淡水入侵生物沼蛤的污损机制与防污措施研究进展.pdf

收稿日期():接受日期():基金项目:北京市自然科学基金面上项目()中国科学院青年创新促进会项目()作者简介:朱佳兰 女 硕士研究生 研究方向:水生生物污损:.通信作者()李世国:.战爱斌:.:./.淡水入侵生物沼蛤的污损机制与防污措施研究进展朱佳兰 李世国 张 颖 战爱斌中国科学院生态环境研究中心北京 中国科学院大学资源与环境学院北京 开放科学标识码(码)摘要:沼蛤是一种典型的淡水入侵贝类能够利用其分泌的足丝牢固黏附在多种水下基质表面引起严重的生物污损问题 沼蛤污损不但影响水生态系统健康也给水利工程、交通运输、水产养殖等行业带来经济损失已成为全球水生态系统安全和国民经济重要行业的潜在威胁相关防污工作亟待开展 欲从根本上解决沼蛤污损问题一方面需要加强对其基础生物学特性和污损机制的深入解析另一方面也需要在此基础上研发更加经济、高效、环境友好的防污措施 本文综述了近年来国内外关于沼蛤污损生物学特性、污损机制和防污措施方面的研究进展尤其是对沼蛤生物污损发生的主要机制如足探测识别、足丝黏附和环境影响等方面进行了总结也从物理、化学、生物和防污材料等角度阐述了现有的沼蛤污损控制措施并对未来发展方向进行了展望以期更加深入地理解沼蛤生物污损现象为揭示其作用机制、制定科学有效的防污措施、维护水生态系统安全提供数据支撑综述内容对于水下仿生材料研发也具有重要的参考价值关键词:金贻贝 沼蛤 生物污损 抗污损 足丝黏附 生物入侵 :.().:生物污损()是水生生物大量黏附在生态系统或工程系统中的基质表面而引起生态影响和表面损伤的现象(.)污损生物种类繁多在海洋和淡水生态系统中均有分布生物安全学报():.严重威胁水生态系统安全和经济社会发展 据统计全球每年因生物污损问题而造成经济损失高达 亿美元(.)海洋生物污损问题在国内外均受到广泛关注以藤壶 、海鞘 和 贻 贝 .为代表的大型海洋污损生物的黏附机制、抗污防腐和仿生材料研制等方面都已经开展了深入的研究并取得了长足的发展和进步(刘艳等 宋积文等 .)与之相比人们对淡水生态系统中的生物污损问 题 关 注 有 限 沼 蛤 、斑马贻贝 ()、斑驴贻贝 等代表性淡水污损生物的治理工作至今仍面临诸多问题和挑战沼蛤又称淡水壳菜、湖沼股蛤隶属软体动物门双壳纲贻贝目贻贝科沼蛤属是淡水生态系统中的代表性污损贝类 沼蛤原产于亚热带地区东南亚以及我国珠江流域都有分布对于水环境变化具有极强的适应性是一种重大入侵物种目前已经成功入侵到全球众多水域()在国内沼蛤于 世纪 年代随船舶运输首先传入香港然后又逐渐向北到达长江流域近些年来借助南水北调等大型水利工程已经成功入侵到华北水域并形成种群(.)国际上沼蛤分别于 年和 年左右随贸易货船在琵琶湖和日本东部地区两次成功入侵日本水域()对美洲地区的入侵则始于 年左右经船舶压舱水进入到阿根廷拉普拉塔河口水域(.)目前已扩散到南美洲地区的大多数淡水河流和湖泊(.)