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来源:珠江流域水环境监测中心 作者:曹永旭 时间:2008年3月6日 2007年,可称为“蓝藻年”,由于当年夏季太湖蓝藻暴发,随后,各地一些湖泊、水库相继遭受蓝藻影响,令人谈“藻”色变。其实,蓝藻种类繁多,且分布十分广泛,遍及世界各地,早就与人类和平共处,长期以来相安无事。 水中的藻类是水生生物分类学的一个大种群,是在水中能够适应悬浮生活,易于在风和水流作用下作被动运动的植物群落,也可称之为浮游植物或浮游藻类。藻类植物具有共同的特性,但在植物体的体型、构造、色素组成等方面有显著的不同,可根据这些特征进行植物分类,藻类可分成几类,每类在分类学上为一个“门”,藻类分门的主要依据是它们所含的色素和植物体的形态、构造,一般将淡水藻类分成11门,有蓝藻门、红藻门、隐藻门、甲藻门、褐藻门、黄藻门、金藻门、硅藻门、裸藻门、绿藻门、轮藻门等,每一门再分纲、目、科,蓝藻只是其中的一个“门”。蓝藻种类有几千种(或说已知约1500多种),可形成水华的有近百种,其中能产生毒素的有几十种。 藻类植物是生物食物链中最重要的初始环节之一,水中的浮游藻类可直接或间接的作为鱼类及其他水生动物的饵料,以往认为家鱼不能消化蓝藻,但近来也有蓝藻被鱼体吸收利用的报道,有不少蓝藻还可以直接固定大气中的氮,以提高土壤肥力,使作物增产。有的蓝藻可作为人们的食品,如著名的发菜和普通念珠藻(地木耳) 等,还有螺旋藻营养丰富,蛋白质含量居各食物之冠。还可从蓝藻中提取胰蛋白酶抑制剂,用于治疗急性胰腺炎等胰腺或胰周感染性疾病,或用于治疗脑气肿及脑缺血等疾病。 在洁净的天然水体中,生存着一定数量的藻类,在生态良好的环境之中,呈现出生物多样性,各种藻类和谐共存,互相制约。由于蓝藻有很强的生存能力,当湖水遭到严重有机污染,氮、磷等物质的含量超标时,水中的营养状态失去了平衡,再遇上适宜的温度(气温在18摄氏度左右)等条件,蓝藻容易成为优势种,水中的其他藻种受到抑制,相对数量减少,水体中的蓝藻大量繁殖,个体数巨增,造成蓝藻暴发疯长。 藻类的个体大小一般在2~200微米,肉眼难以看到,需用显微镜才可以分辨,在自然水体中,当其大量繁殖时,才使水色和浑浊度有所改变,此时人们还不以为然,直到蓝藻疯长,形成大片蓝绿色的藻块或藻的薄层,才引起人们的重视。而支持藻类疯长的氮、磷等物质,在水中无色无形,数量再多也不会引起人们的注意。 水中氮、磷主要来源于人类的生活污水、工业废水、农业排水、家畜排水、.水产养殖和底泥之中: 人类的生活污水中常含有一定数量的氮、磷等营养物,主要是来自人类的排泄物和洗涤剂,生活污水中的氮主要来自人体食物中蛋白质代谢的废弃产物,人体代谢废物中也含有磷,含磷合成洗涤剂的大量使用,使生活污水中的磷含量急剧上升。 工业废水也是水中氮、磷的重要来源,不少工厂在生产过程中会产生含氮、磷的废水,如焦化厂、化肥厂、石油化工厂、纺织印染厂、制药厂等废水中均含有大量氮,而食品加工、发酵、鱼品加工、化肥、洗涤剂生产、金属抛光等工厂的废水中含有大量的磷,生活污水和工业废水经生化处理后,剩余的大部分氮、磷随出水排入河道,也是城市附近水体中氮、磷的主要来源。 农田中施用的氮、磷肥料,除一部分真正被农作物吸收利用外,其余的被土壤吸附,残留和溶于水中,相当部分通过雨水冲淋带入江河湖泊。在农田中施用氮肥的30%,磷肥的5%未能被利用,近年来,由于化肥的大量使用,以及可耕地土壤质量的降低,导致肥料成分容易流失,氮和磷大量进入水体。 饲养家畜家禽的废弃物和排泄物中含有大量氮和磷,如以单位个体计,牛排泄物的污染量约为人体排泄物污染量的4倍,随着雨水的冲刷,大量地进入水体。 水产养殖业的残饵,悬浮物以及鱼类的排泄物,粪便的污染,引起了养殖场和其周围水域的水质,底泥的环境恶化及水中氮、磷含量的增加。 在底泥表层或其上面的新生沉积物中所含的氮、磷,直接或通过底泥粒子间的间隙水等溶入水中,形成二次污染。由此看来,蓝藻并不可怕,作为一个物种也有其存在和生长的理由,可怕的是,人类毫无限制地向水中排放污废水,直到造成蓝藻危害,还在指望老天帮忙。 没有意识到应该限制人类自身的排污行为,只是被动地清除蓝藻和稀释水体,头痛医头,治标不治本,来年很可能暴发更可怕的蓝藻危机。
