CN105217801A - 环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用 - Google Patents
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Abstract
一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。其中,所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起TN异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起pH异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有在藻类增殖作用下改善水体环境水质的作用。以及一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面的应用,其中所述环保酵素通过将水果和/或蔬菜,以及水、糖类,按比例放入密闭容器中发酵而制备。所述藻类为铜绿微囊藻、四尾栅藻和/或喙头舟形藻。本发明发现,环保酵素首次用于防治湖泊藻类水华的危害,具有抑制藻类生长的显著作用;此外,环保酵素/藻华抑制剂的制备方法简单、成本低廉、易于工业化操作,还可以避免出现二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及水体环境生态修复领域,更具体地涉及一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。
背景技术
湖泊是农业、养殖业以及生活用水的主要水源,也具有维持生物多样性、调节气候、蓄纳洪水、调节地表径流、净化水质等功能。随着我国经济的快速发展,城镇人口不断增加,工农业废水、生活污水排放量的不断增长,大量营养物持续入湖,富营养湖泊的占比逐年升高,藻类异常增殖频繁,形成水华。湖泊水华的优势藻类一般为蓝藻、绿藻和硅藻,其中微囊藻属水华在富营养与超富营养湖泊中最常见,绿藻一般在中富营养湖泊易成为优势藻,硅藻水华一般出现在春秋季的中富营养湖泊中。水华爆发引起水体溶解氧量迅速下降,水质恶化,尤其微囊藻水华时藻类代谢释放的有毒物质可致鱼类及其他水生生物大量死亡,水华爆发是水体富营养化和水生态环境恶化的重要特征。因此,寻找一种新型、高效、节能环保的抑制藻类异常增殖的方法对治理湖泊富营养化和修复健康水生态系统具有重大意义。
常规藻类水华治理的措施有物理手段、化学手段和生物手段。物理手段以藻类的拦截、浓缩和抽提离湖为主,化学手段为添加化学合成的絮凝剂,生物手段一般以鱼控藻、水生植被控藻、微生物制剂控藻为主。其中化学手段的应用存在二次污染及费用昂贵的局限已较少在大型湖泊应用。现阶段较为有效的水华治理是在适合的湖湾区域采用物理手段除藻,结合微生物制剂投加等综合技术的应用达到抑制藻类大规模爆发的目的。但微生物制剂始终存在外来微生物对土著微生物生态入侵等生态威胁,湖泊水环境在严格人为可控的条件下进行,且具有投放次数多,培养微生物费用高等缺陷。目前开发对湖泊水生态系统干扰小,无生态威胁,除藻效率高的纯植物抑制剂成为生物制剂抑藻最具前景的方向。
环保酵素以新鲜蔬菜、水果为原料,经水发酵的纯植物制剂,已被广泛应用于食品和保健品中,但在水体富营养化治理方面的应用极少。环保酵素的生产创造性将液态深层发酵技术与固态发酵技术结合,利用废弃生物质做原料,通过发酵生产酶活很高的环保活性酶素。作为藻类水华抑制剂的应用的创新性突出体现在原料来源、温度范围适应广,不需添加菌剂等多方面。同时环保酵素整个制作流程中无废水、废物排出,原料全部转化为活性酶素产品及还田废料。
