本發(fā)明屬于高分子材料制備領域，更具體地說，涉及一種馬來眼子菜-海藻酸鈉抑藻劑及其制備方法和應用。

背景技術：

隨著湖泊富營養(yǎng)程度的加深，氮磷濃度增加，導致湖泊藍藻過度生長。藍藻爆發(fā)已成為富營養(yǎng)化湖泊的生態(tài)災害。我國是世界上藍藻水華暴發(fā)最嚴重、分布最廣泛且水華藍藻種類最多的國家之一。如太湖、滇池和巢湖均有大面積、高頻率的藍藻水華發(fā)生，在一些水華堆積區(qū)，藍藻濃度已超過10¹⁰個細胞/L。藍藻水華還會造成水體的“二次污染”，如藍藻在生長和衰亡過程中所分泌的異味化合物或毒素等可嚴重影響飲用水及水產(chǎn)品的品質(zhì)，造成嚴重的經(jīng)濟損失，還會引起水生和一些陸生動物中毒，并可能危及人類健康。藻類堆積后腐爛分解還可導致局部水域水質(zhì)的嚴重惡化，危及供水安全。目前，控制藻類的方法有物理法、化學法和生物法。

物理法：物理方法是通過某種些物理手段(如活性炭吸附、黏土絮凝、微濾膜、機械移除等和一些大型設備(超聲波)等)來達到控藻目的。雖然不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，但成本較高、大量耗費人力物力、不適合大范圍的水華治理，不能根本解決水華問題。

化學法：主要采用各種化學除藻劑(硫酸銅、氯化銅、高錳酸鉀等)來控制藻類的繁殖。雖然此法省時省力，但大劑量的藥劑會引發(fā)水質(zhì)環(huán)境惡性循環(huán)，如溶解氧下降、魚類死亡、生物多樣性降低等，嚴重地影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，甚至可能導致整個水體生態(tài)系統(tǒng)的癱瘓,遺患無窮。

生物法：生物法控藻的方法主要有生物操縱、微生物和酶技術以及化感抑藻等方法。生物操縱是通過調(diào)控魚類、底棲動物、浮游動物、噬藻體等生物濾食和牧食水體藻類來控制和去除藻類，進而促進水體生態(tài)結(jié)構(gòu)的恢復。生物操縱技術優(yōu)點是便于實施、費用低和前期除藻效果好，但動物對藻類的濾食和消化能力有限，不適合藻類大規(guī)模暴發(fā)時使用，也有可能促進小型藻類的生長。微生物和酶技術主要是通過病毒、細菌、真菌、放線菌和原生動物等釋放酶或胞外的抗生素作用于藻類，從而達到裂解藻類的目的。其缺點在于微生物和酶活性易受受到區(qū)域、溫度、pH值、鹽度、水壓等眾多環(huán)境因素影響，并且微生物的投放可能會引起生物入侵，導致投放區(qū)微生物群落失調(diào)，藻類病毒擴散或破壞生態(tài)結(jié)構(gòu)等危險，特別是病毒和細菌。

