全 文 ：二氧化氯对球形棕囊藻的抑制和杀灭作用*
张 珩 杨维东 高 洁 刘洁生* *
(暨南大学生物工程学系, 广州 510632)
摘要 以海洋赤潮生物 ! 球形棕囊藻汕头株( Phaeocy stis globosa, ST strain)为材料,研究了ClO2 对不同
起始藻密度的棕囊藻的抑制和杀灭作用 .结果表明, ClO2 对球形棕囊藻有明显的抑制和杀灭作用. 藻密度
为 2. 35∀ 109 cells#L - 1时, 高于 0. 74 ∀ 10- 2 mmol#L- 1的 ClO2 对棕囊藻生长有一定的抑制作用, 高于2. 96
∀ 10- 2 mmol#L- 1的 ClO2 对棕囊藻具有显著的杀灭作用. 藻密度与 ClO2 浓度之间存在一定的剂量关系.
藻密度为 2. 35∀ 109、1. 18 ∀ 109、4. 70 ∀ 108、1. 18∀ 108 cells#L - 1时, 其 96 h 的有效杀藻浓度分别为2. 96 ∀
10- 2、2. 22 ∀ 10- 2、1. 48 ∀ 10- 2和 0. 59 ∀ 10- 2 mmol#L- 1 .藻密度越高, 杀灭单位藻细胞所需 ClO 2 的浓度
越低. ClO2 作为杀藻剂在赤潮治理中具有很好的应用前景.
关键词 ClO2 杀藻剂 球形棕囊藻 赤潮
文章编号 1001- 9332( 2003) 07- 1173- 04 中图分类号 X145 文献标识码 A
Inhibition and elimination of chlorine dioxide on Phaeocystis globosa. ZHANG Heng, YANG Weidong , GAO
Jie, LIU Jiesheng ( Depar tment of Biotechnology , Jinan Univ er sity , Guangzhou 510632, China ) . Chin. J .
A pp l . Ecol . , 2003, 14( 7) : 1173~ 1176.
Different densities of red tide o rganism, Phaeocystis globosa( ST strain) w ere exposed to differ ent concentrations
of chlorine diox ide. The results showed that chlor ine diox ide could effectively kill and control the algae. When
the algae, in t he density of 2. 35∀ 109 cells#L- 1 , w as exposured to ClO 2 above 0. 74∀ 10- 2 mmol#L- 1 , it was in
hibited, and eliminated under ClO2 concentration above 2. 96 ∀ 10- 2 mmol#L- 1 . When the density of algae was
2. 35 ∀ 109, 1. 18 ∀ 109 , 4. 70∀ 108 and 1. 18 ∀ 108 cells#L - 1, the concentr ation of chlorine dio xide which could
kill the algae efficiently in 96 h was 2. 96 ∀ 10- 2, 2. 22 ∀ 10- 2 , 1. 48 ∀ 10- 2 and 0. 59 ∀ 10- 2 mmol#L- 1 , re
spectively. Under the same rate of inhibition or elimination, the higher the density of alg ae was, the lower the
concentration of chlorine diox ide was to effectively control the g rowth of alg ae cell, ClO2 could be consider ed as a
potential algaecide to control red tide.
Key words Chlorine diox ide, A lgaecide, Phaeocys tis globosa, R ed tide.
* 国家重点基础研究发展规划资助项目( 2001CB409710) .
* * 通讯联系人.
2002- 12- 18收稿, 2003- 02- 25接受.
1 引 言
为有效防治赤潮,减少赤潮的危害,国内外学者
进行了大量的研究, 已报道了多种治理赤潮的方法,
如硫酸铜法、臭氧法、黏土法以及生物防治法
等[ 1, 4, 7, 22] . 这些方法存在着毒性强、药剂用量大、对
环境生态可能造成二次污染等问题[ 2, 14] . 因此寻找
低毒、高效、无害的除藻剂迫在眉睫[ 3] . 近年来, 世
界范围内棕囊藻( Phaeocystis )赤潮发生频率逐年增
加,危害日趋严重. 1997年起在我国南海海域接连
发生两起大规模的棕囊藻赤潮[ 5, 6] , 棕囊藻赤潮已
成为我国重要的有害赤潮之一.稳定性 ClO2是一种
广谱、高效、安全、贮存和使用方便的新型杀菌、消毒
剂,具有适用 pH 范围广(在 6~ 10的范围内均可有
效使用)、不产生有机氯化物、氯酚及三氯甲烷等具
有臭味和致癌的物质、不会对环境产生二次污染等
优点, 是世界卫生组织 ( WHO ) 和世界粮农组织
( FAO)向全世界推荐的 A1 级广谱、安全和高效食
品级消毒剂[ 13, 20] . 目前, 在美国、日本和西欧, 稳定
性 ClO2已取代氯气、次氯酸钠和漂白粉,广泛用于
食品加工、自来水和工业循环冷却水的杀菌消毒、污
水处理、医疗器械和医院环境的消毒、蔬菜水果和肉
食水产品的防霉保鲜等领域. ClO2 消毒、杀菌的机
理主要是其独特的氧化性, 其氧化能力是氯气的 2.
