracts of U.pertusahad the strongest inhibition action.
When the methanol extracts of U.pertusain f/2culture media was 15mg/L,the suppression rate of K.mikimitoi,
S.costatumand A.tamarense was 76.67%,65.65%and 56.52%after 12dof cultivation,respectively.Al U.per-
tusaextracts could cause the cavities,pieces and chlorophyl decreased in microalgae cels to different degree except
the distiled water extract.The further investigation found that the methanol extracts significantly decreased the con-
tents of chlorophyl,protein and polysaccharide in the cels of those microalgae,and the ethyl acetate and acetone ex-
tracts had the similar effect on these physiological indicators.
Keywords: red tide microalgae;U.pertusa;growth inhibition;extract
近年来,随着近海海域污染的加剧,局部海域富
营养化问题日益突出,赤潮现象在世界范围内的沿
海水域频繁发生,已成为一种严重的世界性海洋灾
害。与此同时,海洋沿岸带(如河口、海湾等)水体较
浅的透光层内,以孔石莼和浒苔等绿藻为主要代表
的海藻亦开始泛滥,形成海藻水华,给沿海渔业、养
殖业和旅游业造成重大损失。因此,如何科学有效
地控制和利用藻类资源,以减少藻华现象带来的经
济损失,是广大科研人员亟待研究解决的问题。
已有研究表明,孔石莼能够抑制亚心形扁藻、赤
潮异弯藻、亚历山大藻和海洋原甲藻的生长[1-4]。鉴
于此,本研究通过测定藻细胞数量,观察藻细胞形
态,分析藻细胞内叶绿素、蛋白质和多糖等生理指标
含量的变化,分析了孔石莼的6种溶剂(石油醚、氯
仿、乙酸乙酯、丙酮、甲醇和蒸馏水)提取物对米氏凯
伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻3种赤潮微藻
生长的影响,为利用孔石莼治理赤潮微藻提供实验
基础。
1 材料与方法
1.1 实验材料
米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻无
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孙颖颖等 孔石莼的6种溶剂提取物对3种赤潮微藻生长的影响
DOI:10.15985/j.cnki.1001-3865.2013.02.002
菌株由中国海洋大学提供,经进一步分离纯化后于
f/2培养基中培养,培养温度为(20.0±0.1)℃,光照
强度40μmol/(m
2·s),光暗比为12h∶12h。
孔石莼采购于福建沿海,将采购的干品孔石莼
在40℃下烘干3d,待完全干燥后磨成粒径约0.3
mm的粉末,备用。
将天然海水经脱脂棉和300目筛过滤后煮沸、
冷却,调节pH和盐度分别为8.5和30,备用。
1.2 孔石莼提取物的制备
分别取5.0g孔石莼粉末于6个250mL锥形
瓶中,向锥形瓶中分别加入100mL石油醚、氯仿、
乙酸乙酯、丙酮、甲醇和蒸馏水。将6种孔石莼溶液
超声波常温提取2h后,用滤纸过滤除去残渣,并用
0.22μm滤膜除去颗粒物。然后置于60℃下减压蒸
