溶藻细菌S7溶藻特性、机理及影响因素的研究

发布时间：2020-10-14 06:24

　　 随着水体富营养化现象的日益严重，有害藻类水华频繁爆发，探索行之有效的抑藻和除藻途径极为迫切，溶藻细菌作为一种新的生物控藻手段显示出了广泛的应用前景。溶藻细菌一般分离自暴发水华的水体，这种土著细菌在工程应用中具有安全、特异、高效等特点。课题组从三峡库区暴发水华的河流中分离出一株溶藻细菌，命名为S7，本文以导致水华暴发的代表性蓝绿藻为研究对象，研究了该菌的溶藻特性、探讨了溶藻机理并分析了溶藻效应的影响因素。论文的主要研究内容和结论如下： ①取生长24h的细菌S7，分别将不同体积的细菌添加到藻液中进行溶藻试验，结果表明：溶藻作用的发生对投加细菌的体积分数有个下限的要求，初始体积分数越大溶藻现象越明显，溶藻时间也越短。当细菌的体积分数大于1:50时，细菌S7在第5d表现出溶藻作用。 ②细菌溶藻范围和作用效力试验表明：细菌S7对铜绿微囊藻、水华鱼腥藻、水华微囊藻、栅藻和小球藻均具有溶藻作用，但对水华鱼腥藻去除效果最好，对小球藻去除效果最差，叶绿素a的去除率为42.5%～74.8%。该菌对淡水湖泊中常见蓝绿藻有良好的去除效果。 ③利用光学显微镜、扫描电镜观察溶藻过程，结果显示在溶藻过程中藻细胞依次经历了以下过程：细胞膜收缩→细胞膜凹陷→细胞膜形成抑痕→细胞膜破裂→细胞质和色素外泄→细胞死亡。在藻液中分别加入经不同方法处理后的菌液（包括未经处理的原菌液、高温灭菌20min的菌液、0.22μm滤膜过滤液、经10000rpm离心的上清液）进行溶藻试验，结果表明：细菌S7通过释放胞外活性物质进行间接溶藻。 ④对细菌S7作用过程中藻细胞的叶绿素a和藻蓝蛋白含量进行监测，结果表明：随着藻细胞的急剧减少，藻细胞叶绿素a和藻蓝蛋白含量下降明显；对藻细胞抗氧化系统的变化进行分析，结果表明：在溶藻初期，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶（CAT）活性显著升高，表明细菌的溶藻作用激发了藻细胞的抗氧化系统参与反应，但随着细菌的继续作用，SOD和CAT活性下降，表明藻细胞抗氧化系统遭到破坏，丙二醛（MDA）含量也显著提高，说明细菌可以引起藻细胞膜脂过氧化；藻细胞经过PI特异荧光标记后，用流式细胞仪分析藻细胞自发荧光和特异荧光信号，结果表明：藻细胞的核酸物质和细胞膜均遭到破坏，叶绿素a和藻蓝蛋白含量变化与细胞膜的损伤情况具有一致性；藻细胞成分的红外光谱分析也显示藻细胞解体，蛋白质遭到破坏。据此推测细菌S7的溶藻机理为：溶藻物质先损坏藻体的细胞壁和粘质胶被，然后通过改变细胞膜的选择透过性进入藻细胞内部，引起藻细胞膜脂过氧化及活性氧的大量积累，溶藻物质进一步分解叶绿素a，破坏蛋白质，核酸等物质，进而造成藻体正常生理功能的丧失，最终导致细胞破裂死亡。 ⑤通过萃取、醇沉、透析、硅胶柱层析对细菌S7分泌的溶藻物质进行分离纯化并利用紫外光谱、红外光谱和荧光光谱对该溶藻活性物质进行研究，结果表明：该活性物质的分子量小于8kDa；甲醇洗脱组分对铜绿微囊藻的溶藻效果最好；对该组分进行200～900nm的紫外光谱扫描，其洗脱组分在330nm处有高强度的吸收峰，表明其中的溶藻活性物质可能含有3～5个共轭单位；红外光谱扫描的结果表明溶藻物质可能含有羟基、饱和烃基和芳香醚；荧光光谱分析结果表明溶藻物质可能具有荧光属性，三维荧光光谱图有两个较强的荧光峰，峰值分别出现在264/436nm和378/369nm,且264/436nm峰荧光强度大于378/369nm峰；该物质可能是一种新的溶藻物质。 ⑥单因素试验结果表明：温度、光照和pH值对溶藻效应有较大影响，通过响应曲面Box-Behnken试验对细菌S7溶藻效应的环境因素进行了研究，得出细菌S7对水华鱼腥藻溶藻效应3个环境因子的二次多项式模型，模型显著性高，拟合度好。通过响应面分析得到优化组合，即在培养温度33.06℃，光照强度3312lux和pH为6.26时，溶藻细菌S7对水华鱼腥藻溶藻效果最佳，理论最大去除率为91.40%。 ⑦通过响应曲面Central-Composit试验得出了藻细胞去除率与细菌浓度、水体叶绿素a浓度关系的二次多项式模型，为溶藻细菌的工程应用提供了理论参考。从三峡库区临江河回水段试验区采水样进行控藻试验，结果表明：细菌S7可以提高水体透明度、改善水质环境，细菌作用7d对藻细胞叶绿素a去除率为68.27%，说明溶藻细菌可以用于环境水体控制藻类水华，达到改善水质的目的。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：X172