化感抑藻：化感作用是一種植物通過向環(huán)境中釋放化學物質(zhì)影響其他生物生長的現(xiàn)象。釋放的化學物質(zhì)稱為化感物質(zhì)。隨著水體富營養(yǎng)化進程的加快，藍藻水華頻繁爆發(fā)，其導致的危害不斷加劇，采用水生植物化感作用控制藍藻水華發(fā)生發(fā)展越來越受到人們的重視。迄今為止，發(fā)現(xiàn)的化感物質(zhì)主要可分為五大類：脂肪族、芳香族、含氧雜環(huán)化合物、類萜、和含氮化合物。研究發(fā)現(xiàn)，陸生植物(松樹、柳樹、榕樹、韭菜、大麥、艾蒿和作物秸稈等)和水生植物(苦草、菹草、金魚藻、水浮蓮、穗花狐尾藻、石菖蒲和燈芯草等)均能釋放化感物質(zhì)抑制藻類的生長。利用植物的化感作用控制水華藻類生長的方式主要有3種：(1)將植物栽培至待處理水體，利用活體植物釋放的化感物質(zhì)抑制藻類(2)將死亡干燥的植物體放入待處理水體，利用其腐敗釋放化感物質(zhì)抑制藻類；(3)將從植物中提取的化感物質(zhì)施入水體抑制藻類。但植物的生長要具備相應的生境條件，同時注重不同水生植物的配置結(jié)構(gòu)，構(gòu)建初期穩(wěn)定性脆弱，維護復雜，如沉水植物種植技術要求較高，難以存活，并且沉水植物過度滋長，會影響其他水生生物生長，又破壞水體景觀，需對其進行矮化與收割，費時費力，植物的腐爛還有可能造成二次污染。因此利用化感作用而制成的生物抑藻制品作為一種新型安全的生物抑藻技術近年來倍受關注。

近年來，專家學者針對利用提取植物中化感物質(zhì)的抑藻劑的制備做了較多的研究，洪喻利用苦草作為提取對象，乙醇作為提取液，制備出了一種生物堿抑藻劑(北京林業(yè)大學，一種從苦草中制備抑藻總生物堿的方法：中國專利申請?zhí)枮?009101779892，申請公開日為2010年4月21日)；張勝花等人采用有機溶劑直接從水菖蒲塊莖中提取活性成分得到抑藻劑(云南大學，從水菖蒲中提取天然抑藻劑及抑藻方法：中國專利申請?zhí)枮?01210196383.5，申請公開日為2012年12月12日)。還有學者從蔥白(安徽師范大學，一種抑藻劑：中國專利申請?zhí)枮?01310059352.X，申請公開日為2013年7月3日)、羅漢果(安徽師范大學，羅漢果浸提液抑藻劑及其制備方法和應用：中國專利申請?zhí)枮?01510007221.6，申請公開日為2015年5月13日)、中草藥(安徽師范大學，中草藥抑藻劑及其制備方法和應用：中國專利申請?zhí)枮?01510007230.5，申請公開日為2015年5月6日)等陸生植物中制備出粉末狀抑藻劑或浸提液抑藻劑。在一個相對開放的水體中，使用抑藻劑的方法有浸提液直接噴灑、粉狀抑藻劑直接投入水體中等，這樣雖然可以使得抑藻劑直接與藻類接觸，在某一區(qū)域內(nèi)達到較高的抑藻效率，但水流擴散稀釋作用會使抑藻劑的質(zhì)量濃度迅速降低，造成抑藻效果的下降，從而通過加大投加量達到抑藻效果，這樣加大了處理成本，又對水或微環(huán)境造成破壞。

技術實現(xiàn)要素：

1.要解決的問題

針對現(xiàn)有的抑藻物質(zhì)存在濃度分布不均和持續(xù)時間短等問題，本發(fā)明提供一種馬來眼子菜-海藻酸鈉抑藻劑及其制備方法和應用，本發(fā)明能有效規(guī)避沉水植物建群與后期管理難、水流擴散作用對抑藻物質(zhì)濃度影響等問題，為水質(zhì)凈化和抑制藻類生長提供了一種有效可行的方法，可將其運用于湖泊水華藻類的控制及抑殺。

2.技術方案

為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種馬來眼子菜-海藻酸鈉小球的制備方法，其步驟為：

(1)制備馬來眼子菜粉末：將馬來眼子菜烘干后粉碎過篩得到馬來眼子菜粉末；

(2)制備馬來眼子菜浸提物：用水浸泡馬來眼子菜粉末2-3天，過濾得浸提液，用萃取劑萃取浸提液，萃取液濃縮干燥后得到馬來眼子菜浸提物；

(3)制備馬來眼子菜-海藻酸鈉小球：以海藻酸鈉為包埋液，氯化鈣為交聯(lián)劑，將馬來眼子菜浸提物溶于海藻酸鈉溶液中后再滴入氯化鈣溶液中，然后進行離子交換反應，得到所述的馬來眼子菜-海藻酸鈉小球。

