CN109042762A - 一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法和使用方法，本发明的中草药制剂包括以下重量份原料：黄连20‑50份、苦楝皮20‑50份、青蒿10‑20份、马钱子5‑10份、黄芩20‑50份、黄柏20‑50份、半夏20‑50份、附子5‑10份和大黄5‑10份。本发明的中草药制剂富含化感物质，原料中的生物碱类、酚类、柠檬素脂肪酸、倍半萜类二萜、香豆素类、黄酮类化合物等化感活性物质通过影响蓝藻光合作用，破坏蓝藻细胞膜结构和功能，从而达到杀死蓝藻、抑制蓝藻水华现象的效果；本发明的中草药制剂原料为天然中草药，安全、高效、无毒、无害，且不会产生二次污染；本发明的中草药制剂使用剂量少，对蓝藻水华的消除效率高，反应时间短；本发明能广泛应用于抑制蓝藻水华生长或处理蓝藻水华爆发的过程中。

Description

一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂及其制备方法和使用 方法
技术领域
本发明涉及水生态环保治理领域，特别涉及一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂及其制备方法和使用方法。
背景技术
蓝藻是一种古老的原核生物群体，具有藻类和细菌双重特性，能利用阳光、水、氮、磷、二氧化碳和其它营养物质进行光合作用，是光合自养型生物。其细胞中含有较高浓度的藻毒素——微囊藻毒素(MC)，长期接触会损坏人体肝功能，对神经、细胞和皮肤也有一定影响。蓝藻群体相对较大，但单细胞很小，最小直径仅0.1um，细胞内的伪空泡能提供可调节浮力，控制其在水体中的垂直分布。蓝藻生命力强，繁殖快，在适宜温度、光照、营养物及风向相对稳定情况下，12～24h能繁殖一次，即使在恶劣的生境中也能生存。
近年来，随着我国城市化进程的不断发展，工业、农业和生活污水排放迅猛增加，大量含氮、磷污水进入水环境，目前我国已有66％以上湖泊、水库处于富营养化状态，其中重富营养和超富营养的占22％，这种富营养化水体为蓝藻增殖提供了基本条件，当温度较高，天气晴朗时，水中蓝藻快速大量繁殖，上浮并聚集于水面，形成面积大、密度高的蓝藻层，呈现“蓝藻水华”现象。目前我国蓝藻暴发严重湖泊主要是“三湖”(太湖、巢湖和滇池)，如太湖，2007年，微囊藻暴发面积达979km2，超过太湖总面积的2/5，巢湖和滇池每年暴发面积也有数十至数千平方公里微囊藻。蓝藻生长、繁殖和暴发期是氮、磷富集、转换的过程，对水体并无污染，也基本不释放微囊藻毒素MC。但其死亡后，其所含氮、磷、有机质和藻毒素会释放到水体和底泥中，成为河流和湖泊主要的内源污染，其尸体覆盖湖面散发腐臭，同时阻碍水体复氧，在缺氧和厌氧状态下，好氧微生物、水生植物和水生动物大量死亡，水质变差，水生态环境遭进一步破坏。
面对如此严峻的水污染现状，治理和控制蓝藻水华变得迫在眉睫，目前国内采用的技术主要有：①物理法：引换水，曝气，机械打捞收藻等方法，机械打捞是通过富集蓝藻→打捞藻水→运用气浮、混凝，离心、压滤、磁分离等方法分离藻水→最后资源化处理蓝藻，达到控制蓝藻水华的目的。物理法特点：见效快，指标不治本，需要大量的人力物力财力。②化学法：化学除藻是通过化学药剂(统称杀藻剂)来控制水中藻类的繁殖，常见的杀藻剂有硫酸铜和DBNPA，BC-655等有机农药、通常与絮凝剂配合使用。化学灭藻剂控制蓝藻的爆发可以取得较好的短期效果，但并没有削减水体中“营养”的基本数量，一旦药效过去，蓝藻又将发作，治标未治本，还要承担二次污染的风险。③生物法：主要有栽种水生高等植物，养殖水生动物，投加微生物菌种等等。但外来物种会因没有天敌而引起其它的环境问题。所以在湖泊水库蓝藻治理方面，找到一种新的抑制并猝杀蓝藻水华，防止大面积蓝藻水华暴发是亟待解决的问题。
