【摘要】：近年來利用植物化感物質(zhì)控制藻類生長被認為是極具前景的生態(tài)防治水華暴發(fā)方法,其中天然黃酮類化合物作為化感抑藻物質(zhì)不僅具有較強生物活性潛能而且資源豐富,因此有望開發(fā)為新一代生態(tài)安全、廉價高效的應(yīng)急抑藻方法。然而,由于黃酮化合物單體種類繁多而其抑藻活性構(gòu)效關(guān)系及微觀抑藻機制尚未清楚,探究黃酮抑藻活性構(gòu)效關(guān)系及微觀機制能更好地為藻華應(yīng)急治理方案提供理論支持；而在實際應(yīng)用中,直接將合適的黃酮化合物投于水華暴發(fā)的水體中是不合理的,對天然黃酮類化合物進行抑藻緩釋試劑開發(fā)研究能為以天然產(chǎn)物為先導(dǎo)的高效新型抑藻劑開發(fā)提供實際應(yīng)用基礎(chǔ)。因此,本文以淡水水華優(yōu)勢藍藻銅綠微囊藻為研究對象,考察系列天然黃酮類化合物抑制有害藍藻生長的規(guī)律,借助二維定量構(gòu)效關(guān)系(2D-QSAR)和三維定量構(gòu)效關(guān)系(3D-QSA R)理論工具,系統(tǒng)研究黃酮天然分子抑藻活性與其分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；利用流式細胞儀、浮游植物熒光儀等生物分析儀器,從黃酮脅迫下藻細胞光合作用和細胞膜系統(tǒng)的動態(tài)變化情況,探索植物天然產(chǎn)物黃酮類化合物抑藻的微觀作用機制；通過微球化緩釋技術(shù)開發(fā)了黃酮仿生化感抑藻劑,以期為以天然產(chǎn)物為先導(dǎo)的高效新型黃酮類抑藻開發(fā)提供技術(shù)指導(dǎo)。取得的主要研究成果如下：(1)系統(tǒng)研究了22種植物天然黃酮化合物對銅綠微囊藻Microcystis aeruginosa的抑制作用,發(fā)現(xiàn)5,4'-二羥基黃酮、山奈酚和木犀草素具有較強的抑藻活性；通過對黃酮化合物結(jié)構(gòu)-抑藻活性關(guān)系的系統(tǒng)分析,揭示了其羥基數(shù)目對抑藻效果的影響規(guī)律,即羥基個數(shù)越多抑藻效果較好,然而當羥基數(shù)量為2個時,黃酮抑藻活性更多受羥基位置的影響。(2)在化感物質(zhì)抑藻活性研究中創(chuàng)新性地引入定量構(gòu)效關(guān)系手段,通過文獻中噻唑烷二酮類化合物抑藻活性進行2D-QSAR模型建立,驗證了該研究手段在預(yù)測化感物質(zhì)抑藻活性的可行性并總結(jié)了相應(yīng)的建模策略；進而對上述22種植物天然黃酮化合物的抑藻活性進行2D-QSAR分析,通過嚴格的內(nèi)部檢驗和外部檢驗,驗證了所建模型的穩(wěn)定性和預(yù)測力,同時發(fā)現(xiàn)黃酮分子的極性越大、通透性越高以及疏水性越佳,其抑藻活性越高,即具有高極性、高通透性以及高疏水性的天然黃酮化合物有望成為新型化感抑藻劑。(3)進一步對天然黃酮化合物的抑藻活性進行3D-QSAR模型分析,所建CoMFA模型和CoMSIA模型均具有較佳的擬合程度和較強的預(yù)測能力。通過分析可得,黃酮分子3位親水基團、A環(huán)5位帶負電氫鍵供體基團、B環(huán)4'位親水性氫鍵供體基團以及3'、4'位帶負電的基團取代有利于其抑藻活性的增加,反之,在A環(huán)6、7位引入帶負電且為氫鍵供體基團或在B環(huán)2'、3'、5'和6'位引入氫鍵供體基團不利于黃酮化合物的抑藻活性；在3D-QSAR模型的推測下,采用透射電鏡觀察藻細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化和通過紅外光譜分析磷脂脂質(zhì)體模擬實驗驗證了黃酮化合物對藍藻抑制作用的其中一個活性位點是通過氫鍵結(jié)合作用于藻細胞膜上的磷脂分子,影響細胞膜功能,其中黃酮分子中的5位和4'位羥基是氫鍵結(jié)合的關(guān)鍵位置。(4)研究三種典型黃酮化合物5,4'-二羥基黃酮、芹菜素、木犀草素對銅綠微囊藻的細胞膜系統(tǒng)和光合作用的影響,初步揭示了黃酮化合物對銅綠微囊藻生長抑制機理。結(jié)果表明木犀草素主要是通過中斷光合系統(tǒng)II反應(yīng)中心的電子傳遞,而5,4'-二羥基黃酮和芹菜素主要是影響藻細胞的形態(tài)和細胞膜系統(tǒng)。這結(jié)果與3D-QSAR結(jié)果一致,具有5位和4'位羥基的5,4'-二羥基黃酮和芹菜素的抑藻作用機制主要在于影響藻細胞膜,而木犀草素B環(huán)上鄰位羥基極有可能加強黃酮對藻細胞光合作用的影響。(5)利用醫(yī)藥微球化技術(shù)制備得到黃酮仿生抑藻劑,該抑藻劑模擬了植物天然化感抑藻作用能持續(xù)緩慢地向水體中釋放黃酮物質(zhì),較直接投加黃酮物質(zhì)方式更為合理、可控。通過釋放模型計算得到,黃酮仿生抑藻劑的理論釋放時間可長達約120天,足以覆蓋整個水華季節(jié)。通過搖瓶抑藻實驗和中試試驗證實了黃酮仿生抑藻劑能長期有效抑制銅綠微囊藻的生長,而單次添加純黃酮物質(zhì)的抑藻效果僅持續(xù)10天。當初始藻密度越低時,黃酮抑藻劑的作用效果越佳。因此黃酮仿生抑藻劑作為植物化感物質(zhì)抑藻的新型使用技術(shù)具有巨大的應(yīng)用前景,可為應(yīng)急控制藍藻水華暴發(fā)提供可行修復(fù)方案。
【圖文】：

圖１－３黃Qi和異黃r>的母棱逡逑Ｆｉ．邋１－邋３邋Ｔｈｅ邋ｓａｍｅ邋ｂａｓｉｃａｒｅｎｔ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｆｌａｖｏｎｏｉｄｓ邋ａｎｄ邋ｉｓｏｆｌａｖｏｎｅｓ逡逑

系等方面明確天然黃酣類化合物抑藻活性與其分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。逡逑（３）黃酣類化合物抑制有害藍藻生長的微觀作用機制逡逑基于（２）中對構(gòu)效關(guān)系的研究，，優(yōu)選數(shù)種典型植物黃R[類化合物，研究其逡逑脅迫下銅綠微球藻細胞化合作用系統(tǒng)、細胞膜系統(tǒng)及抗氧化系統(tǒng)動態(tài)變化情況，逡逑考察黃曑天然分子與銅綠微球藻細胞相互作用過程，闡明植物黃

本文編號：2690860