干,获得的浸膏即为孔石莼的6种溶剂提取物。称取
提取物质量后,孔石莼的5种有机溶剂提取物采用二
甲基亚砜(DMSO)定容,蒸馏水提取物采用蒸馏水定
容,制得2g/L的6种提取物母液,并在无菌条件下过
0.22μm滤膜除去微生物,于4℃保存备用。
1.3 孔石莼溶剂提取物的抑藻圈实验
采用培养皿抑藻圈法[5]3144,检测孔石莼的6种
溶剂提取物对3种赤潮微藻(以下简称微藻)生长的
影响。向f/2培养基中加入1.5%(质量分数)琼脂制
成直径90mm的平板。用处于对数生长期的微藻
藻液浸润直径30mm的圆形滤纸片,将被浸润的滤
纸平铺于平板上,在滤纸中心滴加一定量孔石莼提
取物母液。同时,以滴加相同体积的DMSO或蒸馏
水为对照,每组实验设定3个重复。将培养皿放置
于智能光照培养箱内培养,24h后观察抑藻圈大小。
1.4 孔石莼提取物的抑藻作用
分别移取一定体积的孔石莼提取物母液于250
mL锥形瓶内,加入f/2培养基,将体积定容至150
mL,使得孔石莼提取物达到设定的浓度。以加入相
同体积DMSO(或蒸馏水)的f/2培养基为对照组。
调节培养基中米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历
山大藻的起始藻细胞数量分别为8×104、85×104、
4×104 个/mL,于(20.0±0.1)℃、光照强度40
μmol/(m
2·s)、光暗比12h∶12h的条件下培养12
d。每个锥形瓶设定3个重复,每隔一天测定藻细胞
数量。此外,在第12天测定藻细胞叶绿素、蛋白质
和多糖含量,并用显微照相(放大倍数为400倍)拍
摄藻细胞形态。
1.5 微藻的生理指标测定
1.5.1 叶绿素的测定
取15mL藻液于2 000r/min转速下离心15
min,弃去上清液,加入丙酮溶液至其体积分数
90%,在4℃下抽提24h。离心后,测定上清液在
630、645、665nm处的吸光度,参照文献[6]计算叶
绿素含量。
1.5.2 蛋白质和多糖的测定
取25mL藻液于2 000r/min转速下离心10
min,弃去上清液。将藻泥于-20℃冻融破碎3次
后,加入3mL pH 为6.5的磷酸盐缓冲溶液(PBS
溶液)并充分振荡,离心10min。参照文献[7]测定
上清液中可溶性蛋白质和多糖含量。
1.6 数据处理
实验数据采用SPSS11.5软件包进行独立样本
检验统计分析,p<0.05为显著性差异,p<0.01为
极显著性差异。
2 结果和分析
2.1 6种孔石莼提取物的抑藻圈实验结果
表1为6种孔石莼提取物的制备情况。由表1
可见,孔石莼的甲醇提取物、蒸馏水提取物得率最
高,分别为30.0%与29.4%,石油醚提取物、氯仿提
取物的得率最低,仅为13.0%、17.8%。6种孔石莼
提取物的抑藻圈实验结果见图1。
由图1可见,孔石莼的5种有机溶剂提取物对
米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻均产生
了一定的抑制作用。其中,甲醇提取物的抑制作用
最强,甲醇提取物母液添加量为10μL时,其对3种
微藻的抑藻圈直径均在2.0cm左右。而蒸馏水提
取物母液添加量达到15μL时,才会对中肋骨条藻
和塔玛亚历山大藻产生微弱的抑制作用。
表1 6种孔石莼提取物得率
Table 1 Yields of extracts preparated from the dry power of U.pertusa using different solvent
提取溶液 石油醚 氯仿 乙酸乙酯 丙酮 甲醇 蒸馏水
孔石莼提取质量/g 0.65 0.89 1.07 1.32 1.50 1.47
得率/% 13.0 17.8 21.4 26.4 30.0 29.4
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环境污染与防治 第35卷 第2期 2013年2月
图1 孔石莼提取物的抑藻圈直径
