全 文 ：碘伏和异噻唑啉酮对球形棕囊藻去除的研究*
洪爱华 尹平河* *赵 玲 黄云峰 齐雨藻 谢隆初
(暨南大学生命科学技术学院, 广州 510632)
摘要 研究了碘伏和异噻唑啉酮除藻剂对球形棕囊藻赤潮生物的灭杀和控制作用.结果表明, 单独使用
时, 碘伏的最低有效浓度为 30mg!L- 1 ,异噻唑啉酮最低有效浓度为 0. 30mg!L - 1 .当两者复配时有协同作
用, 可提高它们的杀藻能力.碘伏与异噻唑啉酮浓度比为 1. 0∀0. 15 时除藻效果最佳.
关键词 除藻剂 碘伏 异噻唑啉酮 球形棕囊藻 协同指数
文章编号 1001- 9332( 2003) 07- 1177- 04 中图分类号 X17 文献标识码 A
Povidoneiodine and isothiozolone for removing red tide algae Phaeoecystis globosa. HONG Aihua, YIN
Pinghe, ZHAO L ing , HUANG Yunfeng , QI Yuzao, XIE Longchu( College of L if e Science and Technology ,
Jinan University , Guangdong 510632, China) . Chin. J . A pp l . Ecol . , 2003, 14( 7) : 1177~ 1180.
Studies on the removal and control of red tide algae Phaeoecystis globosa by povidoneiodine and isothiozolone al
gaecide show ed that Phaeoecy stis globosa could be killed and controlled by povidoneiodine and isothiozolone. The
effective concentration of pov idoneiodine was 30 mg!L- 1 , and that of isothiozolone was 0. 30 mg!L - 1. U sing
pov idoneiodine and isothiozolone together could improve t he effect, and the ideal composite rat io of pov idoneio
dine and isothio zolone w as 1. 0∀0. 15.
Key words Algaecide, Povidoneiodine, Isothiozolone, Phaeoecystis globosa, Synerg ism index .
* 国家重点基础研究发展规划项目( 2001CB409710)、国家自然科学
基金重大项目 ( 20277016 ) 和广东省自然科学基金资助项目
( 000727) .
* * 通讯联系人. Email: t yinph@ jnu. edu. cn
2002- 12- 18收稿, 2003- 03- 05接受.
1 引 言
球形棕囊藻( Phaeoecystis globosa )由于本身所
具有的特殊的生理机制[ 8] , 能在富营养化海域中短
期内爆发性增殖形成有害的赤潮,严重影响海洋生
态系统的结构与功能, 并给渔业生产造成巨大的损
失. 1997年 10月至 1998年 2 月在我国东南沿海首
次发生大规模的棕囊藻赤潮, 覆盖面积大 ( 逾
3000km2) , 持续时间长,渔业损失严重. 1999年 7月
又在饶平,南澳等海域发生棕囊藻赤潮. 在国外, 丹
麦、荷兰、挪威、阿拉伯海湾等陆续有棕囊藻赤潮发
生的报道, 而且发生的频率逐年增加, 危害日益严
重[ 10] . 棕囊藻赤潮是严重有害的赤潮之一. 因此,
研究其治理问题是当务之急. 关于赤潮的治理方法,
有物理、生物和化学等方法,化学方法以见效快而得
到最早应用和发展[ 15] . 国内已报道了采用粘
土[ 14, 16~ 18]和改性粘土[ 12, 19]以及缓释铜离子除藻
剂[ 6, 20, 21]和一些高效、低成本、低毒、易降解有机除
藻剂,如新洁而灭等控制和去除赤潮生物[ 2] .
碘消毒剂应用非常广泛, 但应用到赤潮治理, 至
今还没有报道, 聚乙烯吡咯烷酮碘(简称 PVPI)俗
称碘伏,用于去除棕囊藻的研究是本文对现有赤潮
治理提出的一个新尝试. 这是基于碘伏中的自由碘
具有杀藻灭菌作用, 而且碘伏能缓慢释放出碘单质,
不会因为局部浓度过大而伤害其它生物;另外,棕囊
藻具有溶血性毒素, PVP 具有与毒素结合降低其毒
性的作用.
