Algicidal bacteria were isolated from the mud of south coastal sea of Korean peninsula and screened to evaluate algicidal activity on Cochlodinium polykrikoides. The optimum condition for the development of highest algicidal activity was determined, The optimum sodium chloride concentration for algicidal activity of isolated algicidal bacteria was $3\%$. The optimum temperature, pH and culture time for the highest algicidal activity were $30^{\circ}C$, pH 7 and above 24 hr, respectively. The algicidal activity were significantly increased at the stationary phase of the cell growth and continuously increased up to maximum at the death phase, probably due to the release of algicidal substance by cell Iysis. The effect of zinc ion addition on algicidal activity, was observed and indicated that the substance requires zinc for its activity. The candidate for the algicidal substance may be $\alpha$-mannosidase.
Marine bacteria producing algicidal substance against Cochlodinium polykrikoides was screened and isolated from seawater. Metabolite of marine bacteria Micrococcus sp. LG-5 showed strong algicidal activity against C. polykrikoides. C. polykrikoides was inhibited above $90\%$ at $5\%$ solution of the metabolite within 24 hrs. Algicidal substance from the metabolite was extracted with ethyl acetate, and then purified by PTLC and reversed-phase HPLC. Algicidal activity of purified compound against C. polykrikoides was above $90\%$ at 3.7, 11.0 and 33.0${\mu}g/mL$ concentration after 12, 9 and 3 hrs, respectively. Ninety percent inhibition of other red tides, Gymnodinium sanguineum and Gyrodinium impudicum was observed when treated with 3.7${\mu}g/mL$ of purified compound within a period of 12 hrs. The microscopic view of red tides treated with purified compound showed the deformations such as cell node cuts and swelling of cells.
BACKGROUND: The aim of this study was to isolate and identify algicidal bacterium that tends to kill the toxic dinoflagellate Alexandrium catenella, and to determine the algicidal activity and algicidal range of algicide. METHODS AND RESULTS: Among of algicidal bacteria isolated in this study, NH-3 isolate was the strongest algicidal activity against A. catenella. NH-3 isolate was identified on the basis of biochemical characteristics and analysis of 16S rRNA gene sequences. The NH-3 isolate showed over 99% homology with Arthrobacter oxydans, and was designated as Arthrobacter sp. NH-3. The optimal culture conditions were $25^{\circ}C$, initial pH 7.0, and 2.0% (w/v) NaCl concentration. The algicidal activity of Arthrobacter sp. NH-3 was significantly increased to maximum value in the late of logarithmic phase. Arthrobacter sp. NH-3 showed algicidal activity through indirect attack, which excreted active substance into the culture filtrate. When 10% culture filtrate of NH-3 was applied to A. catenella, 100% of algal cells were destroyed within 30 h. In addition, the algicidal activities were increased in dose and time dependent manners. The pure algicide was isolated from the ethyl acetate extract of the culture filtrate of NH-3 by using silica gel column chromatography and high performance liquid chromatography (HPLC). We investigated the algicidal activity of this algicide on the growth of harmful algal bloom (HAB) species, including A. catenella. As a result, it showed algicidal activity against several HAB species at a concentration of $100{\mu}g/mL$ and had a relatively wide host range. CONCLUSION: Taken together, our results suggest that Arthrobacter sp. NH-3 and its algicide could be a candidate for controlling of toxic and harmful algal blooms.
We developed a biologically-derived substance naphthoquinone (NQ) derivate for the eco-safe mitigation of harmful cyanobacteria blooms such as Microcystis and Dolichospermum. NQ was reacted with various substituents ($R_n$) to produce different NQ derivatives. We tested a total of 92 algicidal compounds based on the algicidal activity of Microcystis and Dolichospermum. 22 compounds of NQ were selected as candidates (algicidal activity >80% at $1{\mu}M$). Among them, NQ 40 compound showed the highest algicidal activity of 99.6% and 100% at the optimal concentration of $1{\mu}M$ on Microcystis and Dolichospermum, respectively. No algicidal effects of NQ 40 ($1{\mu}M$) were observed against non-target algae such as Stephanodiscus, Cyclotella and Peridinium. According to the results of acute eco-toxicity assessment, the $EC_{50}$ values of NQ 40 compound for Selenastrum capricornutum and Daphnia magna were 3.2 and $14.5{\mu}M$, respectively, and the $LC_{50}$ for Danio rerio was $15.7{\mu}M$. In addition, for D. magna chronic eco-toxicity assessment, no toxicity toward survival, growth and reproduction was observed. Therefore, we suggested the NQ 40 ($1{\mu}M$) compound as an alternative eco-safe algicidal substance to effectively mitigate harmful cyanobacteria blooms.
