缓释型纳米抑藻颗粒在蓝藻细胞内外介质中的转运释放及毒性机制

基本信息
批准号:51779079
项目类别:面上项目
资助金额:60.00
负责人:倪利晓
学科分类:
依托单位:河海大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Kumud Acharya,徐蓓,张静,王芳,杜薇,魏进,郦丹烨,刘旭阳,陈春明
关键词:
化感物质生理生态特征富营养化控制抑藻机理水华
结项摘要

It is a hotspot and difficulty in the field of environmental research to control algal blooms effectively and to control eutrophication water. The control of algae growth and reproduction by plant allelopathy with ecological security is concerned at home and abroad. In view of the fact that there are a lot of high ecological risk and low efficiency of algae inhibition in the process of algae control, this project aims to increase the binding amount of cyanobacterial cells to low dose of f allelochemicals as the breakthrough point. Referring to the design concept of nano slow release material, artemisinin, linoleic acid and gallic acid were used as targets of allelochemicals, and biodegradable nanoparticles of chitosan, alginate and cyclodextrin with the wide application were choosed as carrier to optimize and prepare algal inhibitory nanoparticles with high encapsulation efficiency and sustained release controlled release efficiency. The swelling, dispersion, drug release and degradation behavior of nanoparticles were studied to identify the key factors controlling nanoparticle release and dispersion and to elucidate the release mechanism and transport pathway of nanoparticles and allelochemicals in cyanobacteria cells. The combined effects of nano particles and allelochemicals on aggregation damage, physiological growth effect, antioxidant enzyme system and cytological mechanism of cyanobacteria cells were investigated to reveal the toxic mechanism of the synergistic induction effect of allelochemicals and nanoparticles on the death of cyanobacteria cells. The research results can provide new ideas for the control of cyanobacteria bloom.

蓝藻暴发性生长引发的灾害使有效控制水华、治理富营养化水体成为环境领域的研究热点和难点,生态安全的植物化感作用控制藻类生长繁殖受到国内外关注。针对化感物质在抑藻过程中存在高剂量生态风险大、低剂量抑藻效能差的问题,本项目以增加蓝藻细胞对低剂量化感物质的结合量为切入点,借鉴纳米缓释材料设计理念,以青蒿素、亚油酸和没食子酸作为目标抑藻化感物质,以应用广可降解纳米材料壳聚糖、海藻酸盐和环糊精作为缓释载体,优化制备具有高包埋率和缓释控释效能的抑藻纳米颗粒,研究纳米颗粒溶胀、分散团聚、药物释放及降解行为,识别调控纳米颗粒缓释和分散性能的关键因素,阐明纳米颗粒和化感物质在蓝藻细胞内外介质中的释放机理和转运途径,探究纳米颗粒与化感物质对蓝藻细胞团聚损伤、生理生长效应、抗氧化酶系统及细胞学机制的联合作用和持续作用,揭示化感物质、纳米颗粒协同诱导蓝藻细胞死亡的毒性机制,研究成果可为蓝藻水华控制提供新思路。

项目摘要

藻华暴发具有范围广、频次高、生物量高等特征,造成水生系统结构和功能严重失衡。同时,铜绿微囊藻作为优势产毒菌种,其生物量增加将增大藻毒素释放风险,进一步威胁人类健康。本项目以壳聚糖/海藻酸钠为包埋材料, 采用微胶囊技术制备改进青蒿素、亚油酸、茶多酚缓释微粒,从铜绿微囊藻胞质水平、生化分子水平、细胞形态结构等方面,阐释纳米缓释微粒的抑藻机制,LR型藻毒素(MC-LR)释放风险以及藻细胞类凋亡机制,研究结果对于控制蓝藻水华有重要意义。主要结论如下:. (1)最佳制备条件下,微粒的平均粒径为 1189.5 nm,Zeta 电位为-38.0 mV,包埋率为 52.4%-68%,理论释放天数160天,抑藻活性物质和缓释体外壳通过化学作用结合,具有较好的热稳定性,抑藻效果持续30天内,藻处于非生长状态。在不同介质中的释放机制为骨架的溶蚀控制、扩散和骨架溶蚀协同作用。. (2)纳米缓释颗粒作用于藻细胞的靶基因主要为:PSII反应中心的核心基因psbA和膜修复蛋白基因fabZ在微粒胁迫下表达量分别大幅下调至对照组的63%和32%,说明藻细胞机能损伤一定程度上受基因调控因而损伤过程不可逆。. (3)藻细胞胞、内外MC-LR总量较空白对照组分别下降了43%和26%。同时藻细胞mcyD基因的表达量下调至空白对照组的48%,指示其产毒能力下降。表明纳米缓释微粒不会诱导铜绿微囊藻MC-LR的大量产生及释放,从而降低藻毒素污染风险。. (4)对大型蚤和斑马鱼的慢性毒性、急性毒性(48 h EC50、48 h LC50)及酶活性指标的研究表明,缓释颗粒毒性较低,对高级水生生物更安全。将纳米缓释抑藻颗粒抑藻剂投入实际水样中时,缓释性能良好,抑制率可达81%, MC-LR含量没有增加,说明纳米缓释颗粒抑藻剂具有较好的生态安全性和应用推广前景。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

近 40 年米兰绿洲农用地变化及其生态承载力研究

DOI:
发表时间:2020
4

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

端壁抽吸控制下攻角对压气机叶栅叶尖 泄漏流动的影响

DOI:
发表时间:2020
5

面向云工作流安全的任务调度方法

面向云工作流安全的任务调度方法

DOI:10.7544/issn1000-1239.2018.20170425
发表时间:2018

倪利晓的其他基金

相似国自然基金

1

小麦麸皮抑藻物质鉴定、抑藻机理及对小型水体蓝藻的去除

批准号:21107024
批准年份:2011
负责人:邵继海
学科分类:B0604
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

茶多酚对复苏期蓝藻种源的控制及抑藻机理研究

批准号:31300644
批准年份:2013
负责人:卢亚萍
学科分类:C0505
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
3

蓝藻藻胆体与光系统Ⅱ颗粒功能重组的研究

批准号:39270067
批准年份:1992
负责人:容寿榆
学科分类:C0203
资助金额:6.00
项目类别:面上项目
4

水体富营养化诱导蓝藻释放VOCs在蓝藻水华形成中的作用研究

批准号:31300364
批准年份:2013
负责人:左照江
学科分类:C0305
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目