目前极少有关于环保酵素对富营养化湖泊藻类水华爆发抑制方面的应用研究。本发明人深入研究了环保酵素的理化性质特点,及其对蓝藻中微囊藻属的铜绿微囊藻、绿藻的四尾栅藻、硅藻的喙头舟形藻增殖的抑制作用,旨在利用废弃农业作物制成的纯植物制剂的环保酵素,一方面有助于探讨环保酵素理化性质对藻类抑制作用的机理,另一方面也对日益引起重视的湖泊藻类水华危害的防治提供新的应用思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。
本发明的目的还在于提供一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面的应用。
为实现上述目的,作为本发明的一个方面,本发明提供了一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。
其中,所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起TN异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起pH异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有在藻类增殖作用下改善水体环境水质的作用。
作为本发明的另一个方面,本发明还提供了一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面的应用,其中所述环保酵素通过将水果和/或蔬菜,以及水、糖类,按比例放入密闭容器中发酵而制备。
其中,所述藻类为铜绿微囊藻、四尾栅藻和/或喙头舟形藻。
基于上述技术方案可知,本发明的环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用具有如下有益效果:通过对环保酵素的制备过程及对其理化性质的分析表明,以环保酵素为主体的藻华抑制剂具有抑制藻类生长的显著作用,有助于水生生态环境的净化和水体自身的恢复,对水质有很好的改良作用;此外,本发明的环保酵素/藻华抑制剂的制备方法简单、成本低廉、易于工业化操作,还可以避免出现二次污染。
附图说明
图1A、1B均为未预处理的环保酵素的SEM图,其中图1A为水果酵素,图1B为蔬菜酵素;
图2A、2B均为离心分离后的环保酵素的SEM图,其中图2A为水果酵素,图2B为蔬菜酵素;
图3为本发明的水果酵素的EDX图;
图4为本发明的蔬菜酵素的EDX图;
图5为本发明的水果酵素的FI-IR谱图;
图6为本发明的蔬菜酵素的FI-IR谱图;
图7为本发明的水果酵素与蔬菜酵素的对比红外谱图;
图8A-8F分别为本发明实验进行到第1、3、5、7、9、11天时的培养基照片;
图9为本发明不同浓度酵素对藻密度的影响曲线图;
图10为本发明不同浓度酵素对pH值的影响曲线图;
图11为本发明不同浓度酵素对总氮的影响曲线图;
图12为本发明不同浓度酵素对四尾栅藻生长的抑制柱状图;
图13为本发明不同浓度环保酵素对四尾栅藻培养液pH值的改善作用柱状图;
图14为本发明不同浓度酵素对喙头舟形藻生长的抑制作用柱状图;
图15为本发明不同浓度环保酵素对喙头舟形藻培养液pH值的改善作用柱状图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种环保酵素为主体的藻华抑制剂,由水果或蔬菜与水、糖类按照一定比例发酵制成,其中由水果和水制备的环保酵素称为水果酵素,由蔬菜和水制备的环保酵素称为蔬菜酵素。
本发明中水果酵素的原料由多种水果的果皮、果肉等组成,优选例如由三种水果的废弃部分构成,例如为1/3苹果皮、1/3香蕉皮和1/3橙子皮;蔬菜酵素的原料由多种蔬菜的茎、叶等部分组成,优选例如由三种蔬菜的废弃部分构成,例如为1/3生菜、1/3白菜和1/3空心菜。
水可以采用天然水体中的水,例如湖水、河水等淡水;优选采用经过过滤的湖水,作为一个优选实施例,例如采用北京玉渊潭公园经0.45μm混纤膜过滤的湖水。
糖类可以采用常用的糖,例如红糖、葡萄糖等。
