羥基自由基殺滅壓載水中有害赤潮物種的生物有效性研究

程超，白敏冬，鄭琦琳，陳操，孟祥盈，張芝濤

（1.大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧大連116026；2.廈門(mén)大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門(mén)361005；3大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所，遼寧大連116026）

羥基自由基殺滅壓載水中有害赤潮物種的生物有效性研究

程超1，白敏冬2，3*，鄭琦琳2，陳操1，孟祥盈1，張芝濤3

（1.大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，遼寧大連116026；2.廈門(mén)大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門(mén)361005；3大連海事大學(xué)環(huán)境工程研究所，遼寧大連116026）

本研究采用大氣壓下強(qiáng)電離放電協(xié)同氣液混溶技術(shù)，高效制備羥基自由基（·OH）殺滅3個(gè)門(mén)的典型有害赤潮物種，使用熒光染色、測(cè)定光合作用潛能等生物學(xué)檢測(cè)方法確定·OH致死閾值。結(jié)果表明，5.05×104cells／m L的赤潮異彎藻（Heterosigma akashiwo）、5.28×104cells／mL的亞歷山大藻（Alexandrium tamarense）和5.02×104cells／mL的中肋骨條藻（Skeletonema costatum），其致死閾值分別為1.24 mg／L、2.01 mg／L、1.12 mg／L，此時(shí)其葉綠素a分解率分別為77%、85%和74%。利用光學(xué)顯微鏡觀察，處理前后藻細(xì)胞結(jié)構(gòu)有明顯的改變。因此，·OH致死方法可有效地殺滅壓載水中的有害赤潮藻。

羥基自由基；赤潮藻；致死閾值

1　引言

赤潮是一種海洋生態(tài)異常現(xiàn)象，它的大面積頻繁發(fā)生，導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能幾乎徹底崩潰，我國(guó)沿海赤潮爆發(fā)的主要成因之一是通過(guò)船舶壓載水遷移到中國(guó)海域的外來(lái)赤潮藻。這些外來(lái)藻類(lèi)對(duì)生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、分布廣，只要環(huán)境適宜就可爆發(fā)赤潮，幾乎導(dǎo)致海洋生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的崩潰［1—3］。為切斷海洋生物入侵的主要途徑，2004年國(guó)際海事組織（IMO）通過(guò)了《國(guó)際船舶壓載水和沉積物管理與控制公約》，制定了嚴(yán)格的壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)（D-2）。即將強(qiáng)制執(zhí)行的D-2壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：尺寸大于50μm的入侵生物少于10個(gè)／L；10～50μm的入侵生物少于10個(gè)／mL［4］。因此，亟待發(fā)明一種高效殺滅船舶壓載水中海洋入侵藻的方法。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量殺藻的研究，化學(xué)方法主要包括硫酸銅法（CuSO4）、氯法（NaClO）、臭氧法（O3）等。Ebenezer等［5］研究利用CuSO4殺滅1.3 ×107cells／m L多環(huán)旋溝藻，投加量為5 mg／L，經(jīng)過(guò)1 d時(shí)間的處理，可致死100%的藻。但研究指出CuSO4殺藻時(shí)間長(zhǎng)，具有毒性，藥劑在海水中不能分解、消失，將長(zhǎng)期傷害非赤潮海洋生物，影響海洋生態(tài)環(huán)境。Tsolaki等［6］研究電解海水產(chǎn)生NaClO等活性物質(zhì)殺滅壓載水中的藻類(lèi)，對(duì)于1×104cells／mL的甲藻，致死CT值200 mg·min／L；但電解法對(duì)赤潮藻的殺滅效果受海水鹽度高低的制約較大，殘余氧化劑濃度高、處理時(shí)間長(zhǎng)，電解會(huì)產(chǎn)生氫氣，存在爆炸隱患，排放壓載水含有三鹵甲烷、鹵代乙酸、鹵代乙腈等化學(xué)副產(chǎn)物，海洋生態(tài)不安全［7—9］。Oemcke和Van［10］研究表明，臭氧法殺滅壓載水中的前溝甲藻，投加臭氧量5～10 mg／L，處理時(shí)間6 h，可有效處理壓載水中的藻；Warschkun［9］等指出O3處理壓載水會(huì)形成化學(xué)副產(chǎn)物，如溴酸鹽等，會(huì)對(duì)海洋生態(tài)造成潛在的威脅。

