水母暴发的生物修复对策

水母暴发的生物修复对策 水凝胶对海洋生物附着的影响研究 112晶 莉 涛 董陈刘 ( 11天津工业大学材料科学与化学工程学院 ,天津 300160; ) 21中国海洋大学海洋生命学院 ,青岛 266003 摘 要 研究了海带孢子在阴离子 、阳离子 、非离子型凝胶表面的附着及生长情况 。结果表明 , 离子型凝胶比非离子型凝胶具有更好的防附着能力 ,其中聚氯化三甲基 23 2丙烯酰胺丙基胺凝胶和聚 丙烯酸凝胶表面海带孢子的萌发率均为 0 ,适合作为防附着材料 。此外 ,离子型凝胶表面孢子的附着 量受凝胶的交联度影响 ,而孢子的萌发率以及配子体的生长发育均与凝胶的交联度无关 。 关键词 防附着 ,水凝胶 ,海带孢子 ,配子体 Effec ts of hydroge ls on a tta chm en t of ha lob io s 11 2Dong J ing Chen L iL iu Tao ( 11Schoo l of M e te ria l Sc ience and Chem ica l Enginee ring, Tian jin Po lytechn ic U n ive rsity, Tian jin 300160; )21Co llege of M a rine L ife Sc ience s, O cean U n ive rsity of Ch ina, Q ingdao 266003 A b stra c t The effec ts of a ttachm en t and grow th of ke lp spo re s on the su rface of va riou s an ion ic, ca tion ic and non ion ic hyd roge ls we re stud ied. The re su lts ind ica ted tha t the ion ic hyd roge ls showed the be tte r ab ility of inh ib iting a ttachm en t than tha t ( ) ( ) of non ion ic hyd roge ls, and tha t po ly ac ryloylam inop rop yl trim e thyl ammon ium ch lo ridehyd roge ls and po ly ac rylic ac idhy2 d roge ls we re fit to be u sed a s inh ib iting a ttachm en t m a te ria ls becau se the ge rm ina tion ra tio of a ttached spo re on the su rface of the se hyd roge ls wa s 0 . In add ition, it ha s been found tha t the num be r of a ttached spo re s on the su rface of ion ic hyd roge ls wa s affac ted by the c ro sslink ing den sity of ge ls, bu t the ge rm ina tion ra tio of a ttached spo re s and grow th of gam e te s have no th ing to do w ith the c ro sslink ing den sity of ge ls. Key word s inh ib iting a ttachm en t, hyd roge l, ke lp spo re, gam e top hyte 生物污损是有害的微型或大型生物在物体表面,凝胶已逐步发展成为高新材料 ,在医学 、药学 、生来 一种不良沉积 ,它严重地影响船舶 、渔网 、钻井平 物工程和分 离 工程 等领 域 也已 经有 了 多 方 面 的 应 [ 1,3 ] 以及其他水下设施的性能与寿命 。目前最有效的 用 。 污方法是用含铜 、锡 、汞 、铅等的有毒涂料涂敷于 本文使用无毒的高分子凝胶材料 ,利用水凝胶 网 、船舶等表面 ,利用成膜后涂层中毒料的慢慢释 的表面结构和种类的不同 ,探索其对防除海洋污损 ( )来杀死海洋生物 。但有毒涂料的使用严重地破坏 生物附着的效果 。合成了阴离子聚丙烯酸 PAA 凝 ( )海洋的生态平衡 ,成为海洋污染的原因之一 。因 胶 、聚丙烯酸钠 PN aAA 凝胶和聚 2 2丙烯酰胺基 22 2 ( )研究开发新的无毒防污方法就成为一个现实和紧 甲基丙磺酸 PAM PS凝胶 ,阳离子聚氯化三甲基 23 2 ( )的问题 。 