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 藻类水华概述
        1.1.1 藻类水华定义与危害
        1.1.2 藻类水华的成因
    1.2 藻类水华防治方法研究进展
        1.2.1 物理方法除藻
        1.2.2 化学方法除藻
        1.2.3 生物方法除藻
    1.3 溶藻细菌研究进展
        1.3.1 溶藻细菌的种类
        1.3.2 溶藻细菌的作用方式
        1.3.3 溶藻细菌胞外溶藻物质的研究
    1.4 课题的提出与主要研究内容
        1.4.1 课题的提出、研究目的及意义
        1.4.2 主要研究内容
2 细菌 S7 溶藻特性研究
    2.1 材料与方法
        2.1.1 试验材料
        2.1.2 试验方法
    2.2 结果与分析
        2.2.1 荧光光谱法测定蓝藻生物量结果与分析
        2.2.2 溶藻细菌生长曲线的测定
        2.2.3 溶藻细菌添加体积分数对溶藻效果的影响
        2.2.4 细菌 S7 作用范围和溶藻效力
    2.3 讨论
    2.4 小结
3 细菌 S7 作用方式的研究
    3.1 材料与方法
        3.1.1 试验材料
        3.1.2 试验方法
    3.2 结果与分析
        3.2.1 普通光学显微镜观察溶藻过程
        3.2.2 应用扫描电镜观察溶藻过程
        3.2.3 溶藻细菌 S7 的作用方式
    3.3 讨论
    3.4 小结
4 细菌 S7 对藻细胞生理的影响
    4.1 材料与方法
        4.1.1 试验材料
        4.1.2 试验方法
    4.2 结果与分析
        4.2.1 细菌 S7 对铜绿微囊藻叶绿素 a 含量的影响
        4.2.2 细菌 S7 对铜绿微囊藻藻蓝蛋白的影响
        4.2.3 细菌 S7 对铜绿微囊藻细胞红外吸收光谱的影响
        4.2.4 细菌 S7 对铜绿微囊藻荧光特性分析
        4.2.5 细菌 S7 对藻细胞抗氧化系统的影响
    4.3 讨论
    4.4 小结
5 细菌 S7 胞外溶藻活性物质的分离及初步鉴定
    5.1 材料与方法
        5.1.1 材料
        5.1.2 试验方法
    5.2 结果与分析
        5.2.1 分离特性
        5.2.2 溶藻物质纯化
        5.2.3 溶藻物质鉴定
    5.3 讨论
    5.4 小结
6 环境因子对细菌 S7 溶藻效应的影响
    6.1 材料与方法
        6.1.1 试验材料
        6.1.2 单因素试验设计
        6.1.3 响应面试验设计
    6.2 单因素试验结果与分析
        6.2.1 不同温度条件对溶藻效果的影响
        6.2.2 不同光照条件对溶藻效果的影响
        6.2.3 不同 pH 条件溶藻效果的影响
    6.3 响应面试验结果与分析
        6.3.1 确定因素水平
        6.3.2 确定试验点
        6.3.3 二次回归拟合及方差分析
        6.3.4 响应面分析
        6.3.5 最佳点求解与模型验证
    6.4 小结
7 溶藻细菌控藻试验
    7.1 材料与方法
        7.1.1 试验材料
        7.1.2 试验方法
    7.2 结果与分析
        7.2.1 细菌浓度对溶藻效果的影响
        7.2.2 叶绿素含量对溶藻效果的影响
        7.2.3 响应面法研究叶绿素 a 含量和细菌浓度对去除率的影响
        7.2.4 水槽试验
    7.3 小结
8 结论与建议
    8.1 结论
    8.2 建议
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读博士学位期间参与的课题与论文发表情况
    B. 作者在攻读博士学位期间参加的科研情况

【参考文献】

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本文编号：2840313