CN106434352A - 一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，属于生物技术领域。通过在培养基中添加光触媒，在一定的光照条件下，利用光触媒光催化产生活性氧的特性，可以有效抑制入侵敌害生物的生长，同时，活性氧的生成可以促进雨生红球藻由游动细胞转变为厚壁孢子，进一步提升其对抗敌害生物的能力。光触媒作为催化剂，在培养过程中不会消耗，其病虫害防治效果可以一直持续到培养结束。另外，基于光触媒材料与雨生红球藻细胞粒径和比重的差异，通过简单过滤或者沉降等方法可实现回收利用。本发明操作简单、成本低廉、安全高效，适合大规模生产应用。

Description

一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域，特别提供了一种利用光触媒防治微藻病虫害的方法。
背景技术
雨生红球藻是一种淡水单细胞绿藻，隶属绿藻门、绿藻纲、团藻目、红球藻科、红球藻属。雨生红球藻因能大量积累虾青素而使藻体呈现红色，故名红球藻或雨生红球藻。它被认为是自然界中产生虾青素的最佳生物平台，利用雨生红球藻生产的天然虾青素品质佳、抗氧化活性强。然而，当前全球雨生红球藻产量仍然很低，规模化养殖技术的不成熟是主要限制因素，比如藻种选育、光生物反应器设计、培养优化等相关技术都需要进行深入的研究。但相比于这些技术方案，病虫害防治技术是最为重要的一环。在规模化培养过程中，敌害生物的入侵会带来严重的危害，即使是封闭式光生物反应器也难以避免。一旦出现敌害生物，如原生动物、杂藻、细菌、壶菌等，将影响目标藻种的生长，严重的情况下将导致颗粒无收。
近年来有许多关于微藻病虫害防治的研究报道，但主要为广谱性方法，因此选择性不够。微藻病虫害的防治方法主要有以下几大类：微藻培养前处理方法，例如臭氧、紫外线、次氯酸钠、物理过滤等，该类方法没有选择性，而且会对微藻产生伤害，只适用于培养前处理，而不能用于培养过程中出现的病虫害；培养过程中的物理方法，如采用微孔过滤和尼龙网隔离等手段，该方法可以清除大型的食藻动物，但对于个体很小的食藻性轮虫及其卵却难以根除，同时过滤速度较慢，在规模化生产中的应用受到限制；培养过程中的化学方法，主要是利用甲醛、氨水、过氧化氢和次氯酸钠等药物，以及降低pH等方法，但是这些方法都没有专一性，其处理过程同时会对微藻产生严重的危害。除此之外，还有添加重金属、有机磷类、氨基甲酸类农药的防治方法，但是这些方法只是单独考虑对病虫害的防治，并未考虑对微藻生长繁殖及产品质量的影响。因此，开发一种安全、有效的雨生红球藻病虫害防治的方法，对于雨生红球藻的培养，特别是规模化的养殖，是极其必要的。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，该方法尤其适合大规模生产应用，且操作简单、成本低廉、安全高效。采用的技术方案如下：
一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，包括以下步骤：
a、将光触媒材料加入到纯净水中，配制成浓度为1~10 g/L的光触媒溶液，将所述光触媒溶液进行分散，获得分散性良好的光触媒母液；
b、将所述光触媒母液添加到基础培养基中，配制成光触媒浓度为1~100 mg/L的培养基；
c、将雨生红球藻藻种接种至步骤b含有光触媒的培养基中，得到接种后的培养基；
d、将接种后的培养基置于光生物反应器中培养，通入含有0.5~1.5% CO2的混合空气，在光照条件下，pH为7.0~8.0，温度为20~25℃，培养3~10天。
优选的，步骤a中的光触媒材料为纳米级的二氧化钛TiO2、氧化锌ZnO、二氧化锆ZrO2、硫化镉CdS、三氧化钨WO3、三氧化二铁Fe2O3、硫化铅PbS、氧化锡SnO2、硫化锌ZnS、钛酸锶SrTiO3、二氧化硅SiO2、银Ag、铂Pt、铑Rh、钯Pd以及复合光触媒材料中的一种或者多种。
优选的，步骤a中的分散所用的方法为机械搅拌、超声波震荡中的一种，分散时间为10~40 min。
优选的，步骤c中的雨生红球藻藻种为纯净无污染的雨生红球藻藻种或含有敌害生物的雨生红球藻藻种中的一种；所述敌害生物包括杂藻、原生动物、细菌、壶菌中的一种或多种。
优选的，步骤d中的光生物反应器为塑料薄膜光生物反应器、平板式光生物反应器、管道式光生物反应器、柱式光生物反应、跑道池或圆池光生物反应器、带光源的发酵罐。
优选的，步骤d中的光照条件为自然光照或人工光照。
优选的，人工光照采用LED灯、荧光灯、紫外灯、白炽灯、卤素灯、钠灯中的一种或多种。
本发明提供了一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，通过在基础培养基中添加光触媒，在光照条件下，利用光触媒光催化产生活性氧的特性，可以有效抑制入侵敌害生物的生长，同时，活性氧的生成可以促进雨生红球藻由游动细胞转变为厚壁孢子，进一步提升其对抗敌害生物的能力。
光触媒作为催化剂，在培养过程中不会消耗，因此其病虫害防治效果可以一直持续到培养结束。另外，基于光触媒材料与雨生红球藻细胞粒径和比重的差异，通过简单过滤或者沉降等方法可实现光触媒材料的回收利用。