優(yōu)選地，馬來眼子菜的培養(yǎng)條件為：溫室水槽內(nèi)培養(yǎng)，溫度控制在25-30℃，光照強度為2500-3000lx，12:12光暗周期，培養(yǎng)2-3周。

優(yōu)選地，步驟(1)中將馬來眼子菜在不超過80℃條件下烘干。

優(yōu)選地，步驟(2)中用水浸泡馬來眼子菜粉末時，馬來眼子菜粉末與水的質(zhì)量比例為1:(10-8)，浸泡溫度為25℃-28℃。

優(yōu)選地，步驟(2)中的萃取劑為乙酸乙酯，對浸提液連續(xù)萃取3次。

優(yōu)選地，步驟(2)中萃取液先用無水硫酸鈉干燥，回收乙酸乙酯，獲得濃縮液，然后將濃縮液旋轉(zhuǎn)蒸干得到馬來眼子菜浸提物粉末2-3g。

優(yōu)選地，步驟(3)中海藻酸鈉溶液的質(zhì)量濃度為4％-6％，氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為2％-3％；馬來眼子菜浸提物在海藻酸鈉溶液中的濃度為50-75g/L。

優(yōu)選地，步驟(3)中離子交換條件為：溫度4-8℃、pH為6-8，離子交換時間為1-2h。

一種馬來眼子菜-海藻酸鈉小球，以海藻酸鈉作為包埋載體，采用上述的方法制備得到。

上述的馬來眼子菜-海藻酸鈉小球在抑制藻類生長領域中的應用。

3.有益效果

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的抑藻劑原料來自天然水生植物，在自然水體中易于降解，不會在生態(tài)系統(tǒng)中長期積累，造成二次污染，而且能承受水流的沖擊力，不易擴散，提高抑藻效果；

(2)本發(fā)明中的抑藻劑的制備方法簡單易行，成本低廉，抑藻性能優(yōu)良，對湖泊藍藻的抑制效率高，使用時不受季節(jié)、氣候等環(huán)境因素的影響；不同濃度的馬來眼子菜-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制作用的實驗中(實例2)，發(fā)現(xiàn)此抑藻劑添加量為6mg-8mg時，對銅綠微囊藻的抑制率達95％；馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制作用的實驗中(實例3)發(fā)現(xiàn)經(jīng)海藻酸鈉固定的馬來眼子菜粉末能達到長效抑制的目的，提高了抑藻劑的利用率；而未經(jīng)海藻酸鈉包埋的馬來眼子菜粉末在實驗前7天對銅綠微囊藻的抑制效果明顯，但隨著時間的推移，抑制效率降低，30天后，僅為36.20％；

(3)馬來眼子菜體內(nèi)起到抑藻作用的物質(zhì)主要為脂肪酸類、酮、萜類物質(zhì)；本發(fā)明中，利用萃取劑乙酸乙酯提取的非極性化合物主要為不飽和脂肪酸和二萜類化合物，其中二萜類物質(zhì)對藻的抑制效果更強；

(4)從植物體內(nèi)提取的抑藻成分，釋放到水體中，會發(fā)生氧化還原反應、光氧化發(fā)應和受到微生物、營養(yǎng)鹽等影響，迅速轉(zhuǎn)化，從而使抑藻效果降低，有研究指出，從狐尾藻提取出的活性成分特馬里素會受到光照強度的影響，在高光照條件下，特馬里素的抑藻效果不明顯，還有研究發(fā)現(xiàn)，一種抑藻活性成分多酚在細菌存在下，抑制作用大大降低，利用乙酸乙酯從馬來眼子菜體內(nèi)提出的活性成分，在低中高光照強度下，抑藻效率均在88％以上(實例4)；