异噻唑啉酮是一种较新的有机硫化物杀生剂,
对真菌、细菌、藻类均有极强的杀灭性,具有低毒、高
效、长效、pH 范围广( 5. 5~ 9. 5)和在水中易降解,使
用浓度和药剂费用低等优良性能. 本文利用这两种
物质的除藻灭菌功能, 应用于去除和控制棕囊藻赤
潮.另外,为了避免单一药品较高浓度除藻对其它生
物产生影响,以及避免藻类对单一药品产生抗药性,
探讨了碘伏和异噻唑啉酮的复配及它们的最佳配
比,以提高除藻剂的除藻效能.
2 材料与方法
2 1 藻种的培养
实验所用的球形棕囊藻藻种由暨南大学水生生物研究
所藻种室提供, 培养基是 F/ 2 自然海水改良培养液经过高温
高压灭菌, 实验前 2 周将藻种转移到三角瓶中进行扩大和驯
化培养, 把烧瓶置于通风的光照培养箱中, 温度控制在 21 #
1 ∃ ,光照强度为 4000Lx, 光暗比为 12∀12h. 当细胞生长到指
数生长前期时(藻细胞浓度为 6 % 105cell!ml- 1 )便可用于实
验[ 13] .
应 用 生 态 学 报 2003 年 7 月 第 14 卷 第 7 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jul. 2003, 14( 7)∀1177~ 1180
22 除藻剂的配制
聚乙烯吡咯烷酮碘按文献方法[ 4]在实验室合成, 产品
为不定形颗粒,测得有效碘含量为 11% , 根据需要配成所需
浓度的水溶液 (有效碘含量为 1000mg!L- 1 ) . 异噻唑啉酮是
购得的试剂直接配成所需浓度.
23 除藻实验方法
在一系列 250ml 三角烧瓶中加入一定浓度的藻液
100ml, 再分别加入一定量的除藻剂 ,双份平行实验, 放入培
养箱,每隔 1d测定藻细胞的浓度.藻细胞浓度用光密度法测
定[ 5, 11] .藻细胞形态结构的变化通过显微镜和扫描电子显微
镜观察.
复配除藻剂的协同指数[ 22] SI 计算式为:
SI =
Ca
CA
+
Cb
CB
式中, Ca、Cb 分别为除藻剂 A、B 复配达到某一除藻率时的
A、B 浓度, CA、CB 分别为除藻剂 A、B 单独使用时达到相同
除藻率的浓度. SI > 1 表示没有协同效应, SI < 1 表示有协
同效应, SI= 1 表示两者只有加和作用.
3 结果与讨论
31 单一除藻剂的除藻效果
311 碘伏除藻剂浓度对棕囊藻去除效果的影响
除藻率的高低可以表示除藻效果, 除藻率越高,除藻
效果越好.从图 1可知,在加入除藻剂 2d后, 碘伏的
除藻率随着碘伏浓度的增大而增大,浓度低时,除藻
率较低,当浓度为 30mg!L- 1时除藻率达到 80%以
上.碘伏在水溶液中,存在偶合碘和自由碘(即有效
碘) , 碘与 PVP 的偶合存在平衡, 在低浓度时, 碘伏
溶液中碘主要以偶合碘的形式存在,随着浓度的增
加, 才有自 由碘的释放, 从而使碘杀灭 微生
物[ 1, 3, 7, 9] .碘能从多种途径与藻细胞发生反应, 碘
取代共价氢的能力强, 它通过与 OH、NH、CH、S
H 基团的作用影响藻细胞的存活. NH 基团相关的
氨基酸(赖氨酸、组氨酸、精氨酸)和核苷酸碱基(腺
嘌呤、胞嘧啶、鸟嘌呤)形成碘衍生物后,该氢键被破
坏、封锁, 使蛋白质、酶(包括呼吸酶)、核酸发生致死
性结构变化; 胱氨酸的 SH 基团被碘氧化后, 使其
形成二硫键的能力丧失, 使蛋白质合成受到阻碍, 同
时,SH 基团被碘破坏, 使细胞呼吸酶活性丧失; 酪
氨酸的酚基团与碘作用生成一碘或二碘衍生物, 邻
位的碘原子将从空间构形阻碍酚基团的功能; 碘还
可以使不饱和脂肪酸的物理性质改变, 细胞膜的流
动性也将下降. 试验中发现,加入除藻剂 2d后,瓶底
出现明显的黄褐色絮状沉淀, 显微镜下观察, 可以看
到藻细胞被凝聚成团,形成沉淀,通过扫描电子显微
镜可以看到藻细胞连结在一起, 其形态结构不规则
及变形.这可能是由于聚乙烯吡咯烷酮( PVP)带正
电荷,故带负电荷的基团和颗粒易吸附 PVP, 而藻
细胞表面带负电, 所以可能被 PVP 吸附后产生絮凝
沉淀,由于碘的作用使藻细胞被破坏而变形.黄褐色
的沉淀随着时间的增加, 藻细胞死亡分解, 沉淀变
浅,最终为白色.