本发明提供的方法操作简单、成本低廉、安全高效，尤其适合大规模的生产应用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、结合、简化，均为等效形式，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）将主要成分为纳米二氧化钛的光触媒材料加入到纯净水中，配制浓度为10 g/L的光触媒溶液，在使用前用利用超声波震荡10min，获得分散性良好的光触媒母液，并添加到BG-11缺氮培养基中，配制成光触媒浓度为100 mg/L的培养基。
（2）取纯净无污染的雨生红球藻藻种，接种至上述培养基中，初始浓度为0.5 g/L。
（3）将接种后的培养基置于室外塑料薄膜光生物反应器中培养，自然光照条件，通入含有1.5%CO2的混合空气，pH控制在7.0，温度控制在25℃，培养10天。
培养过程中，每天取样并使用显微镜观察，结果显示培养过程中无敌害生物，雨生红球藻生长状况良好。
培养结束后，收集藻液使用改良的Boussiba方法测定虾青素浓度，测得实施例1虾青素浓度为26.5 mg/L，相比于不添加光触媒的对照组提高了27.3%。
实施例1表明，添加光触媒后雨生红球藻生长状况良好，无病虫害，且光触媒对雨生红球藻虾青素的积累没有抑制作用，反而有一定的促进作用。
实施例2
（1）将主要成分为纳米二氧化钛的光触媒材料加入到纯净水中，配制浓度为2g/L的光触媒溶液，在使用前用利用机械搅拌40 min，获得分散性良好的光触媒母液，并添加到BG-11缺氮培养基中，配制成光触媒浓度为10 mg/L的培养基。
（2）取含有敌害生物（包括杂藻、原生动物、细菌、壶菌）的雨生红球藻藻液，接种至上述培养基中，总的初始浓度为0.4g/L。
（3）接种后置于室外塑料薄膜光生物反应器中培养，自然光照条件，通入含有1.0%CO2的混合空气，pH控制在8.0，温度控制在25℃，培养10天。
培养过程中，每天取样并使用显微镜观察，结果显示未添加光触媒的对照组在第5天已完全漂白死亡。而添加了光触媒后，在培养过程中，杂藻逐渐漂白死亡，原生动物活动力不断减弱、壶菌没有大规模爆发。
培养结束时，培养液中存在少量细菌、杂藻和壶菌，无原生动物，有大量诱导变红的雨生红球藻细胞。
培养结束后，收集藻液使用改良的Boussiba方法测定虾青素浓度，测得实施例2虾青素浓度为20.7 mg/L。
实施例2表明，添加光触媒可以有效地控制敌害生物的生长，保护雨生红球藻虾青素的生产。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于包括以下步骤：
a、将光触媒材料加入到纯净水中，配制成浓度为1~10 g/L的光触媒溶液，将所述光触媒溶液进行分散，获得分散性良好的光触媒母液；
b、将所述光触媒母液添加到基础培养基中，配制成光触媒浓度为1~100 mg/L的培养基；
c、将雨生红球藻藻种接种至步骤b含有光触媒的培养基中，得到接种后的培养基；
d、将接种后的培养基置于光生物反应器中培养，通入含有0.5~1.5% CO2的混合空气，在光照条件下，pH为7.0~8.0，温度为20~25℃，培养3~10天。
2.按照权利要求1所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：步骤a所述的光触媒材料为纳米级的二氧化钛TiO2、氧化锌ZnO、二氧化锆ZrO2、硫化镉CdS、三氧化钨WO3、三氧化二铁Fe2O3、硫化铅PbS、氧化锡SnO2、硫化锌ZnS、钛酸锶SrTiO3、二氧化硅SiO2、银Ag、铂Pt、铑Rh、钯Pd以及复合光触媒材料中的一种或者多种。
3.按照权利要求1所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：步骤a所述的分散，其方法为机械搅拌、超声波震荡中的一种；其分散时间为10~40 min。
4.按照权利要求1所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：步骤c所述的雨生红球藻藻种为纯净无污染的雨生红球藻藻种或含有敌害生物的雨生红球藻藻种中的一种；所述敌害生物包括杂藻、原生动物、细菌、壶菌中的一种或多种。
5.按照权利要求1所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：步骤d所述的光生物反应器为塑料薄膜光生物反应器、平板式光生物反应器、管道式光生物反应器、柱式光生物反应、跑道池或圆池光生物反应器、带光源的发酵罐。
6.按照权利要求1所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：步骤d所述的光照条件为自然光照或人工光照。
7.按照权利要求8所述的一种利用光触媒防治雨生红球藻病虫害的方法，其特征在于：所述人工光照采用LED灯、荧光灯、紫外灯、白炽灯、卤素灯、钠灯中的一种或多种。
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