For several decades, lactic acid bacterium (Lactobacillus graminis: LAB) has been generally recognized as safe. To develop the pan-environmental bio-control agent, algicidal activity of the live LAB cell and its culture filtrate (CF) was examined against Microcystis aeruginosa. LAB cells perfectly lysed M. aeruginosa within 3 days, while the CF had a less effect than the live cells, approximately 78% inhibition of algal growth during a same culture period. The concentration of microcystin in alone culture of M. aeruginosa was $7.1{\mu}gL^{-1}$, but gradually increased and leach $158.5{\mu}gL^{-1}$ on 10 days. However, LAB cells clearly decreased the microcystin by $10.3{\mu}gL^{-1}$ in the same period, approximately 93.5%. CF of LAB showed a strong algicidal activity over 75% between pH 2-7, 91.3% by the treatment of proteinase K, 87.8% by below 3 kDa in particle size, and 75.3% by heat treatment, respectively. Of five solvents, fractions of CF passed through solvents diethyl ether and ethyl acetate showed an obvious algicidal activity in the algal-lawn test. Among 5 fractions purified by silica-gel TLC plate, two spots showed a most strong removal activity on M. aeruginosa. Another analysis of GC indicate that CF contained six representative fatty acids. Even though most of these substance have been known as an anti-algal substance against M. aeruginosa, oleic acid is the most effective. These results suggested that the culture filtrate or specific substances, like a fatty acids, in comparison with live L. graminis can be a successful and eco-friendly agent to control Microcystis bloom.
We conducted the algicidal activity screening tests using 10 L microcosm to investigate the possibility of the field application of naphthoquinone derivative Nq 4-6 compound as an algicide. We determined its application range to assess its algicidal effects on the phytoplankton and to evaluate the response of the planktonic community and the water environment to this chemical. From results of the microcosm experiments, Nq 4-6 compound showed high algicidal activity on the centric diatoms such as Stephanodiscus hantzschii and Cyclotella meneghiniana, but it had no effect on other phytoplankton. The abundance of S. hantzschii continuously increased in the control, but its cell density decreased 1 day after the Nq 4-6 treatment. In particular, Nq 4-6 showed algicidal activity of 94.4% against S. hantzschii 7 days after the treatment. The dominance index of phytoplankton community was lower in the treatment than in the control. The diversity index, richness index and evenness index of phytoplankton community was higher in the treatment. Environmental factors and biological factors did not show specific changes after the Nq 4-6 compound treatment. Therefore, the results of this study demonstrates that Nq 4-6 is an effective agent for the control of S. hantzschii blooms, and that the microcosm tests play a crucial role when assessing field application.
Bloom of small centric diatom Stephanodiscus is quite occasional in winter season in temperate freshwater ecosystems. It often leads to degradation of water quality and affects the quality of supplied drinking water. In a previous study, we have found that naphthoquinone (NQ) 4-6 derivate is an effective tool for efficient mitigation of natural S. hantzschii blooms. In the present research, polylactide (PLA) and agar foam were used as immobilized agent for NQ 4-6 to improve the efficiency of NQ 4-6 compound releasing process for its application under various field conditions. Mesocosm experiments at 10 ton scale suggested that the abundance of S. hantzschii was continuously increased in the control and upon treatment of the mesocosm with immobilized NQ 4-6 from PLA and agar foam. Their algicidal activities were 78.8% and 77.1%, respectively, on S. hantzschii after 10 days. In the mesocosm experiments, the dynamics of biotic (bacteria, HNFs, ciliates, zooplankton) and abiotic (water temperature, dissolved oxygen, pH, conductivity, nutrients) factors remained unaffected. They exhibited similar trends in the control and treatment groups. Therefore, the immobilized NQ 4-6 from PLA and agar foam has potential to be used as an alternative algicidal substance to effectively mitigate natural S. hantzschii blooms under various field conditions. In addition, it not only can be used to control S. hantzschii, but also is an effective technique. The immobilized NQ 4-6 showed stable controlled release in desired system.