植物化感作用是一个古老又年轻的学科。说其古老是因为公元前一世纪希腊学者就记载了这一现象，罗马科学家Pliny在《自然历史》中提到“胡桃树下不长草”，中国古代苏轼在《物类相感志》也写到“葡萄以甘草作针，针之立死”“牡丹树以海螵鞘针之立死”，只是植物间这种相生相克在当时都无法解释。说其年轻是因为直到20世纪30年代，胡桃树叶、皮能释放水溶性葡萄糖甙胡桃醌，经土壤中微生物水解成毒性胡桃醌能杀死树下植物的发现，才正式揭开化感作用的面纱。20世纪60年代，Muller.C.H.和Rice E.L.开始对美国南加州的荆棘丛化感作用和俄克拉何马草原草本植物演替中的化感作用进行了深入的研究，开创了化感作用系统研究的先河，此后迅速发展，到20世纪80年代，植物化感作用正式形成独立的科学体系，1994年国际化感应用学会(IAS)在印度宣告成立，研究从理论和实践两方面深入、广泛的进行。中国也于1991年成立了化学生态专业委员会。2002年在日本，2005年在澳大利亚，2001年在美国和2012年在中国召开的国际植物化感大会，很大程度上推动了化感作用研究工作的开展。目前，中科院应用生态研究所、昆明植物研究所、华南农业大学、中国农业大学、浙江大学农学院等单位对化感作用的研究只是初步阶段。
植物化感作用是指：一种活或死的植物通过适当的途径向环境释放特定的化学物质(化感物质)，从而直接或间接影响临近或下茬(后续)同种或不同种植物(包括微生物)萌发和生长的效应，而且这种效应大多数情况下是抑制作用。1996年国际化感学会将化感作用范围扩充到整个生态系统，不局限植物和植物之间。随着化感作用理论和实践研究的深入，知其威力巨大，可谓植物界的生化武器。美国加利福尼有一种白叶鼠尾草，能分泌出α-蒎烯、β-蒎烯、桉树脑和樟脑弥漫于周围环境，距其周围1～2米范围之内不长野草，从而确保自身在该区域成为优势群落；野芥茉和蓝花菜都能向环境释放糖甙硫氰酸酯类化感物质，对其它作物产生化感抑制作用，而且野芥茉和蓝花菜混作，能明显刺激蓝花菜的生长，尤其是夏天产量能提高50％，这种原理的发现有利于将化感作用用于提高农业生产上。早在上世纪20年代初，我国蓝藻水华大面积暴发时，就曾引进了一种原产于巴西的水葫芦，其根系能分泌N-苯基萘胺，亚油酸甘油酯，乙酰乙基异氰和丙酸酰胺等大量较强活性的化感物质，破坏藻类细胞结构，降低叶绿素含量，抑制光合作用并杀死，但这种水生植物因为没有天敌疯狂生长，破坏水体生态平衡，而不得不花大量人力物力进行打捞去除，对水体造成二次污染。因此，急需要一种有效抑制和消除蓝藻水华，安全高效快捷无毒，并将二次污染降到最低的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种安全、高效、无毒、无害，且不会产生二次污染能够抑制蓝藻水华的中草药制剂及其制备方法和使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，包括以下重量份原料：黄连20-50份、苦楝皮20-50份、青蒿10-20份和马钱子5-10份。
优选的，所述能够抑制蓝藻水华的中草药制剂还包括以下重量份原料：黄芩20-50份、黄柏20-50份、半夏20-50份、附子5-10份和大黄5-10份。
优选的，包括以下重量份原料：黄连35份、苦楝皮35份、青蒿15份和马钱子8份。
优选的，包括以下重量份原料：黄连35份、苦楝皮35份、青蒿15份、马钱子8份、黄芩35份、黄柏35份、半夏35份、附子8份和大黄8份。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成120目超微粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合细粉末内加入所述混合粉末5-10倍重量的水，浸泡100-150分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流60-100分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量1-2倍的水，加热回流60-90分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释50-100倍后喷洒到漂浮蓝藻水华的水面上。