Fig.1 Diameter of inhibition cycle of microalgae with the addition of the extract of U.pertusa
图2 孔石莼提取物对米氏凯伦藻生长的影响
Fig.2 Effects of extracts fromU.pertusaon the growth of K.mikimitoi
2.2 孔石莼提取物的抑藻实验结果
在抑藻实验中,调节f/2培养基中5种有机溶剂
提取物的质量浓度为0、5、10、15、20mg/L,由于在
抑藻圈实验中蒸馏水提取物未对微藻产生明显抑制
现象,因此抑藻实验中调节蒸馏水提取物质量浓度
分别为0、10、20、30、40mg/L,6种孔石莼提取物对
米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历山大藻生长的
影响见图2至图4。
由图2至图4可见,6种孔石莼提取物中甲醇
提取物能最显著地抑制3种微藻的生长,其次为丙
酮提 取 物。当f/2培 养 基 中 甲 醇 提 取 物 ≥15
mg/L时,实验组的藻细胞数量明显低于对照组
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孙颖颖等 孔石莼的6种溶剂提取物对3种赤潮微藻生长的影响
图3 孔石莼提取物对中肋骨条藻生长的影响
Fig.3 Effects of extracts fromU.pertusaon the growth of S.costatum
(p<0.05)。比较发现甲醇提取物对米氏凯伦藻和
中肋骨条藻的抑制作用强于其对塔玛亚历山大藻的
抑制作用,当甲醇提取物为15mg/L时,培养进行到
第12天时其对米氏凯伦藻、中肋骨条藻和塔玛亚历
山 大 藻 的 抑 制 率 分 别 为 76.67%、65.65%、
56.52%。这与上述抑藻圈实验的结果一致。对于米
氏凯伦藻和中肋骨条藻而言,丙酮提取物同样能明
显抑制它们的生长(p<0.05)。在实验设定的浓度
范围内,蒸馏水提取物仍未对3种微藻的生长产生
明显的抑制作用。这表明,是孔石莼有机溶剂提取
物中的某些或某种物质抑制了3种微藻的生长。
然而,相关研究中发现,除孔石莼的甲醇提取物
对赤潮异弯藻、亚历山大藻和海洋原甲藻具有明显
的抑制活性。孔石莼的水溶性抽提液及其干粉末的
蒸馏水提取物同样能够抑制某些赤潮微藻的生长。
分析原因,很可能是选择的微藻种类不同而导致蒸
馏水提取物对它们产生不同的影响。
2.3 孔石莼提取物对3种赤潮微藻细胞形态的影响
孔石莼提取物对米氏凯伦藻、中肋骨条藻以及
塔玛亚历山大藻的细胞形态影响分别见图5至图
7。由图5至图7可见,除蒸馏水提取物外,其余5
种有机溶剂提取物均能使微藻细胞出现不同程度的
空洞、破碎和细胞色素减褪现象。在丙酮提取物的
影响下,米氏凯伦藻和塔玛亚历山大藻的藻细胞出
现较为明显的抱团现象;石油醚提取物可使中肋骨
条藻细胞出现明显增大现象。尽管石油醚提取物未
对塔玛亚历山大藻的藻细胞数量产生明显的影响,但
其却使得藻细胞形态发生了一定程度的改变(见图7
(b))。这很可能是石油醚提取物仅使塔玛亚历山大
藻的藻细胞膜发生某些改变,细胞轮廓边缘出现虚化
现象,但并未使其破碎、死亡,仍保留较为完整的藻细
胞形态,从而,在表观上藻细胞数量未见降低。
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环境污染与防治 第35卷 第2期 2013年2月
图4 孔石莼提取物对塔玛亚历山大藻生长的影响
Fig.4 Effects of extracts fromU.pertusaon the growth of A.tamarense
图5 孔石莼提取物对米氏凯伦藻细胞形态的影响
Fig.5 Effects of extracts fromU.pertusaon morphology of K.mikimitoi
洪喻等[5]3146发现,芦竹(Arundo donax Linn.)