丙烯酰胺丙基胺 PDMA PAA 2Q 凝胶 ,非离子聚丙烯 ( ) ( 酰胺 PAAm 凝 胶 和 聚 N 2异 丙 基 丙 烯 酰 胺 PN I2 凝胶自身柔软 ,能对环境的变化作出柔和的反 )PAM 凝胶 , 研 究了 海带 孢 子在 各类 凝 胶 表 面 的 附 ,是一个热力学开放系统 ,能通过自身液体与外界 换化学物质做功 ,从而改变其分子状态 。近 10 年 着 、萌发及配子体的生长行为 。 ( )金项目 :天津市高等学校科技发展基金项目 20030413 ( ) 者简介 :董晶 1979 - ,女 ,博士研究生 。 成配子体 。由此得出 ,在初始期凝胶表面附着的孢 1 实验部分 ,而且即使附着也不能正常萌发 ,说子相较对照组少 1. 1 试剂 明凝胶对海带孢子的附着和生长有防止作用 。 表 1 海藻孢子在不同附着基表面的附着情况 () 丙烯酰 胺 AAm , 天 津市 化学 试 剂研 究所 , 乙 () 醇中重结晶提纯 ;过硫酸钾 天津化学试剂三厂 ,蒸 样品 附着量 /个 配子体的形成情况 对照物 馏 水 中 重 结 晶 提 纯 ; N , N ′2亚 甲 基 双 丙 烯 酰 胺 73 玻片 全部萌发成配子体 () MBAA ,天津市化学试剂研究所 ,丙酮和三氯甲烷( ) PAA 3 61 未萌发 未萌发 未(混合溶剂中重结晶提纯 ;丙烯酸 AA ,天津市化学试 ( ) PAA 5 28 萌发 未萌) 剂研究所 ,减压蒸馏除去阻聚剂 ; 其它试剂 : 2 2丙烯 ( ) PAA 7 20 发 个别萌(( ) 酰胺基 22 2甲基丙磺酸 AM PS,日本东京化成有限公 PAA 8 17 发 未萌发 ( ) ) ( PAM PS 2 司 ;氯化 三 甲 基 23 2丙 烯 酰 胺 丙 基 胺 DMA PAA 2Q , 29 孢子严重脱落 离 ( ) )(PAM PS 4 日本 Koh jin公司 和 N 2异丙基丙烯酰胺 N IPAM ,日 64 孢子严重脱落 子 ( ) )PAM PS 6 本 Koh jin公司 均直接使用 。 型 5. 5 部分萌发 未萌 凝 ( )PAM PS 8 1. 2 凝胶的制备发 18 胶( ) 未萌发 PAM PS 12 PDMA 以聚 丙 烯 酸 凝 胶 的 合 成 为 例 进 行 说 明 。在9 未萌发 ( ) PAA 2Q 8 PDMA 1mo l /L 的丙烯酸水溶液中加入 0105mo l /L 过硫酸钾 6. 5 未萌发 ( ) PAA 2Q 10 PDMA 作 引 发 剂 和 一 定 量 的 MBAA 做 交 联 剂 , 充 N气 2 29. 5 ( )PAA 2Q 12 20m in后密封 , 50 ?条件下聚合 12 h即得聚丙烯酸凝22 ( )PDMA PAA 16 胶 。所得水凝胶在蒸馏水中浸泡 1 周 ,以除去凝胶 5 中未反应的单体 、交联剂和引发剂分子 。然后将凝 ( ) PAAm 1 46. 5 部分萌发 胶真空干燥至恒重待用 。引发剂浓度和交联剂浓度 部分萌发 个别萌( ) PAAm 2 59 非离子 () 或交联密度 分别定义为引发剂和交联剂的摩尔数发 个别萌发 杂( ) PAAm 4 34. 5 型凝胶 占单体总摩尔数的百分比 。藻及脏物较多 ( )PAAm 8 46. 5 ( )本文将以 Z x的形式分别对凝胶进行命名 ,其 ( )PN IPAM 8 19 中 Z代表单体的名称 , x指的是凝胶的交联密度 。 第 7 天对配子体的形成情况进行观察 ,以每种 1. 3 海带孢子附着实验 凝胶每个视野的配子体数进行计数 ,各类凝胶表面 将干 凝胶 在 水中 溶胀 至 平衡 后切 成厚 度 约为 的附着量及配子体的形成情况如表 1 所示 ,其中附 2mm 的小块放入培养皿中 ,然后倒入含有 8 ,9 个 / 着量为每种样品取 3 个视野计数的平均值 。 ( )视野 100 ×游孢子的海水 ,静置 2 h 以保证健康孢 由表 1 结果可看出 ,海带孢子对各种凝胶材料 子的正常附着 。附着结束后 ,将培养皿中的海水倒 具有不同的附着亲和性 ,离子型凝胶表面的附着量( 掉 ,加入培养液进行培养 培养温度为 8 ,12 ?; 光 ( )相对较少 ,其中以 PDMA PAA 2Q 16 凝胶最少 ,从配 ) 照强度为 2000L ux, 光周 期为 12L ?12D , 其 中 所用 子体的形成情况来看 ,玻片表面所附着的孢子已全( 培养液为消毒海水加入适量的氮和磷 N 24ppm , P2 部萌发成配子体 ; 非离子型凝胶有部分萌发成配子) 014ppm , N ?P = 10 ?1 。 凝胶对海带 孢 子的 附着 及 生长 具有 显 著 的 阻 止 作 用 ; PAM PS凝胶表面的孢子虽然有少量萌发为配子 体 ,但 几 乎 不 排 卵 , 因 而 没 有 形 成 孢 子 体 , 说 明 PAM PS凝胶对海带孢子的生长影响较大 ,同样可以 达到阻止海带生长的效果 。