在研究治理海洋外來(lái)赤潮藻的方法時(shí)，應(yīng)遵循高級(jí)氧化技術(shù)［11—12］（AOT或AOP）的原則，其核心是羥基自由基（·OH）?！H是強(qiáng)氧化劑（氧化還原電位2.80 V），可低劑量致死赤潮藻；·OH反應(yīng)速率達(dá)到109mol／（L·s），是O3的107倍，可在數(shù)秒內(nèi)快速致死赤潮藻；·OH是綠色的氧化劑，剩余·OH分解成H2O、O2，不會(huì)對(duì)海洋生態(tài)造成負(fù)面影響。此外，·OH致死生物的劑量與生物體的比表面積成反比，海洋浮游生物與海洋中小型生物如魚(yú)蝦的比表面相差甚大，致死赤潮藻類(lèi)的·OH劑量對(duì)魚(yú)蝦等海洋生物幾乎無(wú)影響。

本研究使用1.0 t／h的小型處理系統(tǒng)，以3種典型的赤潮藻作為研究對(duì)象，即赤潮異彎藻（Heterosigma akashiwo）、亞歷山大藻（Alexandrium tamarense）、中肋骨條藻（Skeletonema costatum），對(duì)其進(jìn)行殺滅研究，以SYTOX Green熒光染色結(jié)合葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv／Fm值來(lái)確定·OH致死的閾值濃度，并對(duì)細(xì)胞形態(tài)進(jìn)行觀察和分析。

2　材料和方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)藻種：赤潮異彎藻（H．a(chǎn)kashiwo）、亞歷山大藻（A．tamarense）、中肋骨條藻（S．costatum），購(gòu)置于廈門(mén)大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室藻種庫(kù)。使用三角燒瓶以f／2培養(yǎng)液?jiǎn)畏N培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度（20±1）℃，光照2 000 lx，光暗比為14L∶10D。利用顯微鏡（OLYMPUS）對(duì)藻細(xì)胞的活性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)直接計(jì)數(shù)法計(jì)算藻細(xì)胞密度。同時(shí)檢測(cè)藻液的吸光度，待細(xì)胞生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用海水取自大連塔河灣，經(jīng)沉淀沙濾，0.45μm混合纖維濾膜過(guò)濾和高溫消毒，冷卻后待用。

2.2實(shí)驗(yàn)流程

利用大氣壓強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電離放電方法，在等離子體源的窄間隙放電空間中，放電電場(chǎng)強(qiáng)度E大于等于100 k V／cm，電子平均能量大于等于10 eV，電子密度大于等于1014cm-3，電離占空比大于等于2%，大量電子具有將O2電離（12.5 eV）、離解（8.6 eV）的高能量，可生成高濃度的氧等離子體O+2、O（1D）、O（3P）、O3等氧活性粒子［13］。并通過(guò)文丘里高速射流作用在水中生成等氧自由基溶液，以·OH為主包括HO-2、O2·-、O3·-、HO3·、H2O2等，其濃度定義為總殘余氧化劑TRO（Total Residual Oxidant）。從液液混容器出口到取樣點(diǎn)處理時(shí)間為1 s，在此管道傳輸過(guò)程中，·OH殺滅壓載水中的藻類(lèi)。圖1給出實(shí)驗(yàn)流程系統(tǒng)。

圖1　實(shí)驗(yàn)流程系統(tǒng)圖Fig.1 Schematic process of the experiment system

2.3檢測(cè)方法

2.3.1TRO檢測(cè)

TRO濃度采用N，N-二乙基對(duì)苯二胺（DPD，美國(guó)EPA方法8016）法［14］，使用CECIL-CE2501紫外分光光度計(jì)檢測(cè)，在處理系統(tǒng)中采用美國(guó)HACHCL17型余氯在線分析儀檢測(cè)?！H濃度以對(duì)羥基苯甲酸（4-HBA）作為捕捉劑，通過(guò)Dionex Ultimate 3000高級(jí)液相色譜（HPLC）測(cè)定其生成產(chǎn)物三四羥基苯甲酸（3，4-DHBA）的濃度來(lái)測(cè)定［15］。

2.3.2藻細(xì)胞活性及形態(tài)觀察

采用熒光計(jì)數(shù)法判定藻細(xì)胞的活性及狀態(tài)，選擇核酸染色劑SYTOX Green（Life Technologies，美國(guó)）作為熒光染料［16］，染色濃度1μmol／mL，染色時(shí)間15 min，使用正置熒光顯微鏡（Nikon 90i，日本）對(duì)藻細(xì)胞進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)，活細(xì)胞中葉綠素a在綠色激發(fā)光下發(fā)出紅色熒光；死細(xì)胞在藍(lán)色激發(fā)光下發(fā)出綠色熒光。