有机溶剂提取物能使铜绿微囊藻细胞出现空洞、破
碎以及细胞聚集抱团现象。海带、浒苔以及紫菜提
取物对多环旋沟藻、前沟藻、米氏凯伦藻、中肋骨条
藻和塔玛亚历山大藻等微藻生长影响的研究中也发
现了类似现象[8-12]。
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孙颖颖等 孔石莼的6种溶剂提取物对3种赤潮微藻生长的影响
图6 孔石莼提取物对中肋骨条藻细胞形态的影响
Fig.6 Effects of extracts fromU.pertusaon morphology of S.costatum
图7 孔石莼提取物对塔玛亚历山大藻细胞形态的影响
Fig.7 Effects of extracts fromU.pertusaon morphology of A.tamarense
表2 孔石莼提取物对3种微藻叶绿素、蛋白质和多糖含量的影响1)
Table 2 Effects of extracts fromU.pertusaon the contents of chlorophyl,protein and
polysaccharides of the three species of the red-tide microalgae mg/g
项目 对照组
提取物浓度
石油醚提取物 氯仿提取物 乙酸乙酯提取物 丙酮提取物 甲醇提取物 蒸馏水提取物
叶绿素 1.56 1.42 1.22 1.04 0.64 0.14 1.39
米氏凯伦藻 蛋白质 48 45 40 34 29 21 42
多糖 615 608 583 295 145 94 594
叶绿素 9.48 9.26 9.15 7.08 5.83 2.18 9.17
中肋骨条藻 蛋白质 207 196 152 134 133 98 196
多糖 398 382 384 390 245 92 385
叶绿素 4.05 3.97 3.80 2.48 1.24 1.06 3.35
塔玛亚历山大藻 蛋白质 50 47 43 40 32 26 39
多糖 811 798 660 369 254 79 798
注:1)孔石莼提取物为20mg/L,蒸馏水提取物为40mg/L。
2.4 6种孔石莼提取物对3种微藻叶绿素、蛋白质
和多糖含量的影响
6种孔石莼提取物对3种微藻叶绿素、蛋白质
和多糖含量的影响见表2。
由表2可见,孔石莼提取物可不同程度地降低
3种微藻细胞内的叶绿素、蛋白质和多糖的含量。
其中,甲醇提取物的影响最为明显。与对照组相比,
当甲醇提取物为20mg/L时,米氏凯伦藻内叶绿素、
蛋白质、多糖含量仅为对照组的8.97%、43.75%、
15.28%。中肋骨条藻内叶绿素、蛋白质、多糖的含
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环境污染与防治 第35卷 第2期 2013年2月
量仅为对照组的23.00%、47.34%、23.12%。塔玛
亚历山大藻内叶绿素、蛋白质、多糖含量仅为对照组
的26.17%、52.00%、9.74%。此外,丙酮提取物和
乙酸乙酯提取物也对3种微藻细胞内的叶绿素、蛋
白质和多糖含量产生了一定程度的影响。蒸馏水提
取物未对3种微藻细胞内的3种生理指标产生明显
的影响(p>0.05)。值得注意的是,石油醚提取物
对米氏凯伦藻和中肋骨条藻藻细胞数量的抑制作用
高于蒸馏水提取物(见图2、图3),然而分析表2发
现,石油醚提取物对此2种微藻的叶绿素、蛋白质和
多糖的影响与蒸馏水提取物并没有明显差别。这很
可能是因为藻细胞数量的增长趋势与藻细胞内生理
指标的合成不同步导致,但具体原因还有待进一步
研究。
3 结 论
孔石莼的6种溶剂提取物中,甲醇提取物对3
种微藻的抑制作用最为明显。当甲醇提取物为15
mg/L,培养进行到第12天时,其对米氏凯伦藻、中
肋骨条藻和塔玛亚历山大藻的抑制率分别为
76.67%、65.65%、56.52%。从对藻细胞形态的影
响看,除蒸馏水提取物外,其余5种有机溶剂提取物
均使微藻细胞出现不同程度的空洞、破碎和细胞色
素减褪现象。甲醇提取物可明显降低3种微藻细胞
内叶绿素、蛋白质和多糖的含量,乙酸乙酯和丙酮提
取物对3种生理指标的含量也有一定影响。
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编辑:丁 怀 (修改稿收到日期:2012-04-20
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
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编辑:卜岩枫 (修改稿收到日期:2012-08-27)
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