本发明的环保酵素可以按照水果/蔬菜∶湖水∶糖类=1∶2-4∶8-12的体积比放入带盖密闭80L塑料容器中发酵3-6个月。自开始发酵之日起一周后每天开盖放气2小时,自开始发酵之日起2个月后密闭静置保存直至3个月发酵结束,用40目网筛过滤,取滤后清液制备为水果/蔬菜酵素。
对上述制备的环保酵素的理化性质进行检测分析,如图1A-15所示,主要包括环保酵素的扫描电镜微观结构表征、元素组成分析、傅里叶红外光谱(FI-IR)、pH值、密度和固含量。
如图1A、1B、2A、2B所示,对环保酵素进行扫描电镜微观结构表征分析表明,其中水果酵素和蔬菜酵素的微观形态有很大不同。水果酵素为类球形颗粒,表面有不规则的缺陷,颗粒长约1μm,宽约0.8μm。蔬菜酵素为类球形颗粒,颗粒表面为层状结构,颗粒内部可以看到团聚在一起的粒径较小的颗粒,颗粒长约13.3μm,宽约8.2μm。蔬菜酵素的颗粒远大于水果酵素。
如图3、4所示,环保酵素的扫描电镜微观结构表征及EDX分析表明,水果酵素中,C∶O∶N的摩尔比约为12∶9∶4,蔬菜酵素中C∶O∶N的摩尔比约为6∶7∶1。
环保酵素的元素组成分析表明,两种酵素的元素构成为:水果酵素为C39H68O25N4,蔬菜酵素为C38H68O26N5。结果如下表所示:
表1
如图5、6所示,傅里叶红外光谱(FI-IR)分析表明,水果酵素在2926.81cm-1和2851.99cm-1处的吸收峰归属于-CH2-伸缩振动的特征峰,1384.37cm-1处的吸收峰归属于-CH3弯曲振动的特征峰。1638.02cm-1和624.67cm-1处的特征峰分别归属于-NH2面内弯曲振动和面外弯曲振动;1543.28cm-1和1463.63cm-1处的吸收峰归属于-NH-的特征峰。1082.54cm-1和1024.83cm-1处的吸收峰归属于季铵盐的两条吸收带。从图中还可以看到在1746.46cm-1处归属于C=O伸缩振动的特征峰。
傅里叶红外光谱(FI-IR)分析表明,蔬菜酵素在2924.22cm-1处的吸收峰归属于-CH2-伸缩振动的特征峰,1384.40cm-1处的吸收峰归属于-CH3弯曲振动的特征峰。1637.78cm-1、1618.17cm-1和620.75cm-1处的特征峰分别归属于-NH2面内弯曲振动和面外弯曲振动;1533.03cm-1和1453.54cm-1处的吸收峰归属于-NH-的特征峰。1077.66cm-1和1040.16cm-1处的吸收峰归属于季铵盐的两条吸收带。
如图7所示,傅里叶红外光谱(FI-IR)分析表明,水果酵素和蔬菜酵素所含官能团大致相同,但是水果酵素在1746cm-1附近和900-930cm-1附近出现的特征峰,在蔬菜酵素的红外检测中没有检测到。
如图10所示,环保酵素的pH值分析表明,水果酵素pH水果=3.23,蔬菜酵素pH蔬菜=3.51。
环保酵素的密度分析表明,水果酵素和蔬菜酵素的密度分别约为:ρ水果酵素=1.0071g/mL,ρ蔬菜酵素=9.7236/10=0.9724g/mL。
环保酵素的固含量分析表明,水果酵素的固含量约为0.0119%,蔬菜酵素的固含量约为0.0516%。
本发明还公开了一种环保酵素的制备方法,包括以下步骤:
将水果和/或蔬菜,以及水、糖类,按比例放入密闭容器中发酵3-6个月,过滤取滤后清液,即得到所述环保酵素。
其中,发酵原料可以只包含水果,不包含蔬菜;例如优选为1/3苹果皮、1/3香蕉皮和1/3橙子皮。发酵原料也可以只包含蔬菜,不包含水果;例如优选为1/3生菜、1/3白菜和1/3空心菜。
其中,环保酵素按照水果和/或蔬菜∶水∶糖类=1∶2-4∶8-12的体积比混合发酵而成。
本发明还公开了一种藻华抑制剂的制备方法,包括以下步骤:
将如上任意一项所述的环保酵素的制备方法制备的环保酵素加水稀释,即得到所述藻华抑制剂。
其中,环保酵素的稀释比例为1∶50-600,优选为1∶600、1∶240、1∶120或1∶60。