入侵成功的沼蛤能够利用其分泌的足丝结构()牢固黏附在多种水下物体表面聚集形成贻贝床引起严重的生物污损问题 沼蛤形成的贻贝床最高污损密度可达 万个如此高的污损密度往往对当地水生态系统健康造成严重影响主要体现在以下几方面:聚集的沼蛤大量滤食水体中的浮游动植物与本地水生生物争夺生存空间改变大型无脊椎动物特别是与其生活习性相似的贝类的群落结构导致本地水生生物多样性降低(.)沼蛤的大量滤食显著降低水体中颗粒有机物浓度增加氨氮、硝酸盐和磷酸盐等污染物浓度 带来富营养 化 风 险(.)聚集的沼蛤一旦大量死亡还会产生 甲基吲哚和 辛烯醇等有毒有味物质导致水质恶化(李荣等)除上述生态系统健康外沼蛤污损也影响当地经济和社会发展包括引起水下设施表面腐蚀降低船舶航行能力、管道输水能力和工业设施使用年限(.)堵塞管道和设备导致机器停转、工厂停工(.)争夺营养造成周围养殖物种大量死亡降低养殖行业产量(.)在水力发电行业仅巴西一个国家每年因为沼蛤生物污损问题造成的经济损失就高达.亿美元(.)中国也是遭受沼蛤生物污损影响较为严重的国家之一虽然目前我国北方地区分布的沼蛤尚未泛滥成灾但在珠江流域该问题已经十分严重每年大约需要花费 亿美元来清除附着在输水管道上的沼蛤(田勇等 .)由此可见沼蛤生物污损问题已经成为全球水生态系统健康和重要行业发展的潜在威胁开展沼蛤生物污损治理即抗污损()工作必要且紧迫对维护水生生态系统安全和可持续发展意义重大深入了解沼蛤生物学特性和污损发生机制是开展污损治理工作的前提 研究表明沼蛤生物污损依赖于足丝在水下基质材料表面的黏附行为多种特异性蛋白组分参与了足丝黏附行为的发生(.)目前已从沼蛤足丝中分离和鉴定了多种蛋白组分主要包括足蛋白()、胶原蛋白()和基质蛋白(和)大类 它们在足丝整体结构稳定、足丝固化以及基质材料界面黏附过程中发挥重要作用(.)这些蛋白由足组织中的足丝腺合成并分泌固化形成的足丝主要有足丝盘、近端足丝线和远端足丝线 足丝线赋予足丝强大的抗拉伸性能而足丝盘则增加了足丝与水下表面的接触面积这些结构特征使沼蛤足丝的黏附变得更加牢固且有韧性 结合沼蛤的生物学特性和黏附特征近些年来人们制定了多种抗污损措施这些措施按照原理可以分为物理法(如人工清除、过滤、温度控制、封闭缺氧、脱水干燥和水动力学控制生物安全学报 第 卷等)、化学法(氧化试剂、杀虫剂和微囊化饵料等)、生物法(天敌投放和基因工程等)和防污材料法(涂料和涂层等)等几个类型为降低沼蛤生物污损风险、减轻行业损失做出了贡献虽然人们在沼蛤污损方面已经进行了多方面的探索但缺乏对它们的系统梳理和全面总结不利于防污措施的创新和发展 基于此本文综述了国内外近年来关于沼蛤生物学特性、污损机制和防污措施方面的研究进展以期更加深入地了解沼蛤生物污损现象为揭示其污损机制、制定科学有效的防污措施、维护水生态系统安全提供数据支撑由于水生生物的污损机制也是高性能水凝胶等生物材料制备的理论基础所以综述内容对于水下仿生材料研发也具有重要的参考价值 沼蛤污损的生物学基础沼蛤污损的发生有着广泛的生物学基础最突出的特点包括其强大的发育和繁殖能力、足丝分泌能力和环境适应能力这些都有助于实现沼蛤种群密度快速上升、黏附能力迅速提高以及在各种不利环境条件下的生长 沼蛤寿命通常为 最长可达 (宋美华等)繁殖执行 选择策略繁殖能力极强(于丹丹等)根据形态差异可将其生活史划分为幼虫期、幼贝期与成贝期 