采用上述技术方案，本发明的中草药制剂富含化感物质，原料中的生物碱类、酚类、柠檬素脂肪酸、倍半萜类二萜、香豆素类、黄酮类化合物等化感活性物质通过影响蓝藻光合作用，破坏蓝藻细胞膜结构和功能，化感物诱导藻细胞ROS产生DNA损伤，从而达到杀死蓝藻、抑制蓝藻水华现象的效果；本发明的中草药制剂原料为天然中草药，安全、高效、无毒、无害，且不会产生二次污染；本发明的中草药制剂使用剂量少，对蓝藻的消除效率高，反应时间短；本发明能广泛应用于抑制蓝藻及藻类膜脂质过氧化生长或处理蓝藻水华现象的过程中。
附图说明
图1为黄连、苦楝皮、青蒿和马钱子四种中草药的浸出液单独作用于铜绿微囊藻的消减率比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，包括以下重量份原料：黄连20份、苦楝皮20份、青蒿10份和马钱子5份。
黄连：味苦，温，清热燥湿，泻火解毒。中药化学成分：小檗碱、黄连碱，表小檗碱，小檗红碱，掌叶防已碱，药根碱，甲基黄连碱，木兰花减，阿魏酸，黄柏酮，黄柏内酯。
苦楝皮：清热，燥湿，杀虫。中药化学成分：川楝素、楝树碱、山柰酚、树脂、鞣质、香豆素等。
青蒿：味苦、辛，寒，清热凉血，解毒，定惊。中药化学成分：倍半萜类，(青蒿素、青蒿素G等),黄酮类(山柰黄素、槲皮黄素、黄色黄素、藤菊黄素等)，香豆素类(香豆素、6-甲氧基-7-羟基香豆素等)等。
马钱子：味苦，寒，有毒，通络止痛，散结消肿。中药化学成分：番木鳖碱、伪番木鳖碱、马钱子碱等多种生物碱。
植物能够产生对其他生物不利的次生代谢物的活性物质(即化感物质)，并释放到环境中，作用于目标生物，如同其他胁迫因子一样，能干扰目标生物的存活和生长。植物次生代谢物(化感物质)抑制蓝藻机理包括：①影响蓝藻光合作用；②诱导ROS产生导损伤藻细胞DNA和细胞膜脂质过氧化；③触发蓝藻细胞程序化死亡；④对藻细胞膜，营养吸收、蛋白质形成和呼吸作用的影响。
通过对中药学了解，很多中草药中次生代谢物(如：酚类、萜类、酮类、醇类、醌类、脂类、鞣质类和生物碱类等)的种类丰富，含量比一般植物明显高。考虑将中草药用于蓝藻水华的治理，我们选取了几十种药材，提取活性物质进行分析发现，黄连、苦楝皮、青蒿、马钱子等十余种中草药中含有的：小檗碱、黄连碱、川楝素、青蒿素、香豆素、番木鳖碱等活性物质对水体中各种蓝藻有明显化感抑制或猝杀作用，将这些中草药混合使用，所产生的化感作用被放大，活性物质浓度在pg/L时就能表现出很好的控藻效果。
黄连次生代谢物小檗碱又称黄连素，是一种异喹啉生物碱类化合物，含量高达8％～9％。小檗碱对淡水水华主要藻类铜绿微囊藻抑制实验发现，随时间延长和小檗碱质量分数增加，铜绿微囊藻细胞密度逐渐下降，96h后质量分数为0.02％的小檗碱杀藻率达到91.86％，表明黄连主要成分小檗碱的对铜绿微囊藻有化感抑制作用。
随后对小檗碱抑制铜绿微囊藻机理研究试验表明：在小檗碱处理期间藻细胞的类囊体数目减少，形态变得不规则，连接于类囊体上的藻胆体数目也相应减少，出现藻青素颗粒、质体小球及多磷酸盐体，铜绿微囊藻细胞膜及细胞壁出现破裂，细胞内容物外渗，类囊体结构完全消失，表明小檗碱能对铜绿微囊藻的光合作用色素成分和细胞膜结构产生影响。
苦楝皮和青蒿的次生代谢物中都含有香豆素，学名苯并吡喃酮，是邻羟基肉桂酸的内酯，是一大类存在于植物界中的香豆素类化合物的母核，其内酯环打开形成的盐或羧基，使其具有较高的化感活性。实验证明，香豆素对铜绿微囊藻叶绿素a合成有抑制作用，且随浓度增加而增加，随作用时间增长而减弱。
青蒿中的倍半萜类物质，如青蒿素，具有活跃的化感活性，青蒿提取液对铜绿微囊藻生长影响，试验结果表明，对铜绿微囊藻的生长具有抑制作用，并且抑制效果随着作用质量分数增加而增强，藻细胞膜的结构、功能和渗透性都受到非常大的损伤。
马钱子中的马钱子碱，属于吲哚类生物碱，青蒿提取液对铜绿微囊藻光合色素的影响发现：所有的色素参数均随马钱子碱质量浓度升高和处理时间延长而减少，藻红蛋白对马钱子碱含量的增加表现出最高的敏感性；表明马钱子碱是通过破坏光合色素严重影响铜绿微囊藻的光合活性。