To evaluate the algicidal impact of a newly developed algicide thiazolidinedione derivative, TD49, on dinophyceae Akashiwo sanguinea in aquatic ecosystems, tentative culture experiments for the target species were conducted in small (SS), middle (MS), and large scale (LS) culture vessels. When TD49 was introduced at the final concentration of $2{\mu}M$ in SS and MS, as well as $1{\mu}M$ in LS, the abundance of A. sanguinea decreased significantly in all the treatments. On the other hand, total phytoplankton abundance, except A. sanguinea in the TD49 treatments, gradually increased with culture time, which implies that a cell destruction of A. sanguinea by TD49 is a major cause of the population growth by other phytoplankton species. Also, A. sanguinea was easily destroyed, which was likely to be a source of extracellular substances. In particular, a pH decrease was significant in the treatments than in the control, which indicates that the water in the treatments has been acidified, due to an increase in the heterotrophic metabolisms of bacteria and degradation of A. sanguinea cells. Our results indicate that the TD49 substance is the potential agents for the control of A. sanguinea in the enclosed and eutrophic water bodies.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.17
no.1
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pp.9-15
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2012
Worldwide development of harmful algal blooms causes serious problem for public health and fisheries industries. To evaluate the algicidal impact on the harmful algae bloom species in aquatic ecosystems of coast, a new algicide thiazolidinedione derivative (TD49) were tentatively examined in the growth stages (i.e., lag, logarithmic and stationary phase) of rapidophyceae $Heterosigma$$akashiwo$, $Chattonella$$marina$ and $Chattonella$ sp..Three strains could easily destroy in the lag phase due to relatively weak cell walls than those of the logarithmic and stationary phase. It is thought that inoculation of TD49 substances into initial or developmental natural blooms with a threshold concentration ($2{\mu}M$) can maximize the algicidal activity. Also, bio-chemical assays revealed that the algicidal substances from all culture strains were likely to be extracellular substances because those cells have easily destroyed in cell walls. On the other hand, natural zooplankton communities were influenced within the exposure experiments of $2{\mu}M$, which is showed the maximum algcidal activity of tested organisms. These results indicate that although the TD49 substance is potential agents for the control of $H.$$akashiwo$, $C.$$marina$ and $Chattonella$ sp. in the enclosed eutrophic bay and coastal water, more detailed research of acute toxicity effect on high trophic organism in marine ecosystems need to be conducted.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.4
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pp.2951-2957
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2015
The development of worldwide harmful algal blooms(HAB) is a serious problem for public health and fisheries industries. To evaluate the algicidal impact on the HAB species, algicide thiazolidinedione derivative (TD49) and yellow clay were examined, which is focus on assess the algicidal effects and inhibition to photosynthesis of HAB species. To obtain the detailed information, we analyzed the viability of target species related to activity Chl. a, photosynthetic efficiency($F_v/F_m$), and electron transport rate(ETR). Culture experiment was conducted to evaluate the algicidal effects of three harmful species(raphidophyceae Heterosigma akashiwo, Chattonella marina, and dinophyceae Heterocapsa circularisquama) and one non-harmful species (cryptophyceae Rhodomonas salina). Our experiments revealed that three HAB species were easily destroyed of the cell walls after TD49 dosing. Also, they had significantly reducing values of active Chl. a, $F_v/F_m$, and ETR, due to the damage of photosystem II by inter-cellular disturbance. As a result, the algicidal effect(%) for the three HABs were as follows, in the order of greatest to the least: H. circularisquama> C. marina> H. akashiwo. However, the algicidal effect for yellow clay remained to be <30% (p>0.01), implying that it may not have damaged the photosystem II. On the other hand, non-HAB R. salina was promoted at both TD49 and yellow clay treatments. Our results demonstrated that the TD49 is a good agent for the control of HABs H. akashiwo, C. marina, and H. circularisquama, whereas the yellow clay would not be suitable for the field application based on our experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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