个主要发育阶段 沼蛤发育周期较短幼贝生长到 时便分化出雄性和雌性生长到 时即可达到性成熟()在 下从受精卵开始发育至幼虫期结束仅需 左右其间依次经历配子发生期、担轮幼虫期、面盘幼虫期和踯行幼虫期等几个重要形态时期 沼蛤进行体外受精受精后 到达担轮幼虫阶段 后出现面盘幼虫并开始进入浮游生活阶段 发育 后产生踯行幼虫并相继长出胚壳和胚壳游泳行为不再活跃倾向于下沉至底部活动 从第 天开始沼蛤足便开始发育进入幼贝时期()沼蛤从受精卵开始到发育至性成熟经历的时间显著低于其他淡水和海洋贝类 这些繁殖和发育特征说明沼蛤在适宜环境条件下可实现快速发育和生长并在短时间达到一定密度和生物量为沼蛤生物污损的发生奠定了基础进入踯行幼虫期后沼蛤逐渐发育出肌肉发达、运动能力强且能够分泌足丝蛋白的足 足可以伸出贝壳探测水下表面性质若表面适宜便开始分泌蛋白、合成足丝从而产生黏附行为若表面不适宜则会继续探测寻找新的基质()沼蛤生物污损的发生与其足丝结构的黏附行为密不可分 足是分泌足丝蛋白、合成足丝的重要器官主要由上皮组织、结缔组织和肌肉组织组成 沼蛤的足呈扁平状且肌肉发达有利于沼蛤与水下基质表面接触()足表面被纤毛覆盖近端纤毛直径.、远端部分直径.并以圆形尖端结束这种形态特征有利于沼蛤在运动过程中以范德华力为基础在基质表面发生临时吸附足的腹侧部分有一条腹沟约占足部长度的 腹沟内侧分布多种腺体包括附属腺、胶原腺和酚腺等分别负责分泌足蛋白、胶原蛋白和基质蛋白等三大类组装成足丝的功能蛋白(.)这些蛋白沿着腹沟被释放到水体中随即固化形成足丝 大量纤毛结构分布在腹沟内表面有助于足丝蛋白的释放和运输 足丝黏附趋于稳定后沼蛤不再移动由幼虫期进入幼贝期直至成贝期 成贝期的沼蛤体长 足丝分泌能力很强每个个体可以分泌多达 根的足丝 这些足丝具有优异的黏附力学性能辅助沼蛤在水下基质表面大量聚集为沼蛤生物污损的发生提供了必要条件此外黏附在基质表面的沼蛤能承受剧烈的水环境条件(如温度、盐度、值、干旱、缺氧等)变化和其他外部力量的威胁(如捕食、水流冲刷等)保证自身在多变的淡水环境中仍能正常繁衍生息(.)对水体环境变化的极强适应性也成为沼蛤污损发生的生物学基础给生物污损治理带来极大困难 沼蛤污损的作用机制足丝在水下基质材料表面的黏附是沼蛤污损的主要机制而足对基质材料的探测则是沼蛤污损发生的首要过程 沼蛤足探测并识别水下基质表面的机制目前并不十分清楚但已有报道显示海洋贻贝的足在接触基质以后前端会首先形成一个小窝结构利用该结构中的空气负压暂时吸附在基质表面 这一小窝结构为足丝形成创建了一个具有极端条件的绝缘反应场所具有低、低离子强度和高还原平衡等性质使足丝蛋白能够发生流体流体相分离以及表面吸附和扩散形成微结构并 第 期朱佳兰等:淡水入侵生物沼蛤的污损机制与防污措施研究进展最终固化形成足丝()笔者观察到沼蛤足丝黏附过程中足的作用方式与海洋贻贝一致在足丝黏附之前沼蛤也会利用足来探测水下表面的性质以确定它是否进行黏附但具体作用机制还需要进一步研究确认足探测成功后沼蛤开始分泌足丝蛋白并形成足丝 足丝长度为.