2.3.3藻細(xì)胞的光合潛能分析

光合潛能Fv／Fm值表示藻細(xì)胞光合反應(yīng)中心（PSII）的最大光量子產(chǎn)量［17］，采用浮游植物熒光儀（ZQ-WALZ 004 PHYTO-PAM，德國(guó)）進(jìn)行測(cè)定。取一定體積的樣品，經(jīng)充分暗適應(yīng)，打開(kāi)測(cè)量光可測(cè)得最小熒光F0；給出一個(gè)飽和脈沖，得到葉綠素?zé)晒釬［18］m，根據(jù)Fm和F0可以計(jì)算出：

2.3.4藻細(xì)胞葉綠素a檢測(cè)

葉綠素a是存在于藻類(lèi)中的光合色素，使用丙酮萃取熒光分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。取一定體積的樣品，利用GF／F玻璃纖維膜（Whatman）過(guò)濾，過(guò)濾后將玻璃纖維膜剪碎置于離心管中，并加入10 mL的90%的丙酮置于-20℃的冰箱里萃取12 h，再將樣品進(jìn)行離心分離取上清液，采用熒光分光光度計(jì)（Agilent G9800A，美國(guó)），在激發(fā)波長(zhǎng)430 nm、發(fā)射波長(zhǎng)663 nm下，測(cè)定葉綠素a的濃度。

3　結(jié)果與分析

3.1熒光染色確定致死藻的閾值

將TRO溶液注入到排放壓載水的管路中，分別對(duì)藻密度為5.05×104cells／m L的H．a(chǎn)kashiwo，5.28×104cells／mL的A．tamarense，5.02×104cells／mL的S．costatum進(jìn)行殺滅，結(jié)果如圖2所示。隨著TRO注入濃度的逐步增加，藻密度急劇下降，最后熒光染色鑒別未見(jiàn)活細(xì)胞，H．a(chǎn)kashiwo的致死閾值濃度為1.24 mg／L，A．tamarense的致死閾值濃度為2.01 mg／L，S．costatum的致死閾值濃度為1.12 mg／L。對(duì)于不同種類(lèi)的藻，TRO閾值濃度不同，因?yàn)樵寮?xì)胞的大小、結(jié)構(gòu)差異所致，但致死趨勢(shì)相同。

圖2　藻密度與TRO濃度關(guān)系Fig.2 Relationship between the concentration of TRO and the alga densities

熒光顯微鏡下觀察到·OH處理前后藻細(xì)胞的熒光染色圖如圖3所示，處理前3種藻H．a(chǎn)kashiwo、A．tamarense和S．costatum的細(xì)胞多以單體細(xì)胞形式存在，形態(tài)完整，在特定熒光的激發(fā)下顯示為自體紅色熒光；在TRO致死閾值下，藻細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變，SYTOX Green染料進(jìn)入到細(xì)胞與DNA結(jié)合，使其發(fā)出綠色熒光，在熒光顯微鏡下觀察到3種藻細(xì)胞被全部致死。

Wright等［19］利用O3法處理壓載水，TRO投加量在2.5～7.0 mg／L，可達(dá)到IMO壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)；Oemcke和Van［10］采用O3法殺滅1×104cells／mL的甲藻，所需殺滅劑量大于5 mg／L，殺滅時(shí)間大于10 min。Jung等［20］利用電解法處理壓載水，投加TRO在5～10 mg／L時(shí)，處理時(shí)間大于40 min；Tsolaki等［6］實(shí)驗(yàn)表明電解法殺滅壓載水中的外來(lái)藻，處理時(shí)間為45 min。本實(shí)驗(yàn)·OH致死典型的赤潮藻，TRO劑量小于2 mg／L，殺滅時(shí)間僅為1 s，遠(yuǎn)小于上述傳統(tǒng)方法。因此，采用·OH法防治海洋外來(lái)赤潮藻具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，不僅能滿(mǎn)足IMO壓載水排放標(biāo)準(zhǔn)，而且具有廣泛實(shí)際應(yīng)用前景。