图 1 不同浓度碘伏的除藻率
Fig. 1 Removal eff iciency of algae at dif ferent PVPI concentrat ion.
312 时间对碘伏除藻剂除藻率的影响 从图 2可
知,当除藻剂浓度为 25mg!L- 1时, 除藻率在加入除
藻剂的第三天才达到 75%, 随后开始下降. 当浓度
等于或大于 30mg!L- 1时, 除藻的药效期较长,基本
可达到除藻目的. 因此, 确定碘伏最低有效浓度为
30mg!L - 1.
图 2 时间对碘伏除藻率的影响
Fig. 2 Removal eff iciency of PVP I in dif f erent t ime.
& . 25mg!L- 1, ∋ . 30mg!L- 1, (. 40mg!L- 1.下同 Th e same below .
313 异噻唑啉酮的浓度对棕囊藻去除率的影响
从图 3可知, 当异噻唑啉酮的浓度大于0. 30mg!L - 1
时, 3d后除藻率达到了 80%以上, 而浓度小于0. 30
mg!L - 1时除藻效率较低.另外, 加入浓度为0. 30mg
!L - 1的除藻剂 2d后,瓶底出现白色粉末状沉淀,说
明异噻唑啉酮对棕囊藻细胞的叶绿素影响很明显,
能在短时间内破坏其叶绿素,阻碍细胞光合作用进
行,最终导致藻细胞的死亡.
314 时间对异噻唑啉酮除藻效率的影响 从图 4
可知,异噻唑啉酮浓度为 0. 25mg!L - 1时,除藻效率
1178 应 用 生 态 学 报 14卷
图 3 不同浓度异噻唑啉酮的除藻率
Fig. 3 Removal eff iciency of algae at diff erent isothiozolone concent ra
t ion.
较差,最高除藻率只有 70%左右, 而且药效期较短,
3d后藻细胞浓度又开始增加. 只有当浓度等于或大
于 0. 30mg!L - 1时,才能达到 80%以上的除藻率, 因
此,可确定 0. 30mg!L- 1为异噻唑啉酮的最低有效
除藻浓度.
图 4 时间对异噻唑啉酮除藻率的影响
Fig. 4 Removal ef fciency of algae in different time.
32 除藻剂的复配及其除藻效果
由于碘伏除藻剂在低浓度时除藻能力较差, 药
效期较短, 要达到较好除藻效果时所需除藻剂浓度
较大, 最低有效浓度 30mg!L- 1, 为提高其除藻率,
降低成本, 以及避免单一药品高浓度灭藻时对其它
生物的伤害以及避免赤潮藻类对单一药品产生抗药
性,可采用复配的除藻剂,综合考虑碘伏和异噻唑啉
酮复合使用的协同指数、除藻率和药效期,以确定它
们的最佳配比. 在碘伏和异噻唑啉酮单独作用时的
最低除藻浓度范围内,选用一定浓度配比进行复配.
表 1所示的除藻率是在藻液中加入除藻剂第二
天的实验结果. 从表 1可知,在加入碘伏与异噻唑啉
酮浓度比为 0. 50∀0. 15的除藻剂,协同指数大于 1,
说明这两种除藻剂在该浓度比没有协同效应. 当碘
伏与异噻唑啉酮浓度比为 1. 0∀0. 12时,虽然协同指
数小于 1,有协同效应,但除藻率较低,只有 50%, 药
效期也较短.当异噻唑啉酮浓度为 0. 10 mg!L - 1,碘
伏浓度 3. 0mg!L- 1复配后,除藻剂的药效期较短,
在加入除藻剂的 3d后,藻液细胞浓度又开始增大,
除藻效果不好.随着碘伏浓度增加, 除藻率增加, 药
效期变长. 当碘伏浓度大于 4. 0 mg!L - 1时, 4d后除
藻率达到 100% ,藻细胞不再增长, 控制了赤潮藻的
继续繁殖.所以,选择除藻剂的协同范围是 5∀1~ 25
∀1,但为了保证有较好的除藻效果和较低的除藻剂
成本,选择除藻剂最佳配比为 20∀3,浓度比是碘伏:
异噻唑啉酮 1. 0∀0. 15.