由光滑的外表皮和内部纤维状成分构成可以分成近端足丝线、远端足丝线和黏附盘 部分 近端足丝线直径 纤维状成分排列紧凑、结构致密具有较强的弹性和韧性远端足丝线直径为 纤维状成分较为松散内部丝状纤维之间有着明显的边界具有较强的刚性和抗拉伸性能 致密的近端足丝线可以让足组织在有限区域内分泌和合成大量足丝而松散的远端足丝线则有利于内部纤维成分的展开而形成面积更大的黏附盘(.)黏附盘位于足丝的末端表面积较大表皮光滑但与基质材料表面接触的一侧则较为粗糙底部孔洞结构较多可以调节蛋白质凝聚过程有利于足丝与基质表面的紧密结合 这些足丝是由不同的足丝蛋白固化形成的包括足蛋白、胶原蛋白和基质蛋白等 目前关于沼蛤足丝蛋白的研究较少与其他淡水污损贝类不同沼蛤足丝蛋白组成和性质更接近海洋贻贝(.)沼蛤的足丝蛋白具有高含量的多巴(.二羟基苯丙氨酸)、丰富的金属离子和典型的黏附蛋白重复序列及保守结构域(.).()通过凝胶过滤、反相高效液相色谱等方法首次从沼蛤足丝中鉴定出富含 的足蛋白 的分子质量为 其中、和 等占据了蛋白质氨基酸组成的 以上 .()构建了一个沼蛤足组织的 文库从 个随机选择的克隆中筛选出足蛋白 在此基础上 .()结合转录组测序、质谱分析、蛋白质组测序等分析方法从沼蛤足丝中鉴定出 种与黏附行为密切相关的蛋白组分包括沼蛤足蛋白(如、和 等)、相关酶类、细胞框架蛋白和其他功能蛋白进一步分析初步揭示了这些蛋白在足丝黏附过程中的重要作用 目前相比于其他足丝蛋白足蛋白 研究较为深入 在沼蛤足丝中的丰度最高序列长度为 个氨基酸富含能够与金属离子互作的表皮生长因子()结构域与金属离子介导的足丝黏附蛋白之间的交联机制有关 这些蛋白赋予足丝很强的黏附力和内聚力决定了沼蛤可以牢固黏附在各种基材表面而不发生断裂产生生物污损沼蛤足丝蛋白的黏附力和内聚力依赖于 是酪氨酸羟基化的产物在贝类足丝蛋白交联、足丝蛋白界面黏附机制中起重要作用 针对海洋贻贝足丝的研究显示 可通过其结构中的邻苯二酚(又称儿茶酚)增强足丝与基质表面的界面黏附作用 邻苯二酚结构非常简单仅由带有 个相邻羟基的苯环组成 但邻苯二酚具有形成各种化学相互作用的能力包括氢键、/阳离子相互作用、金属邻苯二酚配位键、氧化交联和静电相互作用等()邻苯二酚能够通过羟基取代水分子建立双齿氢键从而使足丝蛋白直接黏附在亲水基材表面上(.)邻苯二酚的苯环能够通过 电子相互作用与其他芳环发生相互作用这一反应不但可以提高含邻苯二酚聚合物的内聚性能还能使足丝蛋白稳定黏附在富含芳香族化合物的材料表面上例如聚苯乙烯、石墨烯、碳纳米管或苯酚等(.)芳香环还可以与阳离子形成 阳离子相互作用增强邻苯二酚对带电表面的吸附并有助于提高其与阳离子官能团的内聚性能(.)邻苯二酚可以螯合多种金属离子形成可逆络合物(.)还能与金属氧化物表面形成强的可逆的界面键(.)这一系列反应使得分布在足丝外表皮的 能够辅助足丝蛋白之间相互交联而形成坚硬结构对于足丝具有保护作用同时也使分布在黏附盘底部的 可以通讨多种化学作用完成对不同材料基质的界面黏附 在沼蛤足丝中 主要分布于外表皮和黏附盘底部(.)