本发明还公开了一种环保酵素在抑制藻类增殖方面的新用途,该环保酵素的试验方法主要包括:制作水果或蔬菜酵素,经筛网过滤取清液,检测得到的环保酵素的理化性质;设定环保酵素稀释比例;选取蓝藻、绿藻和硅藻优势藻种,配置藻类培养液,设定藻类培养营养水平;灭菌后开展藻类生长AGP培养实验,在藻类生长到达稳定增长期后,加入不同稀释比例的灭菌环保酵素,定期摇动藻类培养瓶,观察藻密度变化;实验开始与结束时测定藻类培养混合液的水质TN与pH值。
试验表明,水果酵素具有颗粒小,粘附力强的特点,可附着在藻细胞颗粒上,抑制藻细胞的分裂生长。水果酵素的-NH2、-NH-、季铵盐等吸收峰均为其特征峰,这些铵盐物质的存在对藻类生命活动具有抑制作用。
环保酵素原液pH=3.23呈较强酸性,按一定比例加入藻类培养液对藻类生长过程中pH升高有显著抑制作用。环保酵素原液密度与水的密度接近,有利于在藻类培养液中混合均匀同步发挥抑藻作用。环保酵素固含量较低,避免给培养水体带来额外沉积负担,减少二次污染。
抑制的藻类指蓝藻、绿藻和硅藻,其中蓝藻例如为铜绿微囊藻,绿藻例如为四尾栅藻,硅藻例如为喙头舟形藻。
环保酵素稀释比例为1∶50-600,例如1∶600、1∶240、1∶120和1∶60。其中,环保酵素对铜绿微囊藻生长抑制的最佳稀释倍数为1∶240,藻密度抑制率为62%。环保酵素对四尾栅藻生长抑制的最佳稀释倍数为1∶120,藻密度抑制率为58%。环保酵素对喙头舟形藻生长抑制的最佳稀释倍数为1∶120,藻密度抑制率为74%。
水体藻类培养液为人工配制富营养化湖水,铜绿微囊藻和四尾栅藻培养模拟湖水的配制成分为:NaNO340mg/L,KH2PO44mg/L,K2HPO4·3H2O4mg/L,MgSO4·7H2O30mg/L,CaCl2·2H2O16mg/L,Na2CO38mg/L,柠檬酸铁2.4mg/L,EDTA0.4mg/L;喙头舟形藻培养模拟湖水成分为:NaNO350mg/L,KH2PO44mg/L,K2HPO4·3H2O2mg/L,MgSO4·7H2O30mg/L,CaCl2·2H2O16mg/L,Na2SiO3·9H2O40mg/L,NaCl4mg/L,MnSO4·4H2O0.8mg/L,微量元素0.4mg/L。所述微量元素的成分为:CuSO4·5H2O0.22mg/L,ZnSO4·7H2O0.36mg/L,MnCl2·4H2O0.87mg/L,(NH4)6Mo7O24·4H2O0.22mg/L,H3BO30.015mg/L。
环保酵素具有改善藻类增殖引起的水体富营养化水体水质TN、改善藻类增殖引起的富营养化水体pH值、改善藻类增殖引起的水体富营养化水体水质TN、改善藻类增殖引起的富营养化水体pH值的作用。
为了更好的理解本发明的实质,下面以非限制性的具体实施例的方式进一步详细说明环保酵素对湖泊富营养化优势藻的抑制作用。但并非以此意图限制本发明的保护范围,本发明并不限于这些实施例。
实施例1环保酵素对铜绿微囊藻的抑制作用
(一)实验用品
铜绿微囊藻、酵素;
培养基:硝酸钠、磷酸氢二钾、硫酸镁、氯化钙、碳酸钠、柠檬酸铁、Na2EDTA;
无氨水:浓硫酸;
总氮:硝酸钾、氢氧化钠、过硫酸钾、浓盐酸;
总磷:抗坏血酸、钼酸铵、酒石酸锑氧钾、磷酸二氢钾;
氨氮:氯化铵、酒石酸钾钠、碘化钾、二氯化汞、氢氧化钾;
化学需氧量:重铬酸钾、硫酸银、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、1,10-菲咯啉、硫酸汞;
25mL具塞磨口玻璃比色管、50mL具塞磨口玻璃比色管、酸式滴定管、30mm比色皿、10mm比色皿。
(二)藻类培养
铜绿微囊藻采用下述培养基培养。配制好溶液混匀分装于三角瓶内,瓶口塞上棉塞并用牛皮纸包扎后,在自动高压灭菌锅内以121℃高温灭菌30min。待冷却后将各微囊藻接种于上述培养液中,放置于光照培养箱中进行培养,培养温度为27℃,光强为3000lux。待藻细胞生长至对数增长期后,添加不同稀释比例水果环保酵素。藻种转接及后续实验均为无菌操作。