由上面的分析可知 ,离 子型凝胶比非离子型凝胶具有更好的防附着性能 。 图 1 PAA 凝胶的交联密度与 从表 2还可看出 ,虽然孢子的附着量受凝胶的交联 其表面孢子附着量之间的关系度影响 ,但孢子的萌发率以及配子体的生长发育均 与凝胶的交联度无关 。 16天海带孢子的培养实验发现 ,各种凝胶经过 为进一步研究离子型凝胶对海带孢子的防附着(现出了不同的防附着能力 ,结果列于表 2 原文附 效果 ,我们考察 了 聚丙 烯酸 钠 PN aAA 即 PAA 的 钠 ) 片 ,因效果不佳 ,本刊略去 ———编者 。其中 ,配子 盐对海带孢子的附着及萌发行为 ,结果如表 3所示 。 数 、卵和孢子体数为每种样品取 5 个视野计数取 3 海藻孢子在 PNaAA 凝胶表面的附着及萌发情况 表 均值 。 样品 附着量 /个 配子体 /个 萌发率 / % 卵 /个 孢子体 /个 表 2 配子体排卵数量及所形成孢子体的数量 73 55 75. 3 3 3 玻片 附着量 配子体 萌发率 卵 孢子体 ( ) 51. 5 40 77. 7 5 8 PN aAA 2 样品 /个 /个 / % /个/个对照物 ( )35 27 77. 0 4 5 PN aAA 5 73 55 75. 3 3 3 玻片 ( ) PAA 3 61 0 0 0 0 可以发现 PN aAA 对孢子的附着行为与PAA 完 ( ) PAA 5 28 0 0 0 0 ( )( )全不同 , PN aAA 2 凝胶和 PN aAA 5 凝胶表面的附 ( ) PAA 7 20 0 0 0 0 ()着量虽然小于玻片 ,但是其萌发率 约 77 % 却高于 ( ) PAA 8 17 0 0 0 0 ( ) PAM PS 2 29 15 51. 7 1 1 离 ( ) 玻片 7513 % ,且其排卵量和产生孢子体数也高于 ( ) PAM PS 4 64 2 3. 1 0 0 子 对照组玻片 ,可以说 PN aAA 凝胶不具有对海带孢子( ) PAM PS 6 型 5. 5 1 18. 2 0 0 + 的防附着效果 。这一结果说明 H 可能在防止海带( ) PAM PS 8 18 4 22. 2 0 0 凝 ( ) PAM PS 12 PDMA 9 1 11. 1 0 0 胶孢子的附着上起着十分重要的作用 。此外 ,从上面 ( ) PAA 2Q 8 PDMA 6. 5 0 0 0 0 的实验及分析也可以得出 ,离子型凝胶的防附着性 ( )PAA 2Q 10 29. 5 0 0 0 0 能不仅与凝胶本身所带电荷有关 ,还与其对离子有 ( )PDMA PAA 2Q 12 22 0 0 0 0 ( ) PDMA PAA 2Q 16 5 0 0 0 0 密切关系 ,此方面尚需做进一步研究 。 ( ) PAAm 1 46. 5 6 12. 9 2 3 ( ) PAAm 2 59 42 71. 2 5 11 非离 3 结论 ( ) PAAm 4 子型 34. 5 13 37. 7 4 7 ( )PAAm 8 凝胶 46. 5 25 53. 8 0 0 通过研究海带孢子在阴离子 、阳离子 、非离子凝 ( )PN IPAM 8 19 10 52. 6 1 0 胶表面的附着及生长行为 ,发现离子型凝胶比非离 子型 凝 胶 具 有 更 好 的 防 附 着 能 力 , 其 中 样 品 PD 2 2 和显微照片可以发现对照组玻片上配子由表 ( ) MA PAA 2Q 16 凝 胶 效 果 最 理 想 , 其 孢 子 附 着 量 最 生长及发育正常 ,已排卵并形成孢子体 ,萌发率高 少 ,且配子体数 、排卵量以及萌发率均为 0 , 比较适 7513 % , 实验组凝胶依种类不同情况有所不 同 。 合作为防附着材料 。 离子型凝胶生成配子体数量较多 ,有些已产生孢 体 ,而且孢子发育基本正常 ,各交联密度凝胶表面 参考文献 发率均较高 ,但附着量和萌发率等均低于玻片 ; 相 [ 1 ] Μ Ga laev I Y, Gup taN , M a ttia sson B. U se sm a rt po lym er fo r sep 2 较 ,离子型凝胶表面的配子体数量较少 ,有的甚至 a ra tion. [ J ] 1Chem tech, 1996 , 12 ?19 ,24 ( )察不到 ,配子体已脱落 。除 PAA 5 外 ,各种 PAA 王昌华 ,曹维孝. 温敏水凝胶. [ J ] 1化学通报 , 1996 , 1 ?33 ,35[ 2 ] 刘晓华 ,王晓工等. [ J ] 1化学通报 , 2000 , 10 ?1 ,6[ 3 ] 胶以及 PDMA PAA 2Q 凝胶表面的配子体数 、排卵 收稿日期 : 2004 212220( ) 以及萌发率均为 0。且 PAA 5 凝胶的配子体也