(5)未經(jīng)固定的馬來眼子菜粉末抑藻劑擴散性差，直接投入水體中，會造成某一區(qū)域的濃度過大，雖具有較好抑藻效果，但隨之抑藻毒性也增大，對水生物產(chǎn)生毒害；純馬來眼子菜粉末抗水流沖擊弱，在水流的稀釋下，活性物質(zhì)濃度迅速降低，從而使抑藻效果降低；由于水環(huán)境的復雜，從植物體內(nèi)提取的活性成分會受到環(huán)境因子的脅迫(光照、營養(yǎng)鹽、根際微生物等)，導致抑藻成分發(fā)生光氧化、聚合等現(xiàn)象，從而影響了抑藻效果；本發(fā)明，使用了天然無毒、傳質(zhì)性好的海藻酸鈉固定馬來眼子菜粉末，有利于防止抑藻劑在水體中很快降解，有效緩解環(huán)境因子帶來的脅迫，達到長效抑藻的目的，提高了馬來眼子菜粉末抑藻劑的利用率。

附圖說明

圖1為不同濃度馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球抑藻劑對銅綠微囊藻葉綠素的影響圖；

圖2為10天培養(yǎng)后不同濃度馬來眼子菜-海藻酸鈉抑藻劑對銅綠微囊藻抑制效率圖；

圖3為馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜-海藻酸鈉小球抑藻劑對銅綠微囊藻葉綠素的影響圖；

圖4為馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜-海藻酸鈉小球抑藻劑銅綠微囊藻抑制效率圖；

圖5是不同光照強度下馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻葉綠素a含量的影響圖；

圖6是不同光照強度下馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻抑制效率圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步進行描述。

實施例1

馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球的制備步驟如下：

第一步：從水生植物養(yǎng)殖基地采回來的馬來眼子菜洗凈，用扦插的方法把洗凈的馬來眼子菜種植于鋪有底泥的，并經(jīng)紫外燈殺菌的水槽內(nèi)培養(yǎng)2周，培養(yǎng)期間，溫度控制在28℃，光照3000lx，12:12h光暗周期。

第二步：培養(yǎng)結(jié)束后，取出馬來眼子菜，用無菌水洗凈，并置于烘箱，80℃下烘48h，烘干結(jié)束后，碾成粉末狀，并用150目的網(wǎng)篩過篩。

第三步：稱取50g過篩粉末于1L的錐形瓶中，再加入500mL的無菌水，置于振蕩器中，25℃下，提取2天。

第四步：提取結(jié)束后，提取液在3500r/min下離心15min后，用孔徑25mm的玻璃纖維膜(GF/F膜)過濾，得到了100g/L的馬來眼子菜浸提液抑藻。

第五步：過濾而得馬來眼子菜浸提液用100mL乙酸乙酯連續(xù)萃取3次，用無水硫酸鈉干燥，回收乙酸乙酯，獲得濃縮液。

第六步：將濃縮液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，獲得粉末狀抑藻劑3g，放置4℃下備用

第七步：取4g海藻酸鈉加入100mL去離子水浸泡1h后，置于80℃水浴攪拌至溶解為透明膠體，冷卻至室溫；取40mL，4％的海藻酸鈉溶液，加入上述獲得的馬來眼子菜浸提物粉末，混合均勻后，此時馬來眼子菜浸提物在海藻酸鈉溶液中的濃度為75g/L，然后用內(nèi)徑5mm的滴管將含有馬來眼子菜粉末的包埋液滴入2％氯化鈣中。

第八步：在溫度4℃，pH為7的條件下在2％(質(zhì)量分數(shù))氯化鈣溶液中進行1h的離子交換反應后，濾出小球，用無菌水洗滌4次以終止離子交換反應，即為直徑4mm左右，重0.5mg左右的馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球。

