全 文 ：龙爪槐提取物对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究
周晓见 1, 2 ,夏 洁 1 ,靳翠丽 1, 2 ,缪 莉 1, 2 ,董昆明 1, 2 ,封 克 1, 2＊　
(1.扬州大学环境科学与工程学院 ,江苏扬州 225127;2.扬州大学海洋科学与技术研究所 ,江苏扬州 225127)
摘要　[目的 ] 探讨龙爪槐提取物对铜绿微囊藻生长的抑制作用。[方法 ] 测定了龙爪槐叶片浸取液对铜绿微囊藻的增殖抑制效果 ,并
对活性组分进行了初步研究和分析。[结果] 龙爪槐叶片的无水乙醇浸提物经正己烷 、乙酸乙酯、正丁醇和水依次分配后 ,提取物主要成
分为极性组分(60%以上),而含量约为 25%的非极性组分(正己烷相)具有显著的抑制铜绿微囊藻生长的效果。在 25和 50mg/L正己
烷相组分作用下铜绿微囊藻的 7d生长抑制率分别达 75%和 90%以上 ,同时还伴随着细胞中叶绿素a的破坏。[结论] 为防治微囊藻水
华提供了理论依据。
关键词　龙爪槐;铜绿微囊藻;正己烷相;叶绿素a
中图分类号　X524　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2011)25-15322-03
StudyontheInhibitoryEffectofSophorajaponicaExtractsagainsttheGrowthofMicrocystisaeruginosa
ZHOUXiao-jianetal　(ColegeofEnvironmentalScienceandEngineering, YangzhouUniversity, Yangzhou, Jiangsu225127)
Abstract　[ Objective] TheresearchaimedtodiscusstheinhibitoryefectofSophorajaponicaextractsagainstthegrowthofMicrocystisaerugi-
nosa.[ Method] TheinhibitoryefectofextractedliquidofSophorajaponicaleafagainstthegrowthofMicrocystisaeruginosawasmeasured.
Moreover, theactivecomponentwasstudiedandanalyzedinitialy.[ Result] TheabsolutealcoholextractofSophorajaponicaleafwassepara-
tedton-hexane, ethylacetate, n-butanolandwaterphasesinturn.Thepolarfractionswerefoundbeingthemajority(>60%).Thenon-po-
larfractioninn-hexane(about25%)wasfoundsignificantlyinhibitingthegrowthofM.aeruginosa.Theinhibitionratesoffractioninn-hex-
aneattheconcentrationsof25and50 mg/LagainstM.aeruginosain7dwerehigherthan75%and90% respectively.Inaddition, chloro-
phyllaofM.aeruginosawasalsodestroyedinthepresenceofthehexanefraction.[ Conclusion] Theresearchprovidedthetheorybasisfor
preventingandcontrolingthewaterbloomofM.aeruginosa.
Keywords　Sophorajaponica;Microcystisaeruginosa;n-hexanephase;Chlorophyla
基金项目　国家自然科学基金项目(41076097, 41006097);教育部科学
技术研究重点项目(211065), 江苏省自然科学基金项目
(BK2010322);江苏省环境材料与环境工程重点实验室开放