地表水体的富营养化引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖,导致溶解氧下降,水质恶化,鱼类和其它生物大量死亡,甚至引发供水危机。色素是藻类光合作用时吸收、转化和传递光能的主要物质,叶绿素以多种形式存在于藻类植物中,大约占有机物干重的1-2%,是估算其生物量的重要指标,快速准确测定水体中叶绿素a浓度对于评价水体营养状态和水质管理具有重要意义。 叶绿素测定方法有很多,大致分为萃取测定、荧光活体测定及水华遥感监测。萃取分析利用有机溶剂萃取植物细胞叶绿素进行光谱光度测定,根据分析技术的不同分为分光光度法、荧光法和高效液相色谱法。萃取分析只要操作准确,提取完全,可以得到准确和重复性好的结果,但是过程繁琐,不方便用于连续监测。 AOA在线藻类分析仪利用叶绿素荧光特性进行分类定量分析,活体测量,无需样品预处理,仪器操作简单,可以快速地获得大量叶绿素数据,广泛运用在在线监测。为保证在线分析仪的有效运行,需要用标准样品来校准、性能考核和日常数据质量控制,但国内还未开发叶绿素的标准样品和质控样品,已知叶绿素含量(用萃取方法测定)的浮游植物悬浮液被认为是最好的标样替代品。当水体发生水华,生物多样性下降,往往是一种藻类成为绝对优势,可作为纯种藻类标准样品,本文将几个代表性的比对实验整理分析,探讨误差原因。[b]1.比对方法[/b]1.1清洗AOA在线藻类分析仪蠕动泵、测量室及其底盖,检查纯水透光率值。1.2水样不经任何处理,测量叶绿素浓度值。1.3剩余水样酌量加入1%碳酸镁悬浊液(按1升水量加入1ml),防止酸化。1.4带回实验室,尽快分析,实验室分析方法依据《无水乙醇热浴超声法测定淡水中的叶绿素a》[sup][/sup]。[b]2实验2.1微囊藻水样2.1.1样品来源[/b] 2014年8-10月某水库出现铜绿微囊藻水华,采集水华“浓密”处水样作为标准储备液,分别取0、2、5、10、15、20、25、50、100ml,用纯水稀释成500ml,检查两种方法叶绿素a和藻密度线性。取水库水华严重区、进水口、湖心和出水口四个水样,做实际水样比对分析。[img=,690,690]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011537059882_3331_3247383_3.jpg!w690x690.jpg[/img][b]2.1.2实验结果[img=,690,361]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011538312332_220_3247383_3.png!w690x361.jpg[/img][/b]表1微囊藻稀释水样比对结果[b][img=,622,352]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011539397062_938_3247383_3.png!w622x352.jpg[/img][/b]图2微囊藻水样线性比对[img=,690,215]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011611492722_7678_3247383_3.png!w690x215.jpg[/img]表2含微囊藻实际水样比对表1、表2和图2表明,两种测量方法的结果与藻类数量之间存在非常显著的相关性,但AOA在线分析仪测量结果低于分光光度法,浓度越高,差异性越大。[b]2.1.3结果分析[/b]2.1.3.1分光光度法误差分析 萃取后叶绿素,对光照和氧气很敏感,极易造成不可逆的分解,因此,节时高效是分光光度法的质量保证,而温度是质控措施的关键。在超声波萃取过程,提高温度加快叶绿素溶出速度,同时,叶绿素降解的速度也是加快的,最佳超声波萃取条件:60℃萃取25分钟,2小时内完成测定。另外,实验室遮光也是必要。[img=,690,690]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011541253150_3659_3247383_3.jpg!w690x690.jpg[/img]2.1.3.2AOA荧光法误差来源 AOA在线藻类分析仪原理:叶绿素具有荧光特性,一定的激励光,任何一种藻产生的荧光强度与其所含叶绿素a成正比,几种不同藻混合体产生的荧光强度等于各自荧光的总和。采用325纳米、450纳米、525纳米、570纳米、590纳米和610纳米作为激励光,其中325纳米是用来补偿黄色物质(有机物),测定685nm的光强,计算总叶绿素a值和不同藻的浓度。(1)水样原始性状发生变化暗室环境下,激励光照到藻上,能量分成三部分:光合作用、叶绿素自发荧光和热能辐射。如果藻的活性强,光合作用消耗的能量就越多,产生荧光的强度越小,反之,如果藻的活性弱,荧光强度就强。荧光能量和光合作用的能量是相互竞争的,叶绿素荧光常常被认为光合作用无效指标的依据。比对实验的样品,从采样经实验室样品处理,到水质自动监测站仪器分析,剩余样品送回实验室做分光光度法比对,再紧凑也需要3-4天完成,运输、保存过程,叶绿素在活体内也和其它物质处于不断更新变化中,可能衰老、也可能分解破坏,比对实验要求的同步水平也不可能实现,这是比对误差不可忽视的部分。