實施例2

馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球的制備步驟如下：

第一步：從水生植物養(yǎng)殖基地采回來的馬來眼子菜洗凈，用扦插的方法把洗凈的馬來眼子菜種植于鋪有底泥的，并經(jīng)紫外燈殺菌的水槽內(nèi)培養(yǎng)3周，培養(yǎng)期間，溫度控制在30℃，光照2500lx，12:12h光暗周期。

第二步：培養(yǎng)結(jié)束后，取出馬來眼子菜，用無菌水洗凈，并置于烘箱，80℃下烘48h，烘干結(jié)束后，碾成粉末狀，并用150目的網(wǎng)篩過篩。

第三步：稱取50g過篩粉末于1L的錐形瓶中，再加入400mL的無菌水，置于振蕩器中，28℃下，提取3天。

第四步：提取結(jié)束后，提取液在3500r/min下離心15min后，用孔徑25mm的玻璃纖維膜(GF/F膜)過濾，得到了100g/L的馬來眼子菜浸提液抑藻。

第五步：過濾而得馬來眼子菜浸提液用100mL乙酸乙酯連續(xù)萃取3次，用無水硫酸鈉干燥，回收乙酸乙酯，獲得濃縮液。

第六步：將濃縮液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，獲得粉末狀抑藻劑2.5g，放置4℃下備用

第七步：取4g海藻酸鈉加入100mL去離子水浸泡1h后，置于80℃水浴攪拌至溶解為透明膠體，冷卻至室溫；取40mL，6％的海藻酸鈉溶液，加入上述獲得的馬來眼子菜浸提物粉末，混合均勻后，此時馬來眼子菜浸提物在海藻酸鈉溶液中的濃度為50g/L，然后用內(nèi)徑5mm的滴管將含有馬來眼子菜粉末的包埋液滴入3％氯化鈣中。

第八步：在溫度8℃，pH為8條件下在3％(質(zhì)量分數(shù))的氯化鈣溶液中進行2h的離子交換反應后，濾出小球，用無菌水洗滌4次以終止離子交換反應，即為直徑4mm左右，重0.5mg左右的馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球。

實施例3

不同濃度馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球抑藻劑對銅綠微囊藻的抑制作用

實驗材料：銅綠微囊藻從中科院水生生物所購得，采用BG11培養(yǎng)基，在光照為2700lx、明暗比為12:12h的條件下擴大培養(yǎng)至對數(shù)生長期。

在250mL的錐形瓶中加入150mLBG11培養(yǎng)液，高壓蒸汽滅菌后，在無菌條件下分別接入10mL生長一致的銅綠微囊藻液，培養(yǎng)至對數(shù)期后，用血球計數(shù)板在顯微鏡下觀察得到銅綠微囊藻的細胞密度，平均為5.6×10⁵個/mL，分別加入實施例1中制備得到的馬來眼子菜-海藻酸鈉小球2mg、4mg、6mg、8mg，再依次加入滅菌BG11營養(yǎng)液，使培養(yǎng)液的總體積為200mL。其馬來眼子菜抑藻劑的濃度依次為0、10、20、30、40mg/L，0g/L作為對照組。培養(yǎng)條件為人工氣候箱，溫度在25℃左右，光強2700lx，光暗比12:12h，靜置培養(yǎng)。每隔24h小時取樣測定葉綠素含量，同時計算馬來眼子菜浸提液對銅綠微囊藻的抑制率，連續(xù)測試10天。

圖1是不同濃度馬來眼子菜抑藻劑對銅綠微囊藻葉綠素a含量的影響；結(jié)果表明，隨著抑藻劑濃度的增加，銅綠微囊藻的葉綠素a含量隨之下降。高濃度的抑藻劑(30、40mg/L)與對照組相比，葉綠素a含量明顯下降，到第五天時，細胞解體，葉綠素a基本破化。圖2是10天培養(yǎng)后，不同濃度馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球抑藻劑對銅綠微囊藻抑制效率；結(jié)果表明，當抑藻劑濃度達到40mg/L時，10天后，對銅綠微囊藻的有效抑制率在90％以上。