3.2光合潛能確定致死藻的閾值

在·OH作用下，H．a(chǎn)kashiwo、A．tamarense、S．costatum的光合潛能變化如圖4所示，3種藻的初始Fv／Fm值分別為0.56、0.76、0.55，在正常情況下Fv／Fm值相對(duì)穩(wěn)定［21］，隨著TRO注入濃度的增大，F(xiàn)v／Fm值急劇減小，當(dāng)TRO分別為1.30 mg／L、2.10 mg／L、1.20 mg／L時(shí)，F(xiàn)v／Fm值分別降至檢測(cè)限以下，表明·OH已破壞藻細(xì)胞的光合反應(yīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致藻細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行光合作用，失去了賴(lài)以生存的能量生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換中心。H．a(chǎn)kashiwo、A．tamarense、S．costatum的光合潛能表征TRO閾值與熒光染色法相比，分別提高了0.06 mg／L，0.09 mg／L，0.08 mg／L，表明藻細(xì)胞在受到·OH攻擊時(shí)，不僅細(xì)胞膜通透性發(fā)生了改變，同時(shí)藻細(xì)胞的光合作用系統(tǒng)也受到嚴(yán)重?fù)p傷，但沒(méi)有被完全破壞，繼續(xù)提高TRO值，3種藻的光合作用系統(tǒng)被完全破壞，無(wú)法檢測(cè)到Fv／Fm值。

3.3葉綠素a含量變化

藻細(xì)胞葉綠素a含量變化如圖5所示，對(duì)于藻密度基本相同的H．a(chǎn)kashiwo、A．tamarense、S．Costatum，其葉綠素a含量分別為35.72μg／L、69.85μg／L、30.35μg／L，這種差別主要是細(xì)胞的大小和結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的。隨著注入TRO濃度的增加，葉綠素a含量急劇降低，在致死閾值時(shí)，H．a(chǎn)kashiwo的葉綠素a含量降為10.02μg／L，分解率為77%；A．tamarense葉綠素a含量降為8.18μg／L，分解率為85%；S．Costatum的葉綠素a含量降為7.85μg／L，分解率為為74%，表明葉綠素a大部分被氧化分解。實(shí)驗(yàn)表明·OH具有極強(qiáng)的氧化脫色能力，可通過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)氧化分解葉綠素，使藻細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行光合作用，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

圖3　處理前后藻細(xì)胞的熒光染色圖Fig.3 Fluorescence change before and after treatment

圖4　光合潛能與TRO濃度關(guān)系Fig.4 Effect of TRO dosage on photochemical parameters

圖5　處理前后葉綠素a含量變化Fig.5 Effect of TRO dosage on chlorophyll a content

3.4藻細(xì)胞形態(tài)分析

采用光學(xué)顯微鏡觀察，·OH處理前后藻細(xì)胞形態(tài)的變化如圖6所示，圖A、B、C為處理前，圖a、b、c為處理后。H．a(chǎn)kashiwo屬于黃藻門(mén)，細(xì)胞呈橢圓形，長(zhǎng)約8～25μm，寬約6～15μm，無(wú)細(xì)胞壁，由質(zhì)膜包裹，內(nèi)容物有序分布，色素體光亮稠密，細(xì)胞能夠快速游動(dòng)；處理后細(xì)胞收縮呈圓形，細(xì)胞靜止不動(dòng)，葉綠素脫色嚴(yán)重。A．tamarense屬于甲藻門(mén)，細(xì)胞近圓形，上下殼為半球形，大小相近，細(xì)胞長(zhǎng)度在20～52μm，寬度在17～44μm，細(xì)胞能夠快速游動(dòng)；處理后細(xì)胞輪廓模糊，葉綠素脫色，細(xì)胞質(zhì)收縮，細(xì)胞有明顯變形。S．costatum屬于硅藻門(mén)，細(xì)胞為透鏡形或圓柱形，直徑為6～22μm，有硅質(zhì)外殼，殼面圓而鼓起，與鄰細(xì)胞組成長(zhǎng)鏈，色素體數(shù)目1～10個(gè)，但通常呈2個(gè)；處理后細(xì)胞形態(tài)相對(duì)完整，但·OH能通過(guò)硅質(zhì)外殼上的縫隙進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，使葉黃素等色素體脫色，內(nèi)容物缺失嚴(yán)重。

3種藻H．a(chǎn)kashiwo，A．tamarense，S．Costatum的致死閾值由其大小和結(jié)構(gòu)決定的，A．tamarense的細(xì)胞體積大，外層有細(xì)胞壁包裹，殺滅閾值高于H．a(chǎn)kashiwo和S．costatum。H．a(chǎn)kashiwo的細(xì)胞體積雖比S．costatum大，但其無(wú)細(xì)胞壁，二種藻的殺滅閾值相當(dāng)。

