АЛЬГИЦИД ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ И ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАБОЛИТОВ - АЛЛЕЛОХЕМИКОВ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ

Название	АЛЬГИЦИД ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ И ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАБОЛИТОВ - АЛЛЕЛОХЕМИКОВ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ
Разработчик (Авторы)	Курашов Евгений Александрович, Крылова Юлия Викторовна, Батаева Юлия Викторовна, Русанов Александр Геннадьевич, Сухенко Людмила Тимофеевна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2709308
Дата регистрации	17.12.2019
Правообладатель	ООО "МЕТА-АКВА"
Область применения (класс МПК)	C02F 1/50 (2006.01) A01P 13/00 (2006.01)

Описание изобретения

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к альгицидам на основе органических кислот - метаболитов водных растений, применяемых для обработки искусственных водных экосистем - аквариумов, бассейнов для аквакультуры, с целью избирательного подавления цветения, вызываемого цианобактериями и зелеными водорослями и поддержания развития экосистемы.

Увеличение частоты и продолжительности цианобактериальных «цветений» несет целый ряд серьезных угроз, включая локальное и глобальное ухудшение водных ресурсов и воздействие цианотоксинов. Для искусственных экосистем, таких как аквариумы и бассейны для аквакультуры, цветение цианобактерий и зеленых водорослей сопровождается гибелью рыб и всей экосистемы. Эффективным и инновационным решением указанной проблемы, сохраняющим и восстанавливающим качество воды в естественных и искусственных водных системах, делающим их пригодными для многофункционального использования может быть применение «Метода аллелопатического контроля «цветения» водоемов при эвтрофировании». Таким природным механизмом, обеспечивающим контроль развития планктонных цианобактерий и водорослей, может являться аллелопатия. Под аллелопатией понимают биологическое явление, при котором отмечается ингибирующий или стимулирующий эффекты воздействия растения (или микроорганизма) на другие растения (включая микроорганизмы) посредством синтеза и выделения в окружающую среду специфических аллелохимических соединений (аллелохемиков). В природе растения при помощи метаболитов-аллелохемиков подавляют развитие других растений, водорослей, бактерий. Низкомолекулярные органические соединения (НОС) - аллелохемики имеют определенную мишень, что исключает их отрицательное воздействие на другие элементы водной экосистемы.

Известен альгицид для обработки плавательных бассейнов, на основе смеси полимеров и органических соединений, обладающих альгицидной и антимикробной активностью, имеющий в составе: неполную марганец-цинковую соль полиакриловой кислоты, салицилат натрия, цитрат натрия, четвертичную аммониевую соль [патент РФ №2448051].

Недостатком указанного альгицида является его направленное действие на полное уничтожение всех водорослей, а также на применение только для обработки бассейнов и отсутствие воздействия в условиях аквариумов и бассейнов для аквакультуры.

Известен ингибитор сине-зеленых водорослей - роголистник погруженный (Ceratophyllum demersum L.) для борьбы с цветением воды [патент №377144]. Альгицидные выделения роголистника вызывали гибель цианобактерий в лабораторных условиях.

Недостатком известного метода является осложненная технология погружения роголистника в водоемы и невозможность применения данной технологии в искусственных системах, бассейнах и аквариумах.

Наиболее близким, по сути, к заявленному изобретению (прототипом) является способ борьбы с цветением воды в естественных и искусственных промышленных водоемах, градирнях, коммуникациях и других инженерных сооружениях с использованием гексахлорбутадиена [патент №151156].

Недостатком известного способа является то, что в составе гексахлорбутадиена содержится хлор, который является токсичным соединением для всех гидробионтов.

Основной задачей изобретения является создание эффективного альгицида на основе органических кислот - метаболитов высших водных растений, обеспечивающих избирательное ингибирование цианобактерий и зеленых водорослей, вызывающих цветение в аквариумах, инженерных сооружениях. Инновационность заключаются в том, что для решения проблемы цветения воды предлагается использование природного механизма контроля развития цианобактерий и зеленых водорослей в водных системах, а именно аллелопатии.

Техническим результатом от использования изобретения является избирательное ингибирование развития цианобактерий и зеленых водорослей и поддержание развития водной экосистемы в аквариумах и бассейнах для аквакультуры с помощью альгицида на основе соединений природного происхождения - метаболитов водных растений.