實施例3

馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制作用比較

實驗材料：銅綠微囊藻從中科院水生生物所購得，采用BG11培養(yǎng)基，在光照為2700lx、明暗比為12:12h的條件下擴大培養(yǎng)至對數(shù)生長期。實驗共設兩個組：馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球；在250mL的錐形瓶中加入150mLBG11培養(yǎng)液，高壓蒸汽滅菌后，在無菌條件下分別接入10mL生長一致的銅綠微囊藻液，培養(yǎng)至對數(shù)期后，用血球計數(shù)板在顯微鏡下觀察得到銅綠微囊藻的細胞密度，平均為5.6×10⁵個/mL。分別加入馬來眼子菜粉末6mg和馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球6mg，再依次加入滅菌BG11營養(yǎng)液，使培養(yǎng)液的總體積為200mL，使兩組的濃度均為30mg/L，0mg/L作對照組。分別于實驗第1、2、3、4、5、6、7、8、10、15、20、25、30天測定葉綠素含量，同時計算馬來眼子菜浸提液對銅綠微囊藻的抑制率。

圖3是濃度為30mg/L馬來眼子菜粉末與馬來眼子-海藻酸鈉小球分別對銅綠微囊藻葉綠素a含量的影響；結(jié)果表明，實驗前5天，加入未用海藻酸鈉固定的馬來眼子菜粉末的銅綠微囊藻溶液的葉綠素a含量降低明顯，從第6天起，隨著時間的推移，葉綠素a含量開始增加，藻類開始復蘇。然而，實驗30天內(nèi)，加入馬來眼子菜-海藻酸鈉小球的銅綠微囊藻溶液的葉綠素a含量一直處于較低濃度，抑制效果顯著。

圖4是濃度為30mg/L的馬來眼子菜粉末與馬來眼子菜-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制率；結(jié)果表明，實驗前7天，馬來眼子菜粉末對銅綠微囊藻的抑制率顯著升高，隨著時間的推移，馬來眼子菜對其的抑制率逐漸下降，30天后，抑制率僅為36.20％；然而，實驗后期，馬來眼子菜-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制率一直處于高位，在93.80-90.80％范圍內(nèi)，達到了長效降解的目的。

實施例4

不同光照強度下，馬來眼子菜-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制作用

實驗材料：銅綠微囊藻從中科院水生生物所購得，采用BG11培養(yǎng)基，在光照為2700lx、明暗比為12:12h的條件下擴大培養(yǎng)至對數(shù)生長期。在3個250mL的錐形瓶中分別加入150mLBG11培養(yǎng)液，高壓蒸汽滅菌后，在無菌條件下分別接入10mL生長一致的銅綠微囊藻液，培養(yǎng)至對數(shù)期后，用血球計數(shù)板在顯微鏡下觀察得到銅綠微囊藻的細胞密度，平均為5.6×10⁵個/mL。加入馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球6mg，再依次加入滅菌BG11營養(yǎng)液，使培養(yǎng)液的總體積為200mL，使?jié)舛染鶠?0mg/L。

上述含有馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球的銅綠微囊藻溶液置于光照培養(yǎng)箱中進行不同光照強度下抑藻效果實驗。實驗共設定3組光照強度，分別為高12600lx、中5233lx、低1050lx。分別于實驗第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10天測定葉綠素含量，同時計算馬來眼子菜浸提液對銅綠微囊藻的抑制率。

圖5是不同光照強度下馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻葉綠素a含量的影響；結(jié)果表明，3種光照強度下，含馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球的銅綠微囊藻溶液中葉綠素a含量均下降明顯，高光照12600lx對馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球沒有產(chǎn)生負面影響。

圖6是不同光照強度下馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻抑制率；結(jié)果表明，雖然高光照強度12600lx下的馬來眼子菜粉末-海藻酸鈉小球?qū)︺~綠微囊藻的抑制率相比1050lx和5233lx略有降低，但12600lx的抑制率也在90％以上。