上述一系列作用在沼蛤足丝中是存在的是沼蛤足丝结构稳定和界面黏附发生的主要机制也是沼蛤能够黏附到水下基质如岩石、金属材料等表面的主要驱动力由于足丝蛋白在沼蛤污损机制中起关键作用一些可以改变蛋白黏附状态的因素能够影响沼蛤的污损能力如金属离子、化学氧化试剂以及基质材料表面性质等 分析表明沼蛤足组织和足丝中生物安全学报 第 卷都富含金属离子(.)、(.)、(.)、(.)和(.)等含量较高(.)金属离子与沼蛤足丝蛋白之间产生相互作用主要体现在以下几方面:首先金属离子通过与特定氨基酸残基结合增强 与其他足蛋白之间的相互作用提升黏附盘的内聚力(.)再次金属离子可以通过与邻二苯酚的螯合作用对足丝蛋白的自组装和多巴氧化交联产生影响(.)此外金属离子还影响足丝的机械性能足丝线的强度往往随金属离子浓度的变化而变化(.)因此环境中金属离子种类和浓度的变化可以降低沼蛤的污损能力 此外 容易被氧化形成多巴醌化学氧化剂如、磁性纳米颗粒如 等能影响水体氧化还原状态的环境因子已经被证实可以通过改变足丝蛋白中 的氧化还原状态、足丝蛋白表达、足丝蛋白与金属离子结合能力等过程而降低沼蛤的污损能力(.)沼蛤污损的控制措施.物理法手动/机械清洁 该方法主要使用特定机械设备(如高压水枪)对表面进行清洗或刮擦清除黏附在基质表面的污损生物 这种方法对沼蛤的清除力度大是目前沼蛤污损治理的常用方法 该方法的弊端在于清理过的基质表面会被新生的沼蛤取代同时会腐蚀或损坏表面结构从而降低某些水下设施的使用年限 如果需要对基质表面进行彻底清洁还需承担系统关闭所造成的损失(.)过滤 对于相对较小的水体可以使用介质过滤器(例如砂滤器)或机械自清洁过滤器等进行清除()这些过滤器能够清除尺寸大的沼蛤(以上)却对治理沼蛤幼虫效率不高 例如琅琊山抽水蓄能电站的冷却水管系统进水端虽然安装了孔径为 和 的种过滤器但是运行一段时间后发现管道内仍有少许沼蛤附着(徐梦珍等)温度控制法 温度是常规的环境因子之一过高或过低的温度都对水生生物的生长和存活具有十分严重的影响(鲁耀鹏等)沼蛤适宜存活的温度为 较高高温条件下的个体活性强于低温高温条件下的死亡率较高(魏小熙等 .)利用该特性可采取如下 种热处理措施治理沼蛤:()恒定速率升温法 测试表明在每、或 升温 的速率下当温度达到.时沼蛤历经.后全部死亡()高温水浴法 迫使沼蛤长期暴露于恒定高温条件下直到全部死亡 测试表明水浴温度为 的环境下沼蛤的死亡时长为.水浴温度为 沼蛤的死亡时长为.当水浴温度大于 时沼蛤瞬间死亡(魏小熙等 )目前高温水浴法是控制沼蛤生物污损较为有效、环保和经济的方法之一但高温处理易引起基质表面损伤、加速设施老化封闭缺氧法 氧气是沼蛤生存必不可少的条件在溶解氧小于.时沼蛤的死亡时长为 当环境温度为 时体长小于 的沼蛤耐受性低于个体大于 的沼蛤()缺氧控制法是一种经济且环保的沼蛤污损控制方法但是治理过程需要设施停止运行所需时间较长脱水干燥法 沼蛤暴露在干燥的空气中时可存活 (魏小熙等)利用该特性研发出的脱水干燥法是一种经济且对环境友好的方式但需要设施停止工作且处于脱水状态因此操作过程受到多种因素限制水动力学控制法 该方法主要包括流速控制和湍流控制 适用于清除管道中的沼蛤()沼蛤在管线上稳定污损的流速范围为.当流速为.