表2模拟湖水培养液成分
(三)总氮(TN)测定
取10mL过滤后水样于25mL比色管中;
加入5mL碱性过硫酸钾(铝箔纸封口);
121℃高温消煮30min;
冷却后加入1mL体积比为1∶9的HCl,定容至25mL,封口;
静置10min,在220、275nm比色(白机子)。
根据测得的吸光度,从校准曲线中查得相应的硝氮含量。
标准曲线的绘制
分别量取0.00、0.20、0.50、1.00、3.00和7.00mL(氮含量分别为0.00、2.00、5.00、10.0、30.0和70.0μg)硝酸钾标准使用液于25mL的比色管中,加水稀释到10mL,再加入5mL碱性过硫酸钾溶液,盖好瓶塞,用纱布及线绳缠紧管塞,以防加热时溶液外溅。然后将比色管置于灭菌锅中,加热至顶压阀吹气,关阀,继续加热至120℃开始计时,保持温度在120-124℃之间30min。自然冷却、开阀放气,移去外盖,取出比色管,冷却至室温,按住管塞将比色管中的液体混匀2-3次。
在每个比色管分别加入1mL(1+9)盐酸溶液,用无氨水水稀释至标线,混匀。使用10mm石英比色皿,在紫外分光光度计上,分别于波长220nm和275nm处测定吸光度。总氮TN对于标准溶液与空白溶液差值A校绘制的标准曲线见图5,对应线性方程为TN=0.2873A校+0.0157(R2=0.9998)
TN数值的测定
量取10.00ml待测试样于25ml具塞磨口玻璃比色管中,按照以上步骤进行测定,计算得到试样校正吸光度A校,在标准曲线上计算相应的总氮m,总氮含量CN(mg/L)按公式计算:
CN(mg/L)=m/V
计算总氮变化率,比较添加不同浓度环保酵素后其总氮含量的变化,计算公式如下:
式中:R为总氮变化率;
C0为试验开始时总氮的浓度;
C1为试验结束时总氮的浓度;
V为所取水样的体积,整个试验过程中所取水样的体积均相同。
(四)藻密度抑制率计算
通过计算藻类密度的变化量可以直观得出环保酵素对藻类生长的抑制效果,藻类密度的变化量计算公式如下:
Δm=(ma-mo)/mo*100
式中:mo:实验结束时空白对照培养液藻密度;
ma:实验结束时添加环保酵素培养液的藻密度;
Δm:整个实验过程中添加环保酵素处理组对藻类生长的抑制率。
(五)实验方法及结果
将已制备的环保酵素滴加到铜绿微囊藻培养液中并设定空白对照,每组三个平行。
实验第3天,添加1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基可明显观察到铜绿微囊藻絮凝沉淀到培养基底部,且培养基中添加的环保酵素浓度越高,铜绿微囊藻絮凝沉淀的量越少。1∶240浓度环保酵素的藻液培养基上部的水体变的清澈透明;1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基因为添加酵素的量较大,带有环保酵素本身的颜色,水体偏黄;1∶600浓度环保酵素的藻液培养基无铜绿微囊藻絮凝沉淀的现象,但与未添加环保酵素的空白对照组对比颜色较浅。
实验的第5天观察培养基的情况与第3天基本相同,但1∶600浓度环保酵素的藻液培养基与未添加环保酵素的空白对照组培养基中水体颜色逐渐变绿,1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基中的铜绿微囊藻絮凝沉淀的量逐渐减少。
实验的第11天观察培养基的情况,1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基底部絮凝沉淀的物质偏黄。1∶240浓度环保酵素的藻液培养基中长出类似菌落的白色斑点浮于培养基表面,1∶600浓度环保酵素的藻液培养基与未添加环保酵素的空白对照组培养基中的水体仍然呈绿色。
从显微镜下观察铜绿微囊藻,添加环保酵素培养基中的铜绿微囊藻大多变得透亮。