63倍,它既能杀死菌类、藻类, 还能杀死芽孢、孢子
和病毒, 并进一步分解菌体残骸. 本文研究 ClO2 对
球形棕囊藻汕头株( Phaeocystis globosa, ST strain)
的抑制和杀灭作用, 以期为棕囊藻赤潮的治理提供
参考.
2 材料与方法
2 1 实验材料
实验用球形棕囊藻汕头株由暨南大学水生研究所藻种
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)∃1173~ 1176
室提供, 1997年 7 月采自饶平海域. 稳定型ClO2 购自北京绿
先锋环保科技有限责任公司(含量为 16% ) , 用前配制成一
定浓度的母液.试验仪器有 721分光光度计 (上海第三分析
仪器厂) . XSZD2 型倒置生物显微镜 (重庆光学仪器厂)、
LRH250GS 型光照人工气候培养箱(广东省医疗器械厂)、
PAIN IN 精密移液器和血球记数板.
22 实验方法
221 藻的培养 藻种培养在 22% 、光照强度为 4000 Lx、
光暗比为 14 h∃10 h 的 LRH250GS 型光照人工气候培养箱
中.所用培养液为南海天然海水加营养盐配成的 F / 2 培养
液,经 0. 22m 滤膜过滤除菌[ 21] .
222 杀藻实验 当球形棕囊藻母液生长到指数增长期(约
4d) ,用培养液把藻液稀释到一定的藻密度,在一系列 200 ml
三角锥瓶中分别加入 100 ml藻液, 再用精密移液器依实验
要求的浓度加入一定量的 ClO2 母液, 其中一瓶不加杀藻剂
设为空白对照,双份平行实验, 置培养箱中继续培养. 分别在
不同时间( 0. 5, 1, 2, 4, 24, 48, 72, 96 h 或 24, 48, 72, 96 h)测
量藻液光密度值( OD 值) , 并在倒置显微镜下观察和记数藻
细胞,观察 ClO2 对藻细胞的杀灭效果.
3 结果与分析
31 光密度值与藻细胞密度的关系
藻类含有叶绿素 a, 在 670~ 680 nm 具有一定
的光吸收峰.沈萍萍等[ 17]研究发现选用 680 nm 作
为测量波长,藻细胞不同生长期, 特别是对数期, 微
藻个体数与光密度值基本成正比. 研究发现, 在一定
范围内 OD值与藻细胞数确实成正比(图 1) . 因此,
实验中以藻液 OD值间接反映藻细胞数, 并附之以
显微计数, 观察 ClO2对棕囊藻的抑制和杀灭作用.
ClO2 能作用于吡咯环, 氧化叶绿素, 使其新陈代谢
终止,使得蛋白质合成中断,导致藻类死亡[ 15] .考虑
到ClO2 对藻细胞作用后,藻细胞死亡或处于休眠,
色素体还未破坏时, OD 值变化可能并不明显, 我们
把藻液继续培养数天, 镜检观察藻细胞情况以确定
除藻效果.
图 1 光密度值与藻细胞密度的关系
Fig. 1 Relat ionship betw een cell density and related optical density.
32 不同浓度 ClO2 对球形棕囊藻的作用
图 2列出起始藻细胞密度为 2. 35 ∀ 109 cells#
L - 1时,不同浓度 ClO2 对球形棕囊藻的抑制和杀灭
作用.从图 2可以看出, 藻液 OD值与 ClO2 浓度存
在明显相关 . 随着ClO2浓度的增加 , 藻液OD值下
图 2 不同浓度 ClO 2( ∀ 10- 2mmol#L- 1)对球形棕囊藻生长的影响
Fig. 2 Effect of chlorine dioxide on the grow th of Phaeocyst is globosa .
