改善水生生態系統中的水質的方法
2023-07-25 17:50:46 1
專利名稱：改善水生生態系統中的水質的方法
技術領域：
本發明大體涉及水質,更具體地涉及應用沒食 子櫟(Quercus infectoria)蟲癭(nut gall)的提取物/粉末改善水生生態系統中水的物理、化學和微生物學狀態。
背景技術：
水產養殖系統中水質惡化的普遍原因是藻類生物量的過度增殖。其管理方法包括應用化學品、水交換和人工去除。硫酸銅是出於此目的而最普遍施加的化學品之一。其它已報導的化學品包括化合物3-(4-甲苯磺醯)丙烯腈(Gutman，1982)、N-丙酮基苯甲醯胺化合物(Luis and Hamilton, 1999)和α -取代胺和α -胺基酸(Albert, 1982)。也使用另一種方法，其中使水通過與水流方向正交的磁場(Alexander, 1977)。在實驗室和田間試驗中均發現在水中分解的大麥麥杆控制藻類的生長(Ridge and Barrett, 1992)。用大麥麥杆處理降低水生生態系統中藻類的優勢(Everall and Lees, 1996) 0發現存在於水生大型植物穗狀狐尾藻(Myriophyllum spicatum)中的特裡馬素II (Tellimagrandin II)抑制藍細菌的生長(Leu et al. , 2002)。致病性細菌是水質下降的另一主要原因，並且是水產養殖中許多疾病的致病因子。已經應用消毒器和消毒劑來控制病原體，但由於可能的毒性和殘留效應，它們在水產養殖中的應用有限。已經在水產養殖中使用不同的益生菌菌株來控制疾病和改善水質(Keeton and Williams, 2005;Kruse, 2008) 已發現乳酸菌起到抗致病性弧菌的微生物屏障的作用(Gatesoupe, 1994)。假交替單胞菌(Pseudoalteromonas)菌株改善暴露於致病性弧菌的太平洋牡蠣的存活(Elston，2008)。已經使用例如硫酸銅、N-丙酮基苯甲醯胺化合物和α -取代胺等化學品來防止過度的藍細菌增殖。其它方法包括使用水交換和人工去除。為了減少所造成的水質惡化，已經嘗試了例如使用通風裝置、使用氨結合化合物的方法。化學品具有例如毒性和殘留效應的缺陷。已經觀察到水交換在經濟上不可行，而人工去除耗費勞力。還發現上述方法僅是短期方案，藍細菌的增殖在幾天內重新出現。減少造成水質惡化的方法沒有產生長期效果，因為它們沒有直接處理並解決問題。書籍「PondAquaculture Water Quality Management，，的作者 Claude E. Boyd和Craig S. Tucker已經進行了改善水產養殖水質的研究，該書對依照所述不同方法來改善水質進行了綜述。該研究顯示了使用化學品例如西馬嗪的有害作用，包括溶解氧水平降低以及所養殖的物種的死亡率。包括Ridge, I, Pillinger, Μ.，Everall, N. C.和Lees，D. R的若干研究者已經對應用大麥麥杆來控制藍細菌進行了評估。包括LaurentVerschuere, Gatesoupe, F. J.和Austin, B的研究者已經對益生菌用於控制致病性細菌物種和改善水質進行了廣泛的研究。改善包括水產養殖池塘的水生生態系統中的水質的方法包括使用生物濾器、通氣裝置、使用矽酸鹽、氨結合劑、益生菌、藻類控制劑、水交換等。據報導，矽酸鹽的應用改善水的物理性質(Conner et al.，1977)。物理和生物學過濾系統被單獨或與沉降系統組合使用，用於改善水產養殖中水的物理、化學和微生物學性質(Chang，2005)。使用益生細菌菌株來抑制和防止致病性細菌的生長(Elston et al.，2006; Verschuere, 2000)，由此改善水的微生物學性質。若干種細菌益生菌株也改善水的化學性質。革蘭氏陽性芽孢桿菌在將有機物質轉換回CO2中比革蘭氏陰性細菌更有效(Stanier，1963)，因此具有用作益生菌的潛能。