用0.1mL胶头吸管在藻液以下1cm处准确吸取0.1mL铜绿微囊藻液于浮游植物计数框内,盖好盖玻片,每个实验样品分别在显微镜下用血球计数板计数。同一个样品的两片计算结果和平均数之差不大于其均数的±10%,其均数视为有效结果,否则必须测第三片,直至三片平均数与相近两数之差不超过均数的±10%为止,这两个相近值的均数即可视为计算结果。每24h取样测定一次藻细胞总数。
图9为未添加环保酵素的空白对照组和添加不同浓度环保酵素的藻液培养基的藻密度随时间的变化趋势图。由图9分析可知,未添加环保酵素的空白对照组中铜绿微藻的数量在前5天处于持续增长状态。添加1∶600环保酵素的藻液培养液中铜绿微囊藻增长缓慢,环保酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的藻液培养液中铜绿微囊藻的数量在前5天处于持续减少状态,且添加酵素的浓度越高,铜绿微囊藻的数量减少的越多。
通过对环境因子的相关性分析,环保酵素浓度与藻数的秩相关系数随着时间增长分别为-0.168、-0.820、-0.745、-0.821、-0.772和-0.776,说明酵素浓度与藻数存在显著负相关性。对于空白试验和添加酵素浓度为1∶600的实验组,藻数与时间存在显著正相关性,相关系数分别为0.946和0.946;添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的实验组,藻数与时间存在显著负相关性,相关系数分别为-0.228、-0.620和-0.628,说明添加酵素从1∶240开始,开始对藻类存在抑制作用。
表3添加不同浓度环保酵素铜绿微囊藻的抑制率
由表3数据得知,添加酵素后实验组的铜绿微囊藻增长量均低于空白对照组,且添加环保酵素的浓度越大,对抑制铜绿微囊藻生长的效果越好。从添加酵素浓度为1∶240的实验组开始,抑制效果已非常显著,当添加酵素浓度为1∶120和1∶60时,实验组藻数的增长量为负数,说明环保酵素对藻类存在显著抑制作用。但随着浓度的升高,抑藻的效果增加附加幅度有限,考虑到环保酵素浓度增大会导致经济成本增加,以及环保酵素本身的性质会影响水质的pH值和气味,所以综合考虑,应用环保酵素浓度为1∶240时,对藻类的抑制效果最好。
如图10所示,藻类生长pH变化趋势表明,未添加环保酵素的空白对照组的pH值在稳定增长期达到9.46-10.23。添加环保酵素浓度为1∶600的藻液培养基的pH值一直处于上升状态,在第11天时,该浓度的pH值与未添加酵素的空白对照基本相同;添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的藻液培养基前5天基本保持稳定,且pH值偏酸性,但在第11天时,添加酵素浓度为1∶240的藻液培养基pH值回升至中性。
铜绿微囊藻在生长过程中pH会逐渐升高,环保酵素利用废弃水果皮发酵而成,发酵产物为酸性物质,添加浓度越高的环保酵素会使得藻类培养液pH值越低,故相对而言添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的藻液培养基的pH值比未添加酵素和添加酵素浓度为1∶600的实验组低,对铜绿微囊藻的生长抑制作用会较好。但需要实际湖泊pH值过低时,会影响鱼类和其他水生生物生长,最终确定添加1∶240浓度的环保酵素,对应用于实际湖泊水体抑制铜绿微囊藻水华的爆发具有重大实际应用价值。
图11为未添加酵素的空白对照组和添加不同浓度酵素的藻液培养基的总氮含量随时间的变化趋势图。由图11分析可知,未添加酵素的空白对照组培养基中的总氮含量在前5天处于缓慢增长状态,从第5天开始空白对照组培养基中的总氮含量较之前有所降低,实验结束与实验开始时培养基中总氮数值相比,数值有所减小。添加酵素后,添加酵素浓度为1∶600的实验组总氮含量第3天有少量增加,整体趋势总氮含量下降幅度较大;添加酵素浓度为1∶240和1∶120的实验组总氮含量均在前5天持续缓慢增加,之后一直保持缓慢减少的状态,且实验结束时总氮含量较实验开始时有所减少;添加酵素浓度为1∶60的实验组在第2天总氮含量有所降低,但是第5天总氮含量又有所增加,到实验结束时,总氮的含量较实验开始时有所减少。