降趋势增加. 作用 0. 5 h后, 1. 04 ∀ 10- 1 mmol#L - 1
( ClO2浓度, 以下同)组藻液由棕黄变成近无色藻
液, OD值显著下降, 其它各组藻液 OD 值也有一定
程度的下降. 1 h 后, 7. 41 ∀ 10- 2 mmol#L - 1藻液变
成近无色; 5. 93 ∀ 10- 2、4. 44 ∀ 10- 2 mmol#L - 1的藻
液颜色变成淡棕绿色; 镜检各组均未能观察到活动
藻细胞. 2 h后, 各组藻液 OD值继续下降, 但 0. 74
∀ 10- 2 mmol#L- 1组藻液镜检发现活动藻细胞, 占
总细胞数的 12%. 4h 后, 高于 2. 96 ∀ 10- 2 mmol#
L - 1组的藻液 OD值继续下降,而 1. 48 ∀ 10- 2、0. 74
∀ 10- 2 mmol#L - 1组藻液 OD值有所上升. 24 h 后,
2. 96 ∀ 10- 2 mmol#L - 1以上各组OD值继续下降,藻
液颜色逐渐变浅; 1. 48 ∀ 10- 2 mmol#L- 1组藻液 OD
值增加, 活动藻细胞数量增加,占总细胞数41. 8%.
48 h 后, 2. 96 ∀ 10- 2 mmol#L - 1以上各组镜检均未
能观察到活动藻细胞, 藻细胞总数明显减少. 96 h
后, 2. 96 ∀ 10- 2 mmol#L - 1以上藻液全部变成无色,
藻液继续培养数日均未能观察到藻细胞存在; 2. 96
∀ 10- 2 mmol#L- 1藻液 OD只有对照组的 1. 5% .结
果表明, ClO2 的浓度超过 0. 74 ∀ 10- 2 mmol#L - 1
时,对棕囊藻的生长具有明显的抑制或杀灭作用,浓
度越高, 抑制或杀灭作用越强. 浓度小于 2. 96 ∀
10
- 2
mmol#L- 1时,抑制或杀灭作用持续时间只有 4
h;但超过 2. 96 ∀ 10- 2 mmol#L - 1时, ClO2 对藻的抑
制或杀灭作用可持续数日,起到完全杀灭藻细胞的
效果. ClO2是一种非常有潜力的杀藻剂.
33 藻细胞密度对杀藻效果的影响
迄今在我国南海发生的球形棕囊藻赤潮中, 高
1174 应 用 生 态 学 报 14卷
峰期藻密度最高为 2. 5 ∀ 108 cells#L- 1[ 10] , 考虑到
这一实际,我们观察了不同藻密度下 ClO2 的抑藻效
果,所用藻密度依次为 2. 35 ∀ 109、1. 18 ∀ 109、4. 70
∀ 108、1. 18 ∀ 108 cells#L - 1.同时,为了使实验更接
近于实际情况, 本实验中所用海水未经灭菌处理. 实
验结果如图 3所示.
从图 3可以看出, 随着藻密度的降低, ClO2 灭
藻所需最低浓度相应降低.与对照组比较,实验各组
藻液 OD 值开始时( 24 h)都有一定程度的下降; 随
时间的推移,低浓度 ClO2作用藻液的 OD值开始上
图 3 不同藻密度下 ClO2( ∀ 10- 2mmol#L- 1)对球形棕囊藻的影响
Fig. 3 Ef fect of chlorin e dioxide on Phaeocysti s globosa in dif ferent den
sity.
a) 2. 35∀ 109 cells#L- 1, b) 1. 18∀ 109 cells#L- 1, c) 4. 70∀ 109 cells#
L- 1, d) 1. 18∀ 109 cells#L- 1.
升,活动藻细胞数量逐渐增加, 藻液颜色逐渐加深.
但高浓度 ClO2 作用藻液的 OD值继续下降. 藻密度
为 2. 35 ∀ 109、1. 18 ∀ 109、4. 70 ∀ 108、1. 18 ∀ 108
cells#L - 1时,其 96 h 的有效灭藻浓度依次为 2. 96 ∀
10- 2、2. 22 ∀ 10- 2、1. 48 ∀ 10- 2、0. 59 ∀ 10- 2 mmol#
L - 1.这时, 镜检发现视野中只有少数白色小球. 藻
液继续培养数天, 镜检未能观察到有藻细胞存在.低
于相应浓度 ClO2作用的藻液颜色则逐渐变深, 藻细
胞数目逐渐增多. ClO2 对不同藻密度棕囊藻的杀灭
和抑制作用与藻密度并不成正比.藻密度越低, 杀灭
单位藻细胞所需 ClO2浓度越高.