然而，若干使用一種或多種細菌物種(例如芽孢桿菌、硝化桿菌、假單胞菌、腸桿菌等)的研究(Lin, 1995;Maeda and Liao, 1994)沒能在水產養殖中證實該效果。草藥沒食子櫟(Quercus infectoria),通常稱作櫟五倍子(Oak gall),其在昆蟲沒食子蜂(Diplolepis galIae tinctoriae 或 Cynips quercufolii)為存放卵時被感染產生蟲癭。在侵入後很快出現小瘤，並在卵周圍形成非常稠密的物質。所述卵在這些瘤中孵化成蠅，吃出其經由一小開口的通道。已知蟲癭的醫學特性，其用作收斂藥和止瀉藥並富含酚類化合物。然而並沒有研究報導沒食子蟲癭在改善水質中的應用。草藥來源正應用的醫·藥製備物中，並且是安全及對環境無害的。其是經濟有效的並在實驗室研究中顯示出長期的效果。除此之外，其還帶來其它合乎需要的效果，例如減少致病性微生物和獲得水質的總體改善。
發明內容
本發明涉及開發基於草藥的產品，其用於改善包括水產養殖農場的水生生態系統中的水質。在實驗室中已經開發了一種使用沒食子櫟蟲癭製備鹼提取物的方法。藻類水華使水質惡化，降低水產養殖物種的生長速率並導致死亡率,給農民造成顯著的經濟損失。目前對於藍細菌和致病性細菌物種在水產養殖系統中的過度增殖問題沒有既環保又實用的解決方案，因此對於這樣的產品存在市場需求。存在對安全有效的產品的需要。將本發明的草藥粉末/提取物施加至待處理的水體，將藍細菌群體維持在所需的水平並減少病原體計數，增加漁農的收益。所述產品還可以在水族館系統中使用以改善水質和澄清度。使用包括使用鹼和過氧化氫的化學方法來生產用於上述目的的沒食子櫟蟲癭提取物是新穎的。儘管對草藥沒食子櫟的蟲癭的醫藥特性已經有充分研究，但是沒有報導其應用於水中以改善水質。文獻中已經提及用於同樣目的不同的化學品、植物部分/提取物，但是均沒有報導沒食子櫟蟲癭的應用。之前並沒有報導過應用沒食子櫟蟲癭來控制藍細菌。類似地，之前也沒有報導針對水生病原體或其它水生微生物的沒食子櫟蟲癭的應用。本發明包括使用鹼和氧化劑製備沒食子櫟蟲癭化學提取物的方法，以釋放改善水生生態系統中的水質所需的植物化學物質。該方法已經實施並且已被證明有效降低純培養物中的藍細菌的過度增殖。對於所述提取物中的植物化學物質的進一步研究將包括鑑定主要類別的化合物並為活性成分的鑑定繪製定量譜。本發明還包括沒食子櫟蟲癭粉末/水提取物/鹼提取物在降低藍細菌和藻類的過度增殖並由此改善水生生態系統水質中的應用。
本發明還包括沒食子櫟蟲癭粉末/水提取物/鹼提取物在抑制水產養殖中致病性細菌物種的生長並由此防止水產養殖物種死亡和感染中的應用。本發明還包括沒食子櫟蟲癭粉末/水提取物/鹼提取物在抑制水生生態系統中致病性細菌物種的生長並由此改善水質中的應用。
圖I是沒食子櫟蟲癭鹼提取物和水提取物對純培養物中的集胞藻(Synecocystissp.)的效果圖。圖2是實驗室製備的和從外部供應者獲得的沒食子櫟蟲癭提取物對集胞藻生長的效果圖。圖3是沒食子櫟蟲癭(BSlOl)及其製劑對角毛藻(Chaetoceros sp.)生長的效果圖。 圖4是沒食子櫟蟲癭(BSlOl)及其製劑對集胞藻生長的效果圖。圖5是製劑Fl對集胞藻生長的劑量應答研究的圖。圖6是實施例13試驗期間Cyano⑶RB對總藻類計數的效果圖。圖7是在製劑Fl施用前和施用後，實施例14的池塘水中葉綠素含量的差異圖。圖8是在製劑Fl施用前和施用後，實施例14的池塘水中葉綠素含量的差異圖。