通过对环境因子的相关性分析,环保酵素浓度与总氮含量的秩相关系数随着时间增长分别为0.998、0.994、0.928、0.931、0.948和0.907,说明酵素浓度与总氮含量存在显著正相关性。对于五个实验组,总氮含量与时间存在显著负相关性,相关系数分别为-0.047、-0.853、-0.425、-0.492和-0.095。而总氮含量与添加不同浓度酵素后培养基中藻数的秩相关系数随着时间增长分别为-0.119、-0.842、-0.827、-0.841、-0.805和-0.777,说明总氮含量与添加酵素后培养基中藻数存在显著负相关。
表4空白对照组和添加不同浓度酵素实验组总氮含量变化率
由表4数据得知,氮作为生物合成油脂和淀粉等组成的必要物质,总氮含量的变化率越小则对藻的抑制作用效果越好。从总氮含量的变化率角度看酵素对铜绿微囊藻的抑制作用,作用效果依次为添加酵素浓度为1∶600、1∶240、1∶120和1∶60实验组,且酵素对总氮有去除效果。
实施例2环保酵素对四尾栅藻生长的抑制和对水质的改善作用
将已制备的环保酵素滴加到四尾栅藻培养液中并设定空白对照,每组三个平行。
实验第3天,添加1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基可明显观察到四尾栅藻絮凝沉淀到培养基底部,且培养基中添加的酵素浓度越高,四尾栅藻絮凝沉淀的量越少。1∶240浓度环保酵素的藻液培养基上部的水体变的清澈透明;1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基因为添加量较大,带有酵素本身的颜色,水体稍显黄色。
实验的第5天与第2天基本相同,1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养基中的四尾栅藻絮凝沉淀的量逐渐减少。
实验的第11天,1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养液底部絮凝沉淀的物质偏黄。1∶240浓度酵素的藻类培养液中长出类似菌落的白色斑点浮于培养液表面。
实验的第18天,各比例环保酵素藻类培养液中四尾栅藻密度均显著低于空白,1∶240、1∶120和1∶60藻密度值,环保酵素对四尾栅藻的抑制率如下表所示。
表5添加不同浓度环保酵素四尾栅藻的抑制率
如图12所示,根据不同稀释比例的蔬菜酵素对四尾栅藻的抑制作用,初步确定1∶120为最佳稀释浓度,具有推广的技术与经济可行性。
如图13所示,四尾栅藻在生长过程中pH会逐渐升高,环保酵素利用蔬菜发酵而成,发酵产物为酸性物质,添加浓度越高的环保酵素会使得藻类培养液pH值越低,故相对而言添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的藻液培养基的pH值均比未添加酵素的空白实验组低,对铜绿微囊藻的生长抑制作用会较好。但需要实际湖泊pH值过低时,影响鱼类和其他水生生物生长,初步确定添加1∶120浓度的环保酵素,对应用于实际湖泊水体抑制铜绿微囊藻水华的爆发具有重大实际应用价值。
氮作为生物合成油脂和淀粉等组成的必要物质,总氮含量的变化率越小则对藻的抑制作用效果越好。从总氮含量的变化率角度看酵素对铜绿微囊藻的抑制作用,作用效果依次为添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60实验组,且酵素对总氮有一定去除效果,有助于藻华发生时水质TN的改善。
表6空白对照组和添加不同浓度环保酵素实验组总氮含量变化率
实施例3环保酵素对喙头舟形藻的生长抑制和对水质的改善作用
将已制备的环保酵素滴加到喙头舟形藻培养液中并设定空白对照,每组三个平行。