Технический результат обеспечивается тем, что в искусственную водную экосистему - аквариум или бассейн, в которой происходит цветение воды, вызванное цианобактериями или зелеными водорослями, или для предотвращения цветения, вносят спиртовой раствор альгицида так, чтобы его концентрация в воде составила 1 мг/л. Состав альгицида представляет собой спиртовой раствор четырех органических кислот в следующих концентрациях, исходя из возможностей растворителя - этанола для данных кислот (г/л) (% действующего соединения) при совместном растворении:

Для достижения концентрации в водной экосистеме 1 мг/л каждой кислоты, необходимо 1 литр альгицида растворить в 70 м3 воды.

Известно, что данные кислоты являются метаболитами высших водных растений (Nakai S., Yamada S., Hosomi M. Anti-cyanobacterial fatty acids released from Myriophyllum spicatum // Hydrobiologia. 2005. V. 543. P. 71-78; Zhou S., Nakai S., Hosomi M., Sezaki Y., Tominaga M. Allelopathic growth inhibition of cyanobacteria by reed // Allelopathy J. 2006. V. 18. №2. P. 277-285.). Для создания альгицида использовались коммерческие кислоты.

Альгицид обладает высокой растворимостью, так как кислоты первоначально растворяются в этиловом спирте, затем раствор вносят в воду.

Апробацию альгицида проводили в экспериментах по влиянию каждой из кислот отдельно и в комплексном составе на развитие цианобактерий и зеленых водорослей. При определении концентрации кислот в опытах исходили из их содержания в водоемах (приблизительно до 1 мг/л) в качестве метаболитов водных растений в период активного развития высших водных растений и отсутствия цветения воды, вызванного цианобактериями и зелеными водорослями.

Эксперименты по влиянию органических кислот на цианобактерий и зеленые водоросли включали три варианта. В аквариумы, наполненные водой, объемом 50 литров вносили цианобактерий Synechocystis aquatilis (1 вариант), Aphanocapsa sp.(2 вариант), зеленые водоросли Scenedesmus sp.(3 вариант) в виде суспензии и спиртовый раствор одной из четырех кислот в различных концентрациях. Суспензию цианобактерий Synechocystis aquatilis культивировали на среде №6 следующего состава: KNO3 - 1 г/л; K2HPO4 - 0,2 г/л; MgSO4×7H2O - 0,2 г/л; CaCl2 - 0,15 г/л; NaHCO3 - 0,2 г/л; раствор микроэлементов 1 мл/л. Раствор микроэлементов для среды №6: ZnSO4×7H2O - 0,22 г/л; MnSO4 - 1,81 г/л; CuSO4×5H2O - 0,079 г/л; NaBO3×4H2O - 2,63 г/л; (NH4)6Mo7O24×4H2O - 1 г/л; FeSO4×7H2O - 9,3 г/л; CaCl2 - 1,2 г/л; Co(NO3)2×4H2O - 0,02 г/л; Na2ЭДТА (Трилон Б) 10 г/л [Громов, Б.В., Титова Н.Н. Коллекция культур водорослей лаборатории Микробиологии Биологического института Ленинградского университета [Текст] / Б.В. Громов, Н.Н. Титова // Межвузовский сборник. - Л., 1983. - С. 3-27].

Суспензию цианобактерий Aphanocapsa sp. культивировали на питательной среде BG-11 следующего состава (г/л): K2HPO4 - 0,04; MgSO4⋅7H2O - 0,075; CaCl2⋅2Н2О - 0,036; Na2CO3 - 0,02; ЭДТА - 0,001; лимонная кислота - 0,006; железо лимонно-аммиачное - 0,006; микроэлементы - 1 мл [Нетрусов, А.И. Практикум по микробиологии [Текст]: учеб. пособие для высших учеб. заведений / А.И. Нетрусов, М.А. Егорова, Л.М. Захарчук [и др.]; под ред. А.И. Нетрусова. - М.: Академия, 2005. - 352 с.].

Зеленые водоросли Scenedesmus sp. культивировали на питательной среде Прата следующего состава (г/л): KNO3 - 0,1; MgSO4⋅7H2O - 0,01; K2HPO4 - 0,01; FeCl3⋅6H2O - 0,001 [Гайсина, Л.А., Фазлутдинова, А.И., Кабиров P.P. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие [Текст]. - Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. - 152 с.].