如图1所示，黄连、苦楝皮、青蒿和马钱子四种中草药的浸出液单独作用于铜绿微囊藻，对铜绿微囊藻的抑制效果是有区别的，不同中草药加入量越大，消减率(消减率＝100％-(加药后蓝藻数量/原水蓝藻数量)*100％)表现各不相同。黄连和桂皮对藻类的消减率随加入量增加而增加，黄连最大消减率接近100％，此时藻类已经完全被抑制，不能生长，而黄芩和马钱子在低剂量时对藻类的消减率高于高剂量，所以在配制中草药剂时要合理分配各草药剂量。
上述实验只探明了中草药中部分生物活性物质对蓝藻的化感作用，由于中草药中次生代谢种类非常多，化感物质间的联合作用对作用于蓝藻的效果也会有一定影响，通过不断的实验配比，本发明的配方被证明对蓝藻水华现象有明显的控制效果。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合粉末内加入所述混合粉末5倍重量的水，浸泡100分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流60分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量1倍的水，加热回流60分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释50倍后，使各中草药材相当质量浓度在mg/L水平，其中起抑制作用的次生代谢物，如：马钱子碱浓度控制在ng/L水平，喷洒到漂浮蓝藻水华的水面上。
实施例2
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，包括以下重量份原料：黄连35份、苦楝皮35份、青蒿15份、马钱子8份、黄芩35份、黄柏35份、半夏35份、附子8份和大黄8份。
黄芩的主要成分是黄酮和黄酮醇、二氢黄酮和二氢黄酮醇、苯乙醇糖甙、挥发油以及葡萄糖、蔗糖、苯甲酸、B-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇和苯甲醇等。黄芩具有良好的抗氧化和抗菌作用，能够在抑制蓝藻水华的过程中，防止蓝藻腐败而产生的细菌滋生；
黄柏、半夏和附子包括大量生物碱类成分，对蓝藻有一定抑制作用；
大黄和黄芩类似，具有优异的抗氧化和抗菌作用。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合粉末内加入所述混合粉末8倍重量的水，浸泡125分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流80分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量1.5倍的水，加热回流75分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释75倍后，使各中草药材相当质量浓度在mg/L水平，其中起抑制作用的次生代谢物，如：马钱子碱浓度控制在ng/L水平，稀释后喷洒到漂浮蓝藻的水面上。
实施例3
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，包括以下重量份原料：黄连50份、苦楝皮50份、青蒿20份、马钱子10份、黄芩50份、黄柏50份、半夏50份、附子10份和大黄10份。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合粉末内加入所述混合粉末10倍重量的水，浸泡150分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流100分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量2倍的水，加热回流90分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释100倍后，使各中草药材相当质量浓度在mg/L水平，其中起抑制作用的次生代谢物，如：马钱子碱浓度控制在ng/L水平，稀释后喷洒到漂浮蓝藻的水面上。
实施例4