课题(K090027, K090025, K090026, K090028);江苏省教育
厅研究生科技创新项目(M080960);扬州大学 “新世纪 ”人
才工程项目。
作者简介　周晓见(1976-),男 ,安徽安庆人 ,副教授 ,博士 , 从事水环
境生物学研究 , E-mail:zhou-xiaojian@ 163.com。 ＊通讯作
者 ,教授 , 博士 , 博士生导师 , 从事环境科学领域研究 ,
E-mail:fengke@yzu.edu.cn。
收稿日期　 2011-05-24
　　自 20世纪中期以来 ,湖泊富营养化问题已成为一个世
界性的环境问题 ,在我国有 60%的湖泊处于富营养化状
态 [ 1] 。水体富营养化使水体的生产能力提高 ,某些特征性藻
类(主要是蓝藻和绿藻)异常增殖 ,形成水华。蓝藻水华的
主要优势种之一是铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa),它能
向水中分泌毒素 ,除了直接对鱼类 、人畜产生毒害之外 ,还是
肝癌的诱发因素 [ 2-3] 。近 30年来 ,约有近万人由于饮用或
直接接触污染微囊藻毒素的水而造成急性中毒 ,其中 100多
人死亡 [ 4] 。因此 ,有效防治微囊藻水华已成为目前亟待解决
的重大环境问题。
治理水华的爆发 ,主要有化学技术 ,如使用杀藻剂杀灭;
物理技术如截流 、疏浚 、稀释和污水分流等措施;生物技术 ,
如微生物防治 、食藻生物增养殖 、水生生物抑制等 [ 5] 。其中 ,
利用植物的化感作用抑制藻类生长已成为抑制藻类爆发性
生长的新途径 [ 6] 。研究显示 ,水生植物芦苇 、金鱼藻等 [ 7-8]
以及陆生植物大麦秸秆 、玉米秸秆 、桉树等都具有较好的抑
藻效果 [ 9-11] 。周晓见等对 60种陆生植物样品进行筛选 ,首
次发现广玉兰 、龙爪槐和黄杨的叶片浸取液对铜绿微囊藻有
明显的增殖抑制作用 [ 12-13] 。其中 ,广玉兰活性提取物使藻
细胞的叶绿素 a含量急速下降 ,细胞膜透性大幅度升高 ,超
氧化物歧化酶呈现先上升后下降的应激状态。同时藻细胞
的超微结构也相应地发生改变 ,细胞拟核区模糊 ,细胞变形 ,
质膜皱缩甚至破裂 ,光合色素片层排列松散无序 [ 14] 。运用
硅胶柱层析 、凝胶过滤等手段 ,从广玉兰叶片中分离得到了
33种化合物 [ 15] 。目前对于龙爪槐叶片浸取液中的抑藻活性
组分的分离及抑藻机理尚未见报道 。为此 ,笔者研究了龙爪
槐叶片浸取液对铜绿微囊藻的增殖抑制效果 ,并对活性组分
进行了初步研究和分析 ,旨在为防治微囊藻水华提供理论
依据。
1　材料与方法
1.1　材料　龙爪槐(Sophorajaponica)采自江苏省扬州市郊
外。铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)属蓝藻门 ,色球藻
科 ,微囊藻属 。购自中国科学院武汉水生生物研究所 ,编号
FACHB-905。
1.2　方法
1.2.1　铜绿微囊藻的培养。铜绿微囊藻的培养采用 BG11
培养基 [ 16] 。藻种活化后 ,培养在光照培养箱内进行 ,培养条
件为温度 25 ℃、光暗比 =12∶12 h。
1.2.2　龙爪槐提取物的制备。称取 350g龙爪槐叶片 ,置于
广口瓶中加入无水乙醇溶液 500ml,浸提 48h, 3次重复。合
并 3次浸提液 , 30℃旋转蒸发浓缩至浸提液体积不再变化。
在提取液中加入 300 ml蒸馏水 ,置于 1 000 ml分液漏斗内 ,
加入等体积正己烷后分层 ,上层为正己烷相淡绿色 ,下层水
相用乙酸乙酯继续萃取 ,液面分层 ,上层为乙酸乙酯相呈黄
褐色 ,下层水相呈褐色 。下层水相用正丁醇继续萃取 ,振荡
后两相分层 ,上层正丁醇相呈橘黄色 ,下层水相呈黄色。萃
取 3次 ,合并萃取液 ,分别得到正己烷 、乙酸乙酯 、正丁醇和
水萃取液。将各相萃取液分别经旋转蒸发仪蒸干 ,得到各相
组分的提取物。
1.2.3　抑藻试验。将提取物分别溶解于二甲亚砜(DMSO)
责任编辑　乔利利　责任校对　况玲玲安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2011, 39(25):15322-15324
中 ,配制成浓度为 10 g/L的母液 。取对数生长期藻液 ,分别
加入各组分提取物母液和 DMSO,使组分达到各自的最终使