(2)微囊藻特殊的细胞结构使水样分布不均匀微囊藻群体有胶鞘和伪空泡,可以自由漂浮在水中,水样在实验室静置一天后,出现明显的分层,测量过程难以保证均匀分布。[img=,690,690]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011542423667_4598_3247383_3.jpg!w690x690.jpg[/img](3)工作温度与校准温度不一致参考各类荧光法仪器说明书,浮游生物悬浊液的荧光反应受温度的影响很大,有些仪器的温度补偿2%⁄ ℃,但这种经验补偿不能保证准确的现场测量,因为每一种浮游植物的荧光强度随温度变化程度不同。这台AOA藻类分析仪安装测试在冬季,这次比对实验在9月份进行,温差亦有影响。(4)浊度的影响 实验室分光光度法经过0.8um滤纸过滤,比色扣除750nm吸光度值,只要操作正确,浊度的影响很小。水中的悬浮颗粒物对激励光和产生的荧光有反射、散射和阻挡的作用,造成激励光和荧光产量的下降,YSI3026传感器检测结果:1NTU的 浊度影响大约是0.03ug/L叶绿素。 除色素以外的细胞结构(细胞壁、胶被、储藏物质)以溶解有机碳为主要成分,对紫外光和蓝光具有强烈的吸收,也可视为影响测定的悬浮物,AOA在线藻类分析仪称之为黄色物质,用325纳米补偿。铜绿微囊藻细胞壁分为两层,内层是纤维素,外有胶鞘,有相当的厚度,互相溶合形成多细胞群体。图5显示黄色物质与叶绿素含量相关,AOA的测量结果反映了铜绿微囊藻细胞群体特征。分光光度法和AOA扣除浊度方法各有不同,是否有可比性,有待进一步了解。[img=,586,305]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011543564741_5446_3247383_3.png!w586x305.jpg[/img]图5(5)水样镜检微囊藻绝对优势,视野内不见其它藻类,AOA分析结果有少量绿藻、硅藻,其它的比对实验也出现藻类识别错误。[b]2.2薄甲藻水样[img=,690,920]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011545089042_4958_3247383_3.jpg!w690x920.jpg[/img][/b]图6[b]2.2.1实验结果[/b][img=,690,289]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011547036798_1735_3247383_3.png!w690x289.jpg[/img]表3薄甲藻水样比对结果2.2.2结果分析2.2.2.1镜检视野内为单一薄甲藻,与AOA定性结果相差较大。从图7可知,绿藻和硅甲藻的光谱图很相似,从光谱图识别绿藻和硅甲藻是困难的,AOA的藻类分类和藻密度估量值仅能作为参考,要将监测数据做水体生态评估的依据,必须结合实验室镜检和萃取分析方法。[img=,690,496]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011547417547_4700_3247383_3.png!w690x496.jpg[/img]图72.2.2.2薄甲藻AOA测量值约为光度法的1/3,薄甲藻有鞭毛,可以自由游动,离开有利的生活条件则很快失去活性,沉入水底不再活动,且细胞内容物溶出。不能保证水样原始性状,是叶绿素a比对测定误差的主要来源。[img=,690,690]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011548482013_3683_3247383_3.jpg!w690x690.jpg[/img][color=#423B3B]2.2.2[/color][color=#423B3B].3[/color][color=#423B3B]薄甲藻细胞内容物溶出后,显微镜照片清楚看到细胞壁很薄,AOA测量结果印证黄色物质影响极小。[/color][b]2.3小球藻[img=,690,920]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011550015246_3694_3247383_3.jpg!w690x920.jpg[/img]图9 小球藻[/b]垃圾渗滤液水样,实验室放置几周,变绿,镜检结果:小球藻绝对优势,少量硅藻。