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，包括以下重量份原料：黄连20份、苦楝皮20份、青蒿10份、马钱子5份、黄芩20份、黄柏20份、半夏20份、附子5份和大黄5份。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合粉末内加入所述混合粉末5倍重量的水，浸泡100分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流60分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量1倍的水，加热回流60分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释50倍后，使各中草药材相当质量浓度在mg/L水平，其中起抑制作用的次生代谢物，如：马钱子碱浓度控制在ng/L水平，稀释后喷洒到漂浮蓝藻的水面上。
2016年取太湖4月份蓝藻水华时水样做实验，此时藻细胞处于指数生长期，经电子显微镜测定蓝藻数量高达1.23*1011cells/L，水体呈深绿色，将本发明的中草药制剂稀释后喷洒到水面上，投加药剂6h后消减率达31.6％，肉眼观察水体呈绿色，12h后蓝藻消减率就达到65.3％，肉眼观察水样呈浅绿色，48h后完成99.3％的去除，肉眼观察水样呈白绿色，蓝藻基本死亡，72h后去除率为99.9％，水体呈浅黄色，蓝藻水华完全去除，具体叶绿素消减量随时间变化如下表所示。
以上实验说明研制的中草药能从源头上抑制蓝藻水华现象，且去除速度快，效果明显，成本低廉，无毒无害，无二次污染，可用于治理大面积蓝藻水华暴发，弥补现有技术的弊端。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，其特征在于：包括以下重量份原料：黄连20-50份、苦楝皮20-50份、青蒿10-20份和马钱子5-10份。
2.根据权利要求1所述的能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，其特征在于：所述能够抑制蓝藻水华的中草药制剂还包括以下重量份原料：黄芩20-50份、黄柏20-50份、半夏20-50份、附子5-10份和大黄5-10份。
3.根据权利要求1所述的能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，其特征在于：包括以下重量份原料：黄连35份、苦楝皮35份、青蒿15份和马钱子8份。
4.根据权利要求2所述的能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，其特征在于：包括以下重量份原料：黄连35份、苦楝皮35份、青蒿15份、马钱子8份、黄芩35份、黄柏35份、半夏35份、附子8份和大黄8份。
5.一种如权利要求1-4中任一所述的能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取所述重量份原料分别洗净、灭菌后烘干；
(2)将所述步骤(1)中处理好的所述原料分别粉碎成粉末后混合均匀；
(3)在所述步骤(2)中的混合粉末内加入所述混合粉末5-10倍重量的水，浸泡100-150分钟；
(4)将所述步骤(3)中的浸泡液加热回流60-100分钟；
(5)将所述步骤(4)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液后，加入滤液体积量1-2倍的水，加热回流60-90分钟；
(6)将所述步骤(5)中的回流后的液体进行过滤，弃渣取滤液即为能够抑制蓝藻水华的中草药制剂。
6.一种如权利要求1-4中任一所述的能够抑制蓝藻水华的中草药制剂的使用方法，其特征在于：取能够抑制蓝藻水华的中草药制剂，并将其用水稀释50-100倍后喷洒到漂浮蓝藻水华的水面上。
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