时污损密度最大水流速度超过.的管线中基本没有沼蛤污损发生(徐梦珍等 叶宝民等 .)湍流主要用于控制沼蛤幼虫高频脉动湍流场可使幼虫破碎受损其作用效果与作用时间呈正相关(张晨笛等).化学法氧化剂 一定浓度的氧化剂可以通过迫使沼蛤贝壳紧闭来阻断其与外界进行物质循环和能量交换从而达到灭杀沼蛤的目的 常用的化学氧化剂主要包括次氯酸钠、氯胺、高锰酸钾、过氧化氢和二氧化氯等 魏小熙等()设置了 和 个实验条件来测评沼蛤在各类氧化剂作 第 期朱佳兰等:淡水入侵生物沼蛤的污损机制与防污措施研究进展用下的死亡特性和足丝溶解特征 次氯酸钠能够较好地灭杀沼蛤在低浓度次氯酸钠对沼蛤的灭杀研究中次氯酸钠的最佳浓度为 在封闭静态浸泡状态下沼蛤历时 死亡率可达到以上在动态水流模拟状态下死亡时间较静态处理晚 左右 香港供水系统中一般首先使用 的高浓度次氯酸钠来处理高密度的沼蛤低浓度.控制沼蛤密度的增加每隔 个月重复一次可以有效保持管道畅通还可以防止沼蛤幼虫在系统中的沉降(倪杭娟等魏小熙等 .)调节剂 该方法将水体的 值调节到沼蛤的耐受范围之外从而杀死沼蛤 .()测试出 浓度在 、范围为.时沼蛤的半数致死浓度 在 时为.时为.时为.年地处巴西的 水力发电厂的沼蛤污损密度高达 万个厂方采取措施将水体的 值保持在.左右 个月后实现了对 污损沼蛤的有效控制()硫酸铜 铜会对水生生物尤其是软体动物产生亚致死效应包括生长速度下降、生殖障碍、酶活性抑制、蛋白质和 合成减少或改变、细胞骨架改变以及 合成和 稳态的破坏等(.).()评估了硫酸铜对沼蛤的毒性测出铜浓度的平均、最小和最大 和值分别为.、.、.和.、.、.表现出一定的沼蛤污损治理潜力饵料法 利用沼蛤滤食性开发的微囊化饵料是氯化钾和季铵的混合物包衣由淀粉黏结剂、油和蜡的混合物制成 .()测试了微囊化饵料的作用效果处理 后微囊化饵料的 为.传统氯化钾溶液的 为 微囊化氯化钾的 为.微囊化饵料的毒性是溶解性氯化钾的.倍是微囊化氯化钾的.倍 微囊化饵料将化学试剂包裹在营养涂层中减少其在环境中的残留同时最大限度降低沼蛤关闭贝壳的防御性反应其他化学试剂、二癸基二甲基氯化铵()和氯硝柳胺也是被测试使用过的沼蛤杀灭试剂 是由香港 公司研发的一种防污抗菌剂 .()通过一系列实验证实 浓度在.时在 时为.时为.时为.在巴西 在应用时通常持续 、每天 次、每次 、可以消除新黏附的沼蛤个体是一种针对沼蛤污损的有效治理方法()是一种液态阳离子聚季铵化合物常用于控制湖泊中的藻类也是一种有效的沼蛤杀灭试剂().()测试了聚季铵化合物对平均大小.的沼蛤幼虫的处理效果实验将幼虫分别放置在、和 的季铵聚合物中 结果显示可用于沼蛤幼虫的杀灭但是使用的浓度无法在 内获得 死亡率所需的剂量 是一种非氧化性试剂含有季烷基铵溶液常用作工业直流淡水冷却水系统中的杀螺剂().()分别在、和 下测试了浓度为.、和 的 对沼蛤的杀灭效果表现出较好的应用潜力 氯硝柳胺是一种被世界卫生组织批准使用的软体动物灭杀剂 该试剂不能持久存在于水环境中在天然水体和沉积物系统中可通过水解、光解和微生物降解去除().()测试了.、.