[b]2.3.1实验结果[/b][img=,690,367]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011551332128_4472_3247383_3.png!w690x367.jpg[/img]表4小球藻水样比对[b]2.3.2结果分析[img=,537,303]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011552368052_2948_3247383_3.png!w537x303.jpg[/img][/b]图10小球藻水样线性分析2.3.2.1藻类分类与实验室镜检结果基本吻合;2.3.2.2低浓度出现少量蓝藻,因为仪器刚做完微囊藻样品,检测室可能有少量残留,比对实验之前彻底清洗检测室很有必要;2.3.2.3分光光度法相关系数小于AOA,并非方法不可行,而是叶绿素萃取太依赖分析人员的操作,稍有疏忽就会造成萃取损失,相比之下仪器要稳定可靠些。2.3.2.4小球藻叶绿素a测量结果AOA/分光光度法比值0.7-1.5,高于铜绿微囊藻和薄甲藻。两种方法测量结果比较接近的原因是因为小球藻不会运动,活体样品保持比较稳定的悬浮液状态,而AOA测量结果高于分光光度法的误差,一方面来自叶绿素和藻密度系数的确定,一方面来自萃取的损失。[img=,601,407]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011554177672_7731_3247383_3.png!w601x407.jpg[/img]图11AOA仪器校正界面 荧光测定仪校准即确定叶绿素和藻密度相关系数,可以给活体叶绿素传感器提供的最好标准物是浮游植物悬浮液,此悬浮液亦有部分用萃取方法测定叶绿素含量,并且应该从监测地点获得,这样的标准物质产生的荧光可以尽可能接近现场的生物体。荧光测定同时受浊度、温度、细胞活性、不同藻的种类、大小、形状、和叶绿素种类的影响,这些都大大限制活体测量的准确度。2.4不同水体样品分析[img=,690,267]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011555277271_2806_3247383_3.png!w690x267.jpg[/img]表5不同水体样品分析2.4.1与单一藻类样品结果一致,绿藻含量高的水样AOA测量值偏高,微囊藻水样上浮分层、甲藻和裸藻活性降低下沉造成水样不均匀分布,是比对结果偏低的一个因素。而在线监测时,水样中的藻类足够鲜活,吻合度会好些。2.4.2按照AOA提供的分类方法(图12),绿藻和蓝藻分类结果与镜检匹配,单一种类薄甲藻检测结果显示为绿藻、隐藻、蓝藻、极少量甲藻,镜检中数量可观的硅藻、裸藻在AOA测量结果中未见。[img=,600,350]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807011602453540_1118_3247383_3.jpg!w600x350.jpg[/img]图122.4.3水库水质良好,杂质少,其它水体有机杂质含量相对高,AOA黄色物质测量结果与水体洁净程度吻合。[b]小结[/b]:萃取分析耗时长,不方便用于连续监测,需要有经验、高效率的分析人员才能得到准确、重复性好的结果。活体荧光法简便易操作,但准确度受更多因素的限制。两种方法不可互相替代,而应该取长补短,互为参照。参考文献 王丽娟,章岳蓬,郭步平等. 无水乙醇热浴超声法测定淡水中的叶绿素a.当代环保,2010,2(4):14-17.
在FDA的植物药工业产品指南(Guidance for IndustryBotanical Drug Products)中,有如下几个概念: [B]植物药产品[/B](botan ical drug product botanical drug) : 植物药是指作为药物使用的植物产品 由植物原料药制备的药品称植物药产品, 有溶液(例如茶)、粉末剂、片剂、胶囊剂、酊剂、外用药和局部用药等多种剂型。 [B]植物药原料药[/B](botanical drug substance) : 来自一种或一种以上植物、藻类或肉眼可见真菌的药物。它由[B]植物原料药[/B]经过如下的一种或多种加工方法, 如粉碎、煎煮、压榨、水提、醇提或其他类似方法制备而成。它以诸如粉末、泥膏、浓缩液、汁、胶、糖浆或油等多种物质形态出现。植物原料药可以由一种或一种以上植物原药材(见单味和复方植物原料药或产品) 制得。植物原料药不包括天然来源的高度提纯或化学修饰的物质。我读了半天也没明白植物原料药、植物药原料药和植物药产品这三者到底分别是指什么,三者之间是什么关系,请教高手帮忙解释一下。万分谢谢!!!