用浓度 ,对照中加入二甲亚砜 ,所有处理的 DMSO含量均为
0.5%。 3次重复。藻液在光照培养箱中培养 7 d。每天测定
铜绿微囊藻细胞密度 ,并计算生长抑制率。叶绿素 a浓度测
定采用丙酮法 [ 17] 。
2　结果与分析
2.1　龙爪槐叶片抑藻活性组分的初步分离　试验在 30 ℃
经旋转蒸发浓缩至浸提液体积不再变化时 ,共得到龙爪槐的
无水乙醇提取物 70 ml。无水乙醇浸提物经正己烷 、乙酸乙
酯 、正丁醇 、蒸馏水进一步分配 、萃取和浓缩后 ,得到各溶剂
萃取物组分的质量分别为:正己烷相 0.56g(23.53%);乙酸
乙酯相 0.30 g(12.61%);正丁醇相 0.80 g;水相 0.72 g
(30.25%)。可见 ,龙爪槐叶片提取物中中等极性组分即乙
酸乙酯相较低;低极性组分正己烷相次之;而较高极性组分
较多 ,主要溶于蒸馏水和正丁醇中 ,质量占 63.00%以上。
2.2　龙爪槐叶片提取物各组分的抑藻作用比较　将所得的
4种组分分别溶于 DMSO中 ,加入到对数增长期的铜绿微囊
藻藻液中 ,各组分的终浓度均为 50mg/L,其中 DMSO含量为
0.5%,培养 7d后发现各组分对铜绿微囊藻的抑制效果各不
相同(图 1)。正己烷相对铜绿微囊藻有最明显的抑制作用 ,
7 d后的抑制高达 97.89%,而乙酸乙酯相 、正丁醇相和水相
组分分别为 20.36%、1.23%和 46.35%。另外 ,培养 24 h后
正己烷相培养瓶的瓶底出现藻细胞沉底的现象 ,绿色的藻细
胞都沉入水底 ,几乎没有藻细胞再悬浮于藻液表面 ,而其他 3
种相中未见有该现象;培养 7 d后经显微镜观察发现细胞出
现明显的空洞 ,藻细胞破裂。由此可见 ,龙爪槐叶片中的抑
藻物质主要存在于正己烷萃取液中 。
图 1　龙爪槐萃取组分对铜绿微囊藻生长的抑制作用
Fig.1　TheinhibitoryefectagainstthegrowthofMicrocystic
aeruginosabytheextractfractionsofSophorajaponica
2.3　龙爪槐正己烷相组分对铜绿微囊藻生长曲线的影
响　由于抑藻活性主要表现在正己烷相 ,所以进行了不同浓
度龙爪槐浸提物的正己烷相组分对铜绿微囊藻生长的抑制
试验 。在培养的 7d内 ,不同浓度的正己烷相组分对铜绿微
囊藻的生长都有显著的抑制作用 ,且随着培养时间的延长 ,
抑制作用也相应的增强。从生长曲线(图 2)可知 ,在铜绿微
囊藻初始密度都为 2.39×106个 /ml情况下 ,从培养的第 1天
开始 ,对照组藻细胞密度一直持续增加 ,而正己烷相组分在
不同浓度 25、50、75、100 mg/L时均对铜绿微囊藻生长有明显
的抑制作用 ,表现在藻细胞密度与初始密度保持持平或略有
降低 ,说明加入正己烷相组分后铜绿微囊藻在 24h内就已停
止生长 。而从第 3天开始 ,在浓度为 50、75、100mg/L正己烷
相组分处理中 ,铜绿微囊藻的细胞密度均不再与初始密度保
持持平 ,而是一直呈线性下降。从第 5天到第 7天 ,加入浓
度为 25 mg/L正己烷相组分的藻细胞密度也仅稍微上升 ,且
仍低于初始密度 。
图 2　不同浓度龙爪槐正己烷相组分对铜绿微囊藻细胞密度的影响
Fig.2　CeldensityofMicrocysticaeruginosaaffectedbythen-hex-
anefractionofSophorajaponicaatthediferentconcentra-
tions
从抑制率曲线(图 3)可知 ,培养 2 d后各浓度对铜绿微
囊藻的抑制率即达到 50%以上 ,且随着处理时间的增加 ,抑
制率也一直在增加 ,但浓度为 25mg/L条件下抑制率的增长
慢于其他 3个较高浓度。培养 7 d后 , 4个浓度组分对铜绿
微囊藻的抑制率分别达到 74.95%、94.19%、93.74%和
90.88%。
图 3　不同浓度龙爪槐正己烷相组分对铜绿微囊藻抑制率的影响
Fig.3　InhibitoryrateofMicrocysticaeruginosaaffectedbythe
n-hexanefractionofSophorajaponicaatthediferent
concentrations
2.4　龙爪槐正己烷相组分对铜绿微囊藻叶绿素 a含量的影
响　测定了在 50 mg/L龙爪槐正己烷相组分作用下铜绿微