如图14所示,实验第3天,添加1∶240、1∶120和1∶60浓度环保酵素的喙头舟形藻培养液可明显观察到絮凝的藻沉淀到培养瓶底部,且培养液中添加的酵素浓度越高,藻絮凝沉淀的量越少。1∶240浓度环保酵素的藻培养液上部的水体变的清澈透明;1∶120和1∶60浓度环保酵素的藻液培养液因为添加量较大,带有酵素本身的颜色,水体稍显黄色。
实验的第5天与第2天基本相同,1∶240、1∶120和1∶60浓度酵素的藻液培养液中的喙头舟形藻絮凝沉淀的量逐渐减少。
实验的第11天,1∶240、1∶120和1∶60浓度酵素的藻液培养液底部絮凝沉淀的物质偏黄。1∶240浓度环保酵素的藻类培养液中长出类似菌落的白色斑点浮于培养液表面。
实验的第18天,各比例环保酵素藻类培养液中四尾栅藻密度均显著低于空白,1∶240、1∶120和1∶60藻密度值,环保酵素对四尾栅藻的抑制率如下表所示。
表7添加不同浓度环保酵素喙头舟形藻的抑制率
如图15所示,喙头舟形藻在生长过程中pH会逐渐升高,环保酵素利用蔬菜发酵而成,发酵产物为酸性物质,添加浓度越高的环保酵素会使得藻类培养液pH值越低,故相对而言添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60的藻液培养基的pH值均比未添加酵素的空白实验组低,对铜绿微囊藻的生长抑制作用会较好。但需要实际湖泊pH值过低时,影响鱼类和其他水生生物生长,初步确定添加1∶120浓度的环保酵素,对应用于实际湖泊水体抑制铜绿微囊藻水华的爆发具有重大实际应用价值。
氮作为生物合成油脂和淀粉等组成的必要物质,总氮含量的变化率越小则对藻的抑制作用效果越好。从总氮含量的变化率角度看酵素对铜绿微囊藻的抑制作用,作用效果依次为添加酵素浓度为1∶240、1∶120和1∶60实验组,且酵素对总氮有一定去除效果,有助于藻华发生时水质TN的改善。
表8空白对照组和添加不同浓度环保酵素实验组总氮含量变化率
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种环保酵素在防治湖泊藻类水华危害方面的应用。
2.如权利要求1所述的应用,其中所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起TN异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有抑制因藻类增殖引起pH异常升高的作用;或者,所述环保酵素具有在藻类增殖作用下改善水体环境水质的作用。
3.一种环保酵素在制备藻华抑制剂方面的应用,其中所述环保酵素通过将水果和/或蔬菜,以及水、糖类,按比例放入密闭容器中发酵而制备。
4.如权利要求1至3任意一项所述的应用,其中所述藻类为铜绿微囊藻、四尾栅藻和/或喙头舟形藻。
5.如权利要求3所述的应用,其中所述环保酵素的发酵原料只包含水果,不包含蔬菜,优选为1/3苹果皮、1/3香蕉皮和1/3橙子皮。
6.如权利要求3所述的应用,其中所述环保酵素的发酵原料只包含蔬菜,不包含水果,优选为1/3生菜、1/3白菜和1/3空心菜。
7.如权利要求3所述的应用,其中所述水为自然水体中的水;优选为湖水或河水;进一步优选为过0.45μm混合纤维滤膜后的湖水。
8.如权利要求3所述的应用,其中所述环保酵素按照水果和/或蔬菜∶水∶糖类=1∶2-4∶8-12的体积比混合发酵而成。
9.如权利要求3所述的应用,其中所述藻华抑制剂由所述环保酵素加水稀释而成,稀释比例为1∶50-600,优选为1∶600、1∶240、1∶120或1∶60。
10.如权利要求9所述的应用,其中用于抑制铜绿微囊藻生长时所述环保酵素的稀释比例为1∶240,用于抑制四尾栅藻生长时所述环保酵素的稀释比例为1∶120,用于抑制喙头舟形藻生长时所述环保酵素的稀释比例为1∶120。
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