介质阻挡放电等离子体对铜绿微囊藻和片状微囊藻失活效果及相关生理生化影响

发布时间：2020-08-06 09:02

【摘要】：在我国的淡水湖包括巢湖、太湖、滇池等地区水华爆发时期的主要优势藻种之一为铜绿微囊藻,水华对环境生态系统及人类的身体健康均有严重威胁,传统的除藻方式难以高效、安全、经济的去除蓝藻。文章主要通过研究等离子体单独处理以及等离子体配合不同催化剂(Graphene-γFe_2O_3、H_2O_2和Fe~(2+))处理铜绿微囊藻和片状微囊藻后水溶液中三种长寿命活性物质(H_2O_2、NO_3~-和O_3)浓度变化、铜绿微囊藻和片状微囊藻的失活效果及微囊藻毒素MC-LR、MC-RR降解效果;此外在以上研究基础上对等离子体处理后铜绿微囊藻和片状微囊藻的相关生理生化特性改变(包括藻细胞内ROS、NO和MDA含量变化、藻细胞膜结构及新陈代谢能力改变)和对藻细胞主要生理功能相关基因相对表达进行检测;同时通过检测等离子体处理后再培养的两种藻细胞的藻毒素合成量、藻细胞增长速率、藻细胞胞内叶绿素含量变化、培养基中剩余营养盐含量及相关基因相对表达量的变化,研究了微剂量等离子体处理对铜绿微囊藻和片状微囊藻的长效效应。(1)随着等离子体处理时间的增加水溶液中的三种长寿命液相活性物质(H_2O_2、NO_3~-和O_3)含量均不同程度提高,与等离子体单独处理相比在等离子体协同Graphene-γFe_2O_3和Fe~(2+)体系中三种长寿命活性物质含量均不同程度的减少,可能是由于这三种活性物质被催化生成了·OH等其他活性物质;等离子体协同H_2O_2体系中,三种长寿命液相活性物质含量有不同程度的提高。(2)等离子体处理后铜绿微囊藻和片状微囊藻浓度随着处理时间迅速下降,具有良好的失活效果。同样水溶液中的微囊藻毒素MC-LR和MC-RR含量随着处理时间的增加先提高后降低,而在添加了不同催化剂(Graphene-γFe_2O_3、H_2O_2和Fe~(2+))后,藻溶液中的藻细胞失活率及微囊藻毒素降解率均有所提高。(3)等离子体处理后铜绿微囊藻和片状微囊藻中ROS、NO及MDA含量均大幅提升,而具有完整膜结构、形成代谢能力的藻细胞比例迅速下降。对于两种藻细胞中藻毒素合成、群落增长、光合作用和营养盐吸收的代表性基因相对表达量均不同程度的降低,说明微剂量等离子体处理可影响藻细胞的核酸转录表达等过程。(4)微剂量等离子体处理后铜绿微囊藻和片状微囊藻子代细胞的藻毒素合成能力、藻细胞增长速率、藻细胞光合作用相关色素合成能力及营养盐吸收能力均有不同程度下降,且相关代表性基因相对表达量均不同程度下降,说明藻细胞的相关基因表达受到抑制。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X524
【图文】：

微囊藻毒素,分子结构式

图 1. 1 微囊藻毒素 MC-LR 和 MC-RR 分子结构式Figure 1.1 Molecular structural of Microcystin MC-LR and MC-RR微囊藻毒素主要由铜绿微囊藻和片状微囊藻等微囊藻属淡水蓝藻产生的，其主要特征为单环七肽并在不同位点结合不同氨基酸，同时藻毒素的结构对其毒性表达影响巨大，如图 1.1 分别为最为常见的微囊藻毒素 MC-LR 和 MC-RR 分子结构式[34-38]。微囊藻毒素在自然界中通常很难被自然降解，且由于其极强的化学稳定性使得在食物链和食物网中更易被传递和富集。当人类反复暴露于富含微囊藻毒素的环境中（如蓝藻爆发水域）将极大可能引起胃肠炎、皮肤敏感等不良反应，由于微囊藻毒素以肝细胞为靶细胞通过破坏肝细胞骨架结构抑制相关蛋白磷酸酶的合成导致肝脏大量出血及慢性肝炎等疾病。由于微囊藻毒素的高致病性，目前关于微囊藻毒素的理化性质、生物毒性及降解去除等方面的研究已经越来越多。Guo 等人[39]研究了水溶液中 MC-LR 的紫外/过氧化氢降解过程。考察了紫外辐射强度、MC-LR 初始浓度、H2O2用量、初始 pH 值和阴离子对 UV/H2O2降解MC-LR 的影响。结果表明，仅用 H2O2去除 MC-LR 去除率几乎为零，紫外处理可以在一定程度上降解 MC-LR。但由于紫外-过氧化氢协同作用，紫外-过氧化氢

冷等离子体,突破性进展,等离子体,20世纪

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文体子体简介年英国物理学家 Crooks 在研究阴极射线管时，发现其中存在负电荷的带电粒子，是不同于物质通常三种形态（固、液、气）”。大气压等离子体产生方式多种多样，从等离子体源的电极数电极放电（如微波放电）、单电极放电（电晕放电、单极放等离极放电（如介质阻挡放电、）等[41]。在等离子体放电过程中可以包括中性粒子、高能电子、紫外光辐射、电磁场及各种离子。而等离子体的不同应用领域均起到不同作用，如图 1.1 所示为等离域与等离子体作用物质之间对应。

等离子体装置,介质阻挡放电

O3）含量变化、铜绿微囊藻和片状微囊藻的失活效果及微囊藻毒C-RR 降解效果。此外通过荧光染色配合荧光显微镜镜检研究了等铜绿微囊藻和片状微囊藻的相关生理生化特性改变（包括藻细胞导致氧化损伤、藻细胞膜结构和形成代谢能力的改变）和对藻细胞相关基因表达的影响。部分验装置验反应装置如图 2.1 所示。该反应装置主要由等离子体高频高压等离子体反应器等组成。等离子体反应器包括两根直径为40mm的高压电源作为高压电极，一个为接地电极。两电极之间的距离可通将一块直径为 80 mm 的石英片粘在高压电极下作为电介质。一个托盘放在接地电极上面作为反应器，每次取 10 mL 反应液加入到放电处理。电介质和反应器之间范围为放电区域。在放电过程中针、电流探针和示波器对 DBD 等离子体放电过程中的电流电压进

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