4 讨 论
41 ClO2是较理想的除藻剂
研究结果表明,一定浓度的 ClO2对球形棕囊藻
的生长有明显的抑制和杀灭作用.藻细胞在108 cells
#L - 1数量级时, 0. 59 ∀ 10- 2 mmol#L - 1的 ClO2 就能
有效控制和杀灭棕囊藻.而在实际赤潮发生水域,大
部分棕囊藻总细胞数仅为 104~ 105 cells#L - 1,只有
少部分达到 106 cells#L - 1[ 10] , 比本实验藻密度低 2
个数量级,因此实际应用中所需 ClO2的浓度可能更
低.
ClO2 的毒性很低. 研究证实, 1. 78 ∀ 10- 2 mmol
#L - 1以下的 ClO2 对水蚤等水生生物的生长无明显
影响; ClO2制剂对草鱼、鲤、鲫鱼等养殖鱼类的 48 h
LC50分别为 0. 17、0. 89、1. 10 mmol#L- 1[ 11] ; 不仅如
此,低剂量的 ClO2 的短暂接触还可有效提高鱼类受
精卵的孵化率、预防水产养殖动物的某些疾病; 同时
可以增加水体溶解氧, 降低化学耗氧量, 改善水环
境.特别重要的是,尽管使用过程中 ClO2- 可产生两
种副产物即 ClO2- 和 ClO3- ,但不会产生氯酚、三氯
甲烷等具有臭味和致癌的物质, 不会对环境产生二
次污染. 而有关 ClO2 及其副产物 ClO2- 和 ClO3- 水
溶液的毒理学实验表明[ 19] , 4. 10 mmol#L - 1的 ClO2
水溶液、2. 03 mmol#L - 1的 NaClO2 和 NaClO3 水溶
液以及总浓度为 8. 19 mmol#L - 1的 ClO2 混合水溶
液均为实际无毒水溶液; 4. 10 mmol#L- 1的 ClO2、
2. 03 mmol#L - 1的 NaClO2和 NaClO3 水溶液也是无
明显蓄积性的水溶液; ClO2 混合水溶液对大鼠体重
增长和食物利用率没有产生显著性影响 ( P >
0. 05) . 显然,作为杀藻剂, ClO2 是安全的.
另外,稳定型 ClO2 价格低廉、制作简单,经过活
化就能使用,操作方便[ 18] . 因此, 可以认为, ClO2 是
11757 期 张 珩等:二氧化氯对球形棕囊藻的抑制和杀灭作用
一种值得深入研究和探索的治理赤潮的良好药剂.
不过, ClO2 对海洋生物生长的影响目前报道不多,
需做更进一步的探讨.
42 藻细胞密度对 ClO2杀藻效果的影响
ClO2 的杀藻作用可能受多种因素的影响, 如水
中胶体杂质的理化性质、水温、水中存在的离子、加
药过程的搅拌、加药量等[ 9] . 结果表明, 藻密度越
高,灭藻所需 ClO2 浓度越高.但 ClO2的需要量与藻
密度并不成正比关系.藻密度越高,杀灭单位藻细胞
所需 ClO2 浓度越低. 其原因在于: 1)作为氧化剂,
ClO2 不仅能与无机物如硫化物反应生成硫酸盐、含
氮化合物反应生成硝酸盐, 将 Fe2+ 、Mn2+ 氧化成
Fe3+ 、高价锰等,还能与某些有机物如酚类、多环芳
烃、有机硫化物、脂肪胺、芳香胺、酮醛类化合物、氨
基酸、维生素等发生反应.因此,水体中的 ClO2 部分
会与 F/ 2培养液中的 Mn2+ 、维生素等还原性物质
发生反应. 藻密度越低,这些物质消耗 ClO2 的比例
越高; 2)为使实验更加符合实际情况,本实验所用海
水为未经过滤除菌的广西围洲岛远海表层海水. 海
水中存在的微生物和有机物也会消耗 ClO2.
最后,需要说明的是,本实验条件下未能观察到
球形囊泡群体的形成,这与沈萍萍等[ 16]研究结果相
一致.棕囊藻胶质囊含有大量类似粘多糖的有机物,
能向外释放可在水面形成泡沫的可溶性有机
碳[ 8, 12] . 这种有机碳可能会对 ClO2 的杀藻作用造成
一定影响. 因此,在实际水体中, ClO2 的灭藻效果如
何尚须进一步探讨.
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作者简介 张 珩, 男, 1970 年生,硕士,主要从事海洋生物
化学方面的研究. T el: 02085228470, Email: zy anghng1993
@ sohu. com
1176 应 用 生 态 学 报 14卷