茶多酚对复苏期蓝藻种源的控制及抑藻机理研究

In recent years, the frequent outbreak of algal-bloom in lakes around the world, especially in China, has created great harm to ecosystems and human life. Prevention and treatment on cyanobacterial blooms is an urgent issue. Biological control technology is an efficient and safe method used in algal-bloom control, in which plant allelochemicals are considered as a promising source of algicides. Our preliminary study was performed by screening the most effective algal-inhibition material from some plants with allelopathy. The results showed that tea of low concentration could effectively control the growth and reproduction of cyanobacteria. Two active substances were purified and identified as EGCG and ECG, respectively. On this basis, the cell morphology, photosynthetic activity, gene expression of photosynthesis and stress-related proteins of Microcystis will be determined to reveal the biochemical mechanism of algal-inhibition by tea-polyphenols. The best method of treating Microcystis of recruiment stage both in laboratory and lake will be explored. Based on the succession rules of cyanobacterium, this research aims at new way to prevent and control harmful cyanobacteria through removal of cyanobacterial seed source in shallow lakes.

近年来，蓝藻水华在世界各国，尤其是我国频繁爆发，给生态系统及人类生活带来很大危害，因此对有害藻类的预防和控制是我们急需解决的一个难题。生物防治技术是一个高效、经济和环保的控藻途径，其中植物化感物质是一种很有潜力的抑藻剂。前期研究中，我们从具有抑藻作用的植物中筛选高效抑藻材料，利用其处理复苏期铜绿微囊藻。结果表明，低浓度茶叶浸提液可以高效地抑制蓝藻的生长和繁殖。从茶叶中分离鉴定了两种具有抑藻活性的茶多酚单体：表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和表儿茶素没食子酸酯（ECG）。本项目在此基础上，通过检测蓝藻细胞形态、光合活性、光合作用及胁迫相关蛋白的基因表达，研究茶多酚抑制蓝藻生长的生理生化机理。同时探索将该抑藻剂应用于实验室模拟复苏蓝藻及湖泊水体中蓝藻的控制。本项目基于蓝藻自身的演替规律，寻找控制蓝藻种源复苏和生长繁殖的安全高效的方法，为有效去除浅水湖泊中的蓝藻越冬种源提供理论和实践基础。

近几十年来，蓝藻水华在世界各国，尤其是我国频繁爆发，给生态系统及人类生活带来很大危害。微囊藻是我国长江流域湖泊水华蓝藻的优势种，对微囊藻复苏和生长的控制是解决浅水湖泊水华发生的重要议题。生物防治技术是一个高效、经济和环保的控藻途径，其中植物化感物质是一种很有潜力的抑藻剂。本研究从常见作物材料中筛选确定茶叶为一种高效安全环保的新型抑藻剂，分离其主要抑藻活性物质，研究其抑藻机理，并在湖泊水体中实施抑藻。研究内容及结果如下：.1.筛选高效抑藻材料。将常见农作物秸秆及茶叶进行了抑藻实验。其中，茶叶浸提液在除菌前后的抑藻效果一样，说明茶叶的抑藻效果主要取决于它的化感作用，而且低浓度的茶叶即具有持续而良好的抑藻效果。.2. 研究茶叶浸提液的抑藻特性。8种不同品种的茶叶均具有良好的抑藻效果，各种绿茶的抑藻效果都接近100%，而红茶的抑藻效果低于绿茶。放置两年的陈旧茶叶抑藻效果与当年产茶叶相比，抑藻效果无显著变化。12天时，0.2 g/L的茶叶浸提液的抑藻率为92%，0.4 g/L以上浓度浸提液的抑藻率接近100%。..3. 分离鉴定茶叶浸提液中的抑藻活性物质。通过萃取、凝胶过滤和HPLC一系列分离纯化手段，从茶叶浸提液中分离纯化出几种抑藻活性成分，经MS分析鉴定含有EGCG（表没食子儿茶素没食子酸酯）和ECG（表儿茶素没食子酸酯）。EGCG的半抑藻浓度为5.5 mg/L，ECG的半抑藻浓度为4.2 mg/L。.4. EGCG抑藻机理分析。从细胞结构、生理生化反应和基因表达等方面研究了EGCG对M. aeruginosa细胞生长繁殖的抑制机理，及藻细胞对多酚胁迫的响应。电镜结果显示，EGCG破坏细胞壁、细胞膜及类囊体结构。流式细胞仪检测下，EGCG降低了光合作用效率和电子传递速率。荧光定量PCR结果显示，EGCG抑制了光合作用中心PSI和PSII核心蛋白的表达，降低ATP酶的表达，并提高藻胆体降解蛋白的表达量。同时，细胞内普遍胁迫蛋白（Usp）的表达量上升，胁迫下藻细胞对多酚及氧化胁迫做出响应。EGCG还大幅度提高了细胞内活性氧水平，对细胞造成氧化损伤。..5. 湖泊水体抑藻试验。分别用0.025 g/L、0.05 g/L和0.01 g/L三个浓度的茶叶浸提液处理湖泊水体内复苏生长期的蓝藻，三个浓度均有抑藻效应，并且对蓝藻的抑制较其它藻类效果更好。