圖6　·OH處理藻細(xì)胞形態(tài)的變化Fig.6 Cellular morphology change before and after treatment

4　結(jié)論

與現(xiàn)有的氯法和臭氧法相比，無(wú)論是投加劑量還是處理時(shí)間羥基法殺滅赤潮藻類(lèi)都具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

（1）熒光染色法確定致死閾值表明：藻密度為5.05×104cells／mL的H．a(chǎn)kashiwo，5.28×104cells／mL的A．tamarense，5.02×104cells／mL的S．costatum致死閾值濃度分別為1.24 mg／L，2.01 mg／L，1.12 mg／L。

（2）光合潛能法確定致死閾值表明：對(duì)于上述密度的3種藻，其致死閾值分別為1.30 mg／L、2.10 mg／L、1.20 mg／L，略高于熒光法的致死閾值。

（3）TRO濃度分別達(dá)到各致死閾值時(shí)，各個(gè)藻細(xì)胞的葉綠素含量大大降低，其分解率分別達(dá)到了77%、85%、74%。

（4）3種藻的殺滅閾值高低與細(xì)胞的大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)，處理后3種藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)都發(fā)生明顯改變，細(xì)胞輪廓模糊，細(xì)胞質(zhì)收縮，色素體呈現(xiàn)明顯的脫色現(xiàn)象。

綜上所述，羥基法殺滅赤潮藻具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景，能更好的滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)外綠色防治壓載水中外來(lái)赤潮藻的需求。

［1］Ruiz G M，Rawlings T K，Dobbs F C，et al.Global spread of microorganisms by ships［J］.Nature，2000，408（6808）：49-50.

［2］Bax N，Williamson A，Aguero M，et al.Marine invasive alien species：a threat to global biodiversity［J］.Marine Policy，2003，27（4）：313-323.

［3］Son Y B，Min J E，Ryu J H.Detecting massive green algae（Ulva prolifera）blooms in the yellow sea and East China sea using geostationary ocean color imager（GOCI）data［J］.Ocean Science Journal，2012，47（3）：359-375.

［4］Tsimplis M.Alien species stay home：the international convention for the control and management of ships'ballast water and sediments 2004［J］.The International Journal of Marine and Coastal Law，2004，19（4）：411-482.

［5］Ebenezer V，Lim W A，Ki J S.Effects of the algicides CuSO4and NaOCl on various physiological parameters in the harmful dinoflagellate Cochlodinium polykrikoides［J］.Journal of Applied Phycology，2014，26（6）：2357-2365.

［6］Tsolaki E，Pitta P，Diamadopoulos E.Electrochemical disinfection of simulated ballast water using Artemia salina as indicator［J］.Chemical Engineering Journal，2010，156（2）：305-312.

［7］Lacasa E，Tsolaki E，Sbokou Z，et al.Electrochemical disinfection of simulated ballast water on conductive diamond electrodes［J］.Chemical Engineering Journal，2013，223：516-523.

［8］Meier K.Hydrogen production with sea water electrolysis using Norwegian offshore wind energy potentials［J］.International Journal of Energy and Environmental Engineering，2014，5（2／3）：1-12.

［9］Werschkun B，Sommer Y，Banerji S.Disinfection by-products in ballast water treatment：an evaluation of regulatory data［J］.Water Research，2012，46（16）：4884-4901.

［10］Oemcke D J，Van Leeuwen J H.Ozonation of the marine dinoflagellate alga Amphidinium sp.—implications for ballast water disinfection［J］.Water Research，2005，39（20）：5119-5125.

［11］Andreozzi R，Caprio V，Insola A，et al.Advanced oxidation processes（AOP）for water purification and recovery［J］.Catalysis today，1999，53（1）：51-59.

［12］Bai Mindong，Bai Xiyao，Zhang Zhitao，et al.Treatment of red tide in ocean using non-thermal plasma based advanced oxidation technology［J］.Plasma Chemistry and Plasma Processing，2005，25（5）：539-550.

［13］Bai Mindi，Zhang Zhitao，Bai Mindong.Simultaneous desulfurization and denitrification of flue gas by·OH radicals produced from O+2and water vapor in a duct［J］.Environmental Science&Technology，2012，46（18）：10161-10168.

［14］Perrins J C，Cooper W J，Van Leeuwen J H，et al.Ozonation of seawater from different locations：formation and decay of total residual oxidant—implications for ballast water treatment［J］.Marine Pollution Bulletin，2006，52（9）：1023-1033.