囊藻的叶绿素 a含量的变化。由图 4可知 ,对照组中的叶绿
素 a含量在试验期间增长趋势明显 ,由 238 mg/L增加到第 7
天的 421 mg/L;而处理组中的叶绿素 a含量则一直呈下降趋
势 ,第 7天时下降到 68mg/L,说明藻细胞的光合作用能力已
下降到很低的程度 。这表明 ,龙爪槐叶片中含有的物质能够
破坏铜绿微囊藻的叶绿素 ,这可能是影响藻类生长的原因
之一。
3　结论
龙爪槐叶片提取物具有抑制铜绿微囊藻生长的作用 ,该
1532339卷 25期　　　　　　　　　　　　　　　周晓见等　龙爪槐提取物对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究
图 4　龙爪槐正己烷相组分对铜绿微囊藻叶绿素 a含量的影响
Fig.4　ChlorophylacontentofMicrocysticaeruginosaaffected
bythen-hexanefractionofSophorajaponica
提取物主要含有极性组分和非极性组分 ,而含量相对较少的
非极性组分(正己烷相)抑制铜绿微囊藻生长的效果最为显
著 。在正己烷相组分浓度为 25 mg/L时 ,铜绿微囊藻的生长
抑制率接近 75%,正己烷相组分浓度达到及超过 50 mg/L
时 ,铜绿微囊藻的生长抑制率达到 90%以上 ,且伴随叶绿素
a的破坏。
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(上接第 15202页)
800 mm,海拔 1 000m左右。且旬邑县在苹果旺长着色期的
6 ～ 9月 ,日照率达 56%,是日照高值区 ,有利于苹果的光合
物质积累和运转。由广群和半群的概念可知 ,旬邑县独特的
地理环境 S和气候特征＊为生产优质苹果提供了得天独厚
的自然条件。以旬邑县丈八寺镇苏村为例 ,该村无霜期
180 d,冬少严寒 ,夏无酷热 , 4 ～ 9月的平均气温为 16.3 ℃, 6
～8月为 20.9 ℃。苹果全生育期昼夜温差最高月 12.6 ℃,
最低月 9.5℃。在有效生育期的 4 ～ 9月 ,平均温差为 10.7
℃,有利于苹果栽培和糖分的积累 。苹果生育期约需降水
540 mm。旬邑县丈八寺镇苏村 4 ～ 9月降水为 507.1 mm,质
地中壤 ,通透性强 ,水肥供需协调 ,含有机质 1%左右。土壤
属中性偏碱 ,是苹果栽培的优良土壤。
3　物联网技术在农作物生长中的应用
从农产品生产不同的阶段来看 ,无论是苹果种植的培育
阶段和收获阶段 ,都可以用物联网的技术来提高工作的效
率 。比如在苹果种植准备阶段 ,可以在温室里面布置很多传
感器 ,分析实时的土壤信息 ,来选择适合的苹果树种。在种
植和培育阶段可以用物联网的技术手段采集温度 、湿度信
息 ,进行高效的管理 ,从而应对环境的变化。如通过采集设
备 ,假如气候降温了 ,管理人员可以在温室里加热。在苹果
的收获阶段 ,也同样可以利用物联网的信息 ,把传输 、使用阶
段的各种性能进行采集 ,反馈到前端 ,从而在种植收获阶段
进行更精准的测算。
离散数学和物联网技术应用于旬邑县苹果中 ,取得了良
好的效果。 1995年旬邑县苹果首红 、新红星 、千秋 、乔纳金 、
长富 2、长富 6品种在第二届中国农博会上获 “6金 1银 ”的
好成绩;1998年旬邑县被国家农业部列为全国绿色食品苹果
生产重点县 ,并被授予 “中国苹果之乡 ”称号;2003年旬邑县
被评为 “中国果菜生产先进县 ”。离散数学和物联网技术作
用下的旬邑县苹果不仅营养丰富 ,而且价值很高。研究表
明 ,旬邑苹果含水分 85%左右 ,糖 16.2%,苹果酸 0.38% ～
0.63%,还含有各种维生素和矿物质 ,因此有 “旬邑苹果甲天
下 ”的美称。
4　结论
广群和半群概念的引入 ,不仅使人们能够根据不同的地
理环境和气候特征 ,生产与之相匹配的高效农作物 ,而且可
以提高环境质量 、有效地利用和节约资源。物联网产业的发
展 ,为实现农业的信息化 、产业化提供了前所未有的机遇。
同时离散数学和物联网技术的有机结合 ,不仅能改变粗放的
农业经营管理方式 ,而且对提高农业产量和利润率 、改善农
产品的品质有着深远的意义 。
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