Пример 1

Исследование альгицидной активности тетрадекановой кислоты в опыте с цианобактериями и зелеными водорослями.

В таблицах 1, 2, 3 показано влияние тетрадекановой кислоты на цианобактерии Synechocystis aquatilis, Aphanocapsa sp., зеленые водоросли Scenedesmus sp.

Анализ полученных данных показал снижение численности цианобактерий и водорослей при влиянии тетрадекановой кислоты. На 14 день экспозиции численность цианобактерий Synechocystis aquatilis составила 5100 тыс. кл./мл в сравнении с контролем 19008 тыс. кл./мл в концентрации тетрадекановой кислоты 1 мг/л. Наибольшее подавление клеток Aphanocapsa sp.и Scenedesmus sp.также наблюдалось с коцентрацией тетрадекановой кислоты 1 мг/л.

Пример 2

Исследование альгицидной активности галловой кислоты в опыте с цианобактериями и зелеными водорослями.

В таблицах 4, 5, 6 показано влияние галловой кислоты на цианобактерии Synechocystis aquatilis, Aphanocapsa sp., зеленые водоросли Scenedesmus sp.

Анализ полученных данных показал снижение численности цианобактерий и водорослей при влиянии галловой кислоты на цианобактерий и водоросли. При концентрации галловой кислоты 1 мг/л наблюдалось значительное снижение численности клеток цианобактерий и водорослей.

Пример 3

Исследование альгицидной активности октановой кислоты в опыте с цианобактериями и зелеными водорослями.

В таблицах 7, 8, 9 показано влияние октановой кислоты на цианобактерий Synechocystis aquatilis, Aphanocapsa sp., зеленые водоросли Scenedesmus sp.

Анализ полученных данных показал снижение численности цианобактерий и водорослей при влиянии октановой кислоты. Максимальное уменьшение численности происходило в опыте с концентрацией октановой кислоты 1 мг/л.

Пример 4

Исследование альгицидной активности гептановой кислоты в опыте с цианобактериями и зелеными водорослями.

В таблицах 10, 11, 12 показано влияние гептановой кислоты на цианобактерий Synechocystis aquatilis, Aphanocapsa sp., зеленые водоросли Scenedesmus sp.

Анализ полученных данных показал снижение численности цианобактерий и водорослей при влиянии октановой кислоты. Наибольшее влияние прослеживается на 14 день экспозиции с концентрацией гептановой кислоты 1 мг/л.

Пример 5

Исследование влияния альгицида на основе галловой, тетрадекановой, октановой и гептановой карбоновых кислот на цианобактерий Synechocystis aquatilis.

В таблице 13 показано влияние альгицида на основе галловой, тетрадекановой, октановой и гептановой карбоновых кислот на цианобактерий Synechocystis aquatilis.

Анализ полученных данных показал снижение численности цианобактерий под влиянием альгицида при всех исследованных концентрациях. Наибольшее влияние прослеживается при концентрации альгицида 10 мг/л. На 13 день экспозиции разница с контролем составила 13,6 раза. При концентрации альгицида 1 мг/л численность цианобактерий на 13 день эксперимента была ниже, чем в контроле в 4,7 раза.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает подавление цианобактерий и зеленых водорослей в искусственной водной экосистеме.

Источники информации

1. Патент РФ №2448051.

2. Патент №377144.

3. Патент №15115 6 (прототип).

Формула изобретения

Альгицид для избирательного подавления цветения, вызываемого цианобактериями и зелеными водорослями в искусственных водных экосистемах, отличающийся тем, что в состав входят галловая, тетрадекановая, гептановая, октановая кислоты и этанол, и использованием природного механизма аллелопатии для контроля развития цианобактерий и зеленых водорослей, в следующих концентрациях, (г/л) (% действующего соединения):

Изобретение "АЛЬГИЦИД ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ И ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАБОЛИТОВ - АЛЛЕЛОХЕМИКОВ ВОДНЫХ РАСТЕНИЙ" (Курашов Евгений Александрович, Крылова Юлия Викторовна, Батаева Юлия Викторовна, Русанов Александр Геннадьевич, Сухенко Людмила Тимофеевна ) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога