專利名稱：利用超聲波抑制藻類生長的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
利用超聲波抑制藻類生長的方法屬于利用超聲波進行環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利用超聲波抑制藻類生長的環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的特征在于它是向水中的藻類釋放頻率為1.5～2.0MHz，強度為0.5～0.6w/cm2的超聲波。
上述超聲波的頻率為1.7MHz，強度為0.5～0.6w/cm2時，能達到更佳的效果。
上述釋放超聲波為每次5分鐘，每四天釋放一次。
上述水中的藻類是處于停滯期的藍(lán)藻。
試驗證明，使用本發(fā)明所提出的利用超聲波抑制藻類生長的方法，達到了預(yù)期的目的。
圖2是不同的超聲處理時間條件下的藍(lán)藻細(xì)胞生長曲線(OD值)對照圖，(○)對照組，(△)處理1min，(◇)處理3min，(●)處理5min，(▲)處理7min，(◆)處理9min。
圖3是相同總能量輸入，不同處理劑量和頻次下的藍(lán)藻細(xì)胞生長曲線(OD值)對照圖，(○)對照組，(▲)A組-1min/次，每天處理一次，(■)B組-2min/次，每2天一次，(●)C組-4min/次，每4天一次，(△)D組-6min/次，每6天一次，(◇)E組-12min/次，每12天一次。
圖4是對照組與處理組完整細(xì)胞吸收峰比較，標(biāo)明兩組在628nm處藻蘭蛋白吸收峰值的差異。
圖5是對照組與處理組藍(lán)藻細(xì)胞在生長過程中單位細(xì)胞葉綠素含量的比較圖。
圖6是超聲處理對藍(lán)藻氣囊的破壞作用照片，左邊是處理前，右邊是處理后。
圖7是氣囊破壞對葉綠素蛋白復(fù)合體的破壞作用照片，左邊是破壞前，右邊是破壞后。
圖8是本發(fā)明所使用的超聲波發(fā)生器的電路原理框圖。
下面結(jié)合實驗和附圖進行說明，以下實驗均是對Φ20cm*25容器中的1.2L藍(lán)藻培養(yǎng)液進行。
實施例1超聲處理對象是A、B、C、D四組藍(lán)藻培養(yǎng)液，藍(lán)藻均處于停滯期(接種后12小時內(nèi)，OD值＜0.1)，分別在第1天和第4天進行一次超聲處理，每次處理時間為5min，對各組所釋放的超聲波的頻率和強度不同，第六天用分光光度計測量其OD值，與對照組(未處理組)進行比較，結(jié)果如表1所示。

表1從表1中可看出，利用頻率為1.5～2.0MHz，強度為0.5～0.6w/cm2的超聲波對藍(lán)藻進行處理，對藍(lán)藻的生長有抑制作用，當(dāng)頻率為1.7MHz，強度為0.6w/cm2時，對藍(lán)藻的生長有更好的抑制作用。
實施例2超聲處理對象是E組藍(lán)藻培養(yǎng)液，藍(lán)藻處于對數(shù)生長期(接種后培養(yǎng)60小時，OD值＞0.1)，處理超聲波頻率為1.7MHz，強度為0.6w/cm2，分別在第1天和第4天處理一次，每次處理時間為5min。第六天測量其OD值，并將其與對照組和實施例1中的C組進行比較，得到OD值的比較圖，如

圖1所示。

表2從表2和圖1中可看出，對數(shù)期接受處理的E組，其OD值接近對照組的OD值，而且在處理后的第二天即恢復(fù)生長，生長速率與對照組的持平，生長曲線一直上揚，在試驗結(jié)束時無明顯效果。而在停滯期接受處理的C組，在整個過程中生長受到明顯抑制。在培養(yǎng)周期結(jié)束后，其生長量僅為對照組的47％，說明處于停滯期的藍(lán)藻細(xì)胞各方面生理活性尚處于恢復(fù)狀態(tài)，抵御外界干擾的能力較弱，進行超聲處理可使其收到更嚴(yán)重的傷害。而處于對數(shù)期的藍(lán)藻細(xì)胞代謝旺盛，生命力強，對外在的不利影響有較強的抗性，即使受到破壞也可在短時間內(nèi)恢復(fù)。進一步說明，在同樣能量輸入的情況下，較早干預(yù)處理會有更好的效果。
實施例3對處于停滯期的五組藍(lán)藻培養(yǎng)液各處理一次，處理的頻率為1.7MHz，強度為0.6w/cm2，每組處理的時間不同，分別為1min，3min，5min，7min，9min，跟蹤其整個培養(yǎng)周期的OD值，繪出其生長曲線(OD值)對照圖，如圖2所示。
從圖中可看出，輸入時間為1min的組其生長未受影響，保持正常生長，生長速度與最終生物量與對照組持平；輸入時間為3min的組生長受到一定影響，出現(xiàn)短暫的緩慢生長期(1～2)天，仍可較快的恢復(fù)至某一閾值，而后以正常生長速率生長，最終的生物量可達到對照組的70％以上，抑制效果不理想；輸入時間為5min、7min、9min的三組始終表現(xiàn)出同步性，瞬時細(xì)胞降低量相同，處理后生長有明顯的停滯，然后以低于正常的生長速率生長，最終細(xì)胞生長抑制可達50％以上。
通過該試驗可知，5min的處理時間是發(fā)生質(zhì)變的臨界處理時間，這種處理可最好的兼顧效果與能量投入。
實施例4在總能量相同的情況下，對五組藍(lán)藻培養(yǎng)液進行超聲處理，按不同的頻次和劑量進行，處理時間的長短作為處理劑量的標(biāo)準(zhǔn)。超聲波頻率為1.7MHz，強度為0.6w/cm2。五組每次處理的劑量和處理頻次的選擇依次為1min/次，每天一次；2min/次，每2天一次；4min/次，每4天一次；6min/次，每6天一次；12min/次，每12天一次。跟蹤各組的OD值情況，結(jié)果如圖3所示。
從圖中可看出，A組濃度始終維持在很低的水平上，幾乎不增長或略有增長；E組在處理的初期具有很好的抑止效果，有一段較長的停滯期，但是當(dāng)度過停滯期后，即恢復(fù)正常生長，生長速率幾乎與對照組相當(dāng)，在同時期內(nèi)總生物量居高不下。B、C、D三組呈現(xiàn)波動性，D組的波動性最大，B、C兩組的抑制效果與A組相當(dāng)，只具有輕微的波動性。從圖中可以看出，處理頻次越高，曲線的起伏越小，頻繁的刺激使藍(lán)藻細(xì)胞較難在短時間內(nèi)恢復(fù)正常的生理活性，因此生長得到較好的抑止。由于輸入總能量相同的情況下，4天處理一次，每次處理4分鐘就能達到與1天1次處理的抑制的效果。所以結(jié)合實施例3，在實際操作中，可以以每4天處理一次，每次處理5分鐘作為最佳選擇。
利用本方法對藍(lán)藻進行處理后，分別掃描對照組和處理組藻細(xì)胞的完整細(xì)胞吸收光譜，處理組625nm處的吸收峰值僅為對照組的40％(圖4)，說明超聲處理對藻膽體有直接的破壞作用?？栈饔靡鹂涨黄屏训耐瑫r，可在很小的體積內(nèi)聚集大量的能量，可對同樣附著于類囊體膜上的葉綠素合成過程中的一些關(guān)鍵的酶產(chǎn)生破壞作用。在培養(yǎng)過程中跟蹤測定單位細(xì)胞的葉綠素含量，處理組的葉綠素含量平均為對照組的75％(圖5)。藻膽體和葉綠素是光合作用的關(guān)鍵載體，超聲對它們的破壞和抑制，會導(dǎo)致藍(lán)藻光合能力的降低。光合放氧實驗結(jié)果表明，處理組光合放氧活性僅為對照組的51％。圖6為超聲處理對藍(lán)藻氣囊破壞作用照片；圖7是氣囊破壞對葉綠素蛋白復(fù)合體的破壞作用照片。試驗證明，超聲處理對藍(lán)藻光合作用途徑具有抑制作用，能夠有效控制藍(lán)藻的增長。
當(dāng)處理大片水域時，可根據(jù)水域的大小情況，用多臺超聲波發(fā)生器同時進行處理，超聲波頻率選擇1.7MHz，強度選擇0.5～0.6w/cm2，每次處理5min，4天處理一次，且在藍(lán)藻處于停滯期時開始進行處理能達到最佳效果。
本發(fā)明所采用的是市售的超聲波發(fā)生器，其各功能模塊均為現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)電路模塊，電路原理框圖如圖8所示。
本發(fā)明所提出的利用超聲波抑制藻類生長的方法，操作簡單，易于實現(xiàn)，沒有二次污染，對于治理水華等生態(tài)問題有很高的應(yīng)用價值，在其它環(huán)境和生物工程領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.利用超聲波抑制藻類生長的方法，含有向水中的藻類釋放超聲波的步驟，其特征在于，它是向水中的藻類釋放頻率為1.5～2.0MHz，強度為0.5～0.6w/cm2的超聲波。
2.如權(quán)利要求1所述的利用超聲波抑制藻類生長的方法，其特征在于，向水中的藻類釋放頻率為1.7MHz，強度為0.5～0.6w/cm2的超聲波。
3.如權(quán)利要求1或2所述的利用超聲波抑制藻類生長的方法，其特征在于，釋放超聲波為每次5分鐘，四天釋放一次。
4.如權(quán)利要求1或2所述的利用超聲波抑制藻類生長的方法，其特征在于，所述水中的藻類是處于停滯期的藍(lán)藻。
全文摘要
利用超聲波抑制藻類生長的方法,屬于利用超聲波進行環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及利用超聲波抑制藻類生長的環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于,它是向水中的藻類釋放頻率為1.5～2.0MHz,強度為0.5～0.6w/cm
文檔編號C12N13/00GK1422951SQ03100009
公開日2003年6月11日 申請日期2003年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月3日
發(fā)明者吳慶余, 湯嬌雯, 徐瀚, 郝宏偉, 陳以方, 吳敏生 申請人:清華大學(xué)