具體實施例方式已經發現沒食子櫟蟲癭具有許多醫藥特性，包括止瀉、抗糖尿病、抗炎和收斂活性。已發現它們具有針對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的抗微生物特性(Basri andFan, 2005;Fatima et al.，2001)。然而，對沒食子櫟蟲癭抗水生生態系統中藍細菌和致病性細菌過度增殖的活性尚未進行研究。沒食子櫟蟲癭在醫藥製備物中使用，並且在基於針對集中細菌物種的研究中發現其具有抗微生物活性。然而，並不確定其對藍細菌增殖的抑制性。藍細菌是原核生物，含有葉綠素_a，並且由於存在藻膽蛋白而不同於其它光合細菌。它們傳統上被劃分為藻類中的一類，並且在形態學上和發育學上是原核生物中最不同的種類。它們的範圍從簡單的單細胞形式到具有多種高度分化細胞類型的複雜絲狀形式。它們具有複雜的細胞壁結構，此結構兼具革蘭氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌的細胞壁結構，對大多抗生素是不通透的。大部分藍細菌對抗生素具有抗性，一般通過使用例如硫酸銅的化學品來控制。對沒食子櫟蟲癭提取物/粉末抗水中的病原體尚未進行研究。所描述的鹼提取方法也並不涉及任何之前的用於釋放生物學活性植物化學物質的方法。優選的鹼性化合物是碳酸鹽、碳酸氫鹽和氫氧化鈉及氫氧化鉀，基於使用的鹼性化合物及其溶解性，反應速度有所不同。在提取過程中可以調節蟲癭對鹼的比例，在過程開始具有優選9-12. 5的pH範圍，而在過程完成時PH範圍預期將降低至約8-11。優選地在製劑中包括5-10%的偏矽酸鹽。實施例實施例I在實驗室中已經開發了一種方法來使用沒食子櫟蟲癭製備鹼提取物。使用鋼棒將沒食子櫟蟲癭破碎成小塊並在家用混合研磨器中研磨成細粉。所述粉末自由流動，奶油色並具有獨特的氣味。為了產生鹼提取物，在IOOml水中混合20g所述粉末，加入Ig NaOH和O. IgNa2SO4,漿料在70°C水浴中加熱30分鐘。30分鐘後將Ig H2O2加入至所述漿料，混合物另外加熱30分鐘。使漿料冷卻並以4000rpm離心10分鐘。收集上清液。重複離心步驟3次以
獲得澄清上清液。出於比較的目的，通過將粉末以1:5的比例加入水中，在室溫保持I小時，並如前一樣離心來獲得澄清上清液，製備了蟲癭的水提取物。使用MN培養基(Marine Nutrient培養基)製備培養瓶來測試這兩種提取物。通過組合表I中所列成分製備所述培養基，pH調節至8. 3，隨後在121°C、151bs高壓滅菌15分鐘來對所述培養基進行滅菌。在使用前使培養基冷卻至室溫。表 1-Marine Nutrient 培養基(MN 培養基)
成分克/升
NaNO30 75~
K2HPO40 02~
MgSO4 · 7H20O. 038
CaCl2 · 2H20O. 018
檸檬酸0.003
豐寧檬酸鐵銨O. 003
EDTA ( 二鈉鹽)O. 0005
Na2CO30 02~
痕量金屬混合物(見表2) ω 海水750ml~
去離子水至I升表I中提及的痕量金屬混合物使用表2中給出的成分列表製備。表2-痕暈金屬混合物
權利要求
1.一種防止藍細菌和藻類過度增殖並由此改善水生生態系統水質的方法，包括向所述生態系統添加有效量的沒食子櫟(Quercus infectoria)蟲癭粉末或沒食子櫟蟲癭提取物。
2.—種抑制水產養殖中致病性細菌物種的生長並由此防止水產養殖物種死亡及感染的方法，包括向所述生態系統添加有效量的沒食子櫟蟲癭粉末或沒食子櫟蟲癭提取物。
3.一種抑制水生生態系統中致病性細菌物種的生長並由此改善水質的方法，包括向所述生態系統添加有效量的沒食子櫟蟲癭粉末或沒食子櫟蟲癭提取物。
全文摘要
本文描述了用於改善水生生態系統中的水質的方法。將有效量的沒食子櫟蟲癭粉末添加至所述生態系統以防止致病性細菌物種的過度增殖，由此改善所述生態系統中水產養殖物種的健康。
文檔編號C02F1/00GK102892293SQ201180013446
公開日2013年1月23日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年2月16日
發明者M·拉賈裡科什密, R·斯裡帕希, H·奇科卡爾 申請人:凱敏工業公司