、和 的氯硝柳胺对沼蛤的杀灭效果发现处理 后 的氯硝柳胺会导致超过 的沼蛤群体死亡 时死亡率为 而.的氯硝柳胺仅能杀死不到 的沼蛤 .()进一步研究发现该试剂能够引起沼蛤基因表达的显著变化是氯硝柳胺杀灭沼蛤的主要分子机制.生物法天敌捕食法 在生态允许范围内捕食性鱼类可以限制沼蛤种群密度通过该方法可以控制沼蛤污损 程 度(徐 梦 珍 等).()研究表明鱼类对沼蛤的丰度具有自上而下的影响将具有强壮牙齿或坚固齿列的捕食性鱼类、能够直接摄取沼蛤无需粉碎捕食性鱼类、在摄食时经常食用沼蛤的草食性鱼类、使用鳃耙过滤浮游生物的鱼类组合在一起可以持续抑制沼蛤生长 在我国黄河某地表水厂的沼蛤防治过程中人生物安全学报 第 卷们先在原水沉砂池投放青鱼、鲤鱼、鲢鱼各 尾然后连续 按 .的比例补充投放青鱼、草鱼、鲤鱼和鲢鱼沉砂池内的沼蛤逐年减少(宋美华等)基因驱动法 目前沼蛤的基因组已经测序完成科学家们参考已有的案例将 系统引入到沼蛤生育相关编码基因的敲除工作中试图在自然种群中诱导沼蛤不育阻止沼蛤繁衍生息(.)这种基因改造模式理论上可达到限制沼蛤种群增长的目的但此类方法目前无法在实验室条件下获得大规模胚胎且在环境中容易引发转基因风险(.)其应用效果和前景还有待科学评估.防污材料法沼蛤的黏附往往对材料有一定的偏好性因此基质材料也是影响沼蛤污损能力的主要因素(徐梦珍等)防污材料法主要通过材料表面释放有毒物质来灭杀沼蛤或通过抑制足丝合成和黏附来达到防污目的 防污涂料或涂层一般由高分子树脂、防污剂、助剂、填料和溶剂等组成其中防污剂起到杀死沼蛤或抑制足丝黏附的作用 在实际应用中对于新的设施在系统允许的情况下可以直接使用防污材料替代而对于陈旧设施的改造则可以在设施表面涂覆防污涂层以起到防污的作用在常用涂料涂层中硅胶和环氧树脂涂层表现出良好的沼蛤防污性能(华丕龙等徐梦珍等 杨永民等 姚国友等 郑航桅和潘志权 .)硅胶是一种表面自由能和氢键成分都较低的非极性表面环氧树脂则是一种典型三维网状交联结构的热固性聚合物这 种材料的显微硬度小、接触角大、耐久性强经测试涂有这 种涂层的材料表面基本没有沼蛤黏附防污效果较好(姚国友等 杨永民等)在防污材料中铜基材料对沼蛤生物污损有很强的驱避作用氧化亚铜()是使用最广泛的氧化物金属材料之一(.).()评估了氧化亚铜和铜作为涂料和基材对沼蛤的毒性作用结果表明与同期浸没的陶瓷基板相比常规氧化铜涂层可以减少.沼 蛤 污 损 未 涂 层 的 铜 基 材 可 以 减 少.沼蛤污损 .()对砂浆、聚氨酯树脂涂层砂浆、木材、石灰石、铜、铝和不锈钢等基材进行了为期 的浸泡实验结果表明除铜以外其他材料上的沼蛤数量没有显着差异缺乏防污效果显示出铜及铜类化合物基材料在沼蛤杀灭和污损防控方面的优越性 但 在淡水环境中的溶解度很低也不可生物降解容易产生持续的污染因此不能应用于饮用水系统(.)