［15］Zhang Nahui，Zhang Zhitao，Bai Mindong，et al.Evaluation of the ecotoxicity and biological efficacy of ship's ballast water treatment based on hydroxyl radicals technique［J］.Marine Pollution Bulletin，2012，64（12）：2742-2748.

［16］Gerphagnon M，Latour D，Colombet J，et al.A double staining method using SYTOX green and calcofluor white for studying fungal parasites of phytoplankton［J］.Applied and Environmental Microbiology，2013，79（13）：3943-3951.

［17］From N，Richardson K，Mousing E A，et al.Removing the light history signal from normalized variable fluorescence（Fv／Fm）measurements on marine phytoplankton［J］.Limnology and Oceanography：Methods，2014，12（11）：776-783.

［18］Zhao Yong，Hou Na，Wang Qian，et al.Responses of chlorophyll content and fluorescence to water stress in vitex negundo var.heterophylla：take hilly area of taihang mountain in henan for example［C］／／Proceedings of the 2012 International Conference on Biomedical Engineering and Biotechnology.Macau，Macao：IEEE Computer Society，2012：1656-1659.

［19］Wright D A，Gensemer R W，Mitchelmore C L，et al.Shipboard trials of an ozone-based ballast water treatment system［J］.Marine Pollution Bulletin，2010，60（9）：1571-1583.

［20］Jung Youmi，Yoon Y J，Hong E Y，et al.Inactivation characteristics of ozone and electrolysis process for ballast water treatment using B.subtilis spores as a probe［J］.Marine Pollution Bulletin，2013，72（1）：71-79.

［21］Matsubara S，Chow W S.Populations of photoinactivated photosystemⅡreaction centers characterized by chlorophyll a fluorescence lifetime in vivo［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences，2004，101（52）：18234-18239.

Research on biological effectiveness of hydroxyl radicals killing marine red tide algae in ballast water

Cheng Chao1，Bai Mindong2，3，Zheng Qilin2，Chen Cao1，Meng Xiangying1，Zhang Zhitao3
（1．College of Marine Engineering，Dalian Maritime University，Dalian 116026，China；2．College of Environment and Ecology，Xiamen University，Xiamen 361005，China；3．Environmental Engineering Institute，Dalian Maritime University，Dalian 116026，China）

In this study，the three typical red tide species were chosen as the experiment algae and the inactivationwas achieved by hydroxyl radials generated from a strong ionization discharge combined with hydrodynamic cavitations.The viability and integrity of the algae were determined by the fluorescence staining and Pulse Amplitude Modulation.The results suggest that a quick and complete loss of viability was achieved for three species after exposure to hydroxyl radical，for the Heterosigma akashiwo，Alexandrium tamarensem，Skelrtonema costatum which the density is 5.05×104cells／mL，5.28×104cells／mL，5.02×104cells／mL respectively，the lethal thresholds are 1.24 mg／L，2.01mg／L，and 1.12 mg／L separately.Meanwhile Algal cells were deformed and shrunk after·OH attack and chlorophyll content was degraded at the same time.The chlorophyll content decomposition rate reaches to 77%，85%and 74%at the lethal thresholds.Above all，the use of hydroxyl radicals is an efficient method to kill red tide species in ballast water.

hydroxyl radials；red tide algae；lethal thresholds

程超，白敏冬，鄭琦琳，等.羥基自由基殺滅壓載水中有害赤潮物種的生物有效性研究［J］.海洋學(xué)報(bào)，2016，38（2）：131—137，

10.3969／j.issn.0253-4193.2016.02.013

Cheng Chao，Bai Mindong，Zheng Qilin，et al.Research on biological effectiveness of Hydroxyl radicals killing marine red tide algae in ballast water［J］.Haiyang Xuebao，2016，38（2）：131—137，

10.3969／j.issn.0253-4193.2016.02.013

U664.9

A

0253-4193（2016）02-0131-07

2015-06-09；

2015-09-23。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAC06B01，2013BAC06B02）；國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目（NSFC 61427804）；國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（NSFC 61025001）；海洋科學(xué)研究公共利益的專(zhuān)項(xiàng)基金。

程超（1991—），男，湖北省當(dāng)陽(yáng)市人，主要研究方向船舶海洋污染防控。E-mail：845624123＠qq.com

白敏冬，教授，長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授、國(guó)家杰出青年基金獲得者。E-mail：mindong-bai＠163.com