表 1 碘伏和异噻唑啉酮不同配比复配时的除藻率及协同指数
Table 1 Algae number reduction percentage and the synergism index in
combination in different concentration of PVPI and isothiozolone
碘伏浓度 PVPI
concentrat ion
( mg!L- 1)
异噻唑啉酮浓度
Isothiozolone
concentration
( mg!L- 1)
配比
Ratio
除藻率
Removal
efficiency
of alg ae( % )
协同指数
Synergism
index
3. 0 0. 10 30∀1 83. 33 0. 43
4. 0 0. 10 40∀1 90. 44 0. 31
1. 0 0. 12 25∀3 50. 00 0. 70
2. 0 0. 12 50∀3 94. 44 0. 30
0. 5 0. 15 10∀3 27. 97 1. 10
1. 0 0. 15 20∀3 94. 03 0. 33
0. 5 0. 20 5∀2 93. 00 0. 52
1. 0 0. 20 5∀1 95. 00 0. 53
试验中发现, 加入浓度比为 1. 0∀0. 15的复配除
藻剂 2d后,瓶底出现明显的黄褐色絮状沉淀,显微
镜下观察,可以看到藻细胞被凝聚成团,形成沉淀.
这可能是藻细胞被 PVP吸附后集聚成团而沉淀.沉
淀经过离心后进行电子显微镜扫描, 可以看到细胞
形态结构被严重破坏, 可认定此时藻体已死亡. 此
外,从表 1可知, 碘伏与异噻唑啉酮复配后,药品总
用量减少,而且复配除藻剂比单一除藻剂在相同时
间内的除藻率大. 加入单一除藻剂的藻液 2d后的除
藻率一般只有 80%左右, 而加入复配除藻剂 2d后
除藻率一般达到了 90%左右, 连续观察 15d都没有
发现有藻细胞增殖.由此可见,复配除藻剂的除藻效
果要比单一除藻剂的效果好.
4 结 论
41 碘伏是一种环保型除藻剂,对海洋生态系统不
会产生不良的影响, 碘伏中的聚乙烯吡咯烷酮
( PVP)能缓慢释放出自由碘, 不会因为局部浓度过
大而伤害其它生物. 单独使用时具有一定的除藻能
力,在棕囊藻指数生长前期加入碘伏除藻剂 30mg!
L
- 1
,可以有效地去除和控制棕囊藻. 通过扫描电子
显微镜研究发现, 加入碘伏后藻细胞连结在一起,其
细胞的形态结构产生不规则的变形. 并且 PVP 所带
的正电荷与表面带负电荷的藻细胞结合, 被 PVP 吸
附在一起后产生絮凝沉淀, 最终导致细胞死亡.
11797 期 洪爱华等:碘伏和异噻唑啉酮对球形棕囊藻去除的研究
42 在棕囊藻指数生长前期加入异噻唑啉酮时, 有
效除藻浓度为 0. 30 mg!L - 1. 异噻唑啉酮能在短时
间内破坏其叶绿素, 产生白色粉末状沉淀,阻碍藻细
胞光合作用,导致细胞死亡.
43 碘伏和异噻唑啉酮以一定的浓度比复配可以
更好地去除棕囊藻. 这 2种除藻剂复配可以提高除
藻率,降低成本,也可避免赤潮藻类对单一药品产生
抗药性,以及用药量较大对其它生物的伤害. 在碘伏
和异噻唑啉酮配比 5∀1~ 25∀1范围,协同指数小于
1,有协同作用. 综合考虑除藻效果和除藻剂价格,
在棕囊藻指数生长前期加入除藻剂时, 选择碘伏和
异噻唑啉酮除藻剂最佳配比为 20∀3, 浓度比是 1. 0∀
0. 15.
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作者简介 洪爱华, 女, 1977 生, 在读硕士研究生, 主要从事
海洋赤潮治理的研究, 发表论文 2 篇. Email: angel_hong @
163. net
1180 应 用 生 态 学 报 14卷