结论与展望本文综述了近些年来沼蛤污损的生物特性、污损机制和防污措施方面的研究进展特别是针对繁殖和发育能力、足丝分泌能力和环境适应能力等沼蛤污损的生物学基础足探测过程、足丝黏附、环境影响等污损机制以及物理法、化学法、生物法和防污材料法等多种防污措施进行了全面总结沼蛤生物污损依赖于足丝在水下基质材料表面的黏附行为 现有证据表明沼蛤首先通过足探测并识别水下基质性质吸附并分泌足丝蛋白最终固化形成足丝 足丝蛋白富含 与基质材料之间的界面黏附以及 介导的足丝蛋白之间的相互作用是决定沼蛤生物污损能力的关键化学氧化剂、纳米颗粒等一些影响水体氧化还原状态的因子可以削弱 与基质材料之间的界面黏附性能和足丝蛋白之间的相互作用从而降低沼蛤生物污损的程度 然而由于贝类足丝黏附蛋白的作用具有显著的物种特异性目前关于沼蛤生物污损机制的了解特别是对于足丝蛋白组成、功能以及它们在水下黏附过程中作用方式的了解还十分有限各种防污材料和试剂对沼蛤足丝黏附的影响及其作用机制也尚未被完全阐明在一定程度上限制了污损防控理论的发展与实践 因此后续研究应在全面解析沼蛤足丝蛋白黏附机制的基础上进一步阐明各种防污方法与沼蛤足丝黏附之间的关系为后续从足丝黏附角度探索生物污损治理措施提供理论参考现有沼蛤的防污措施可以分为物理法、化学法、生物法和防污材料法等几大类 物理法是目前治理沼蛤污损最常用的方法其优点在于能够有效清除沼蛤但是该措施需要工厂、设施、设备等停工停产实施期间需要投入大量的人力和时间进行处理对设施表面损伤也较大恢复供水后沼蛤污损 第 期朱佳兰等:淡水入侵生物沼蛤的污损机制与防污措施研究进展问题重新出现所以只能作为短期沼蛤污损控制的方案 化学法是目前杀灭沼蛤较为有效的方法但所使用的化学试剂往往较为昂贵也会对水体造成二次污染限制了一些化学试剂在不同领域的广泛使用 生物法虽然是一种环境友好的沼蛤污损治理措施但该方法作用周期长、技术要求高只能在一定程度上抑制沼蛤种群数量而不能彻底杀灭在实际应用过程中使用率较低 防污材料法大多数都是通过材料自身或涂层涂料中有毒物质的释放来发挥作用虽然可以达到广谱防污的目的但是也具有二次污染、防污性能时效性差、价格昂贵等问题在某些领域被限制使用 微囊化饵料方法似乎弥补了上述大部分方法的不足具有环境友好等特点在沼蛤污损治理过程中具有广阔的应用前景 就目前进展来看新研发的一些有效的沼蛤防污措施大多处于实验室测试阶段 未来关于沼蛤防污的研究方向应主要集中在新型防污材料和试剂的开发与利用上进一步设计绿色环保、经济有效、不释放有毒有害物质的新型环保材料和制剂将基于实验室研发并测试的防污方法更好地应用到生产实际中参考文献华丕龙 何涛 何直 姚国友.防护材料防止淡水壳菜附着的试验研究.水电站机电技术():.李荣 胡建坤 王霖 闫慧敏 汪艳丽 王伟.淡水壳菜对原水水质的影响.净水技术():.刘艳 吴惠仙 薛俊增.海洋外来物种入侵生态学研究.生物安全学报():.鲁耀鹏 王冬梅 张秀霞 李军涛 郑佩华 冼健安.淡水螯虾生理生态学与环境毒理学研究进展.生物安全学报():.倪杭娟 张秋勉 郭应达.次氯酸钠浸泡法脱除原水管壁淡水壳菜试验.净水技术():.宋积文 董艳红 李海涛 赵研.中国近海入侵贝类及其影响.生物安全学报():.宋美华 张保祥 刘健 卜庆伟 张凌晓 林琳 唐漪.调水工程中淡水壳菜防治方法研究.中国农村水利水电():.田勇 张爱静 王树磊 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