白腐菌溶藻特性及机理研究

发布时间：2017-08-26 08:40

  本文关键词：白腐菌溶藻特性及机理研究

  更多相关文章： 白腐菌 水体富营养化 溶藻特性 溶藻机理 毒理性

【摘要】：随着水污染的日益加剧,水体富营养化问题正严重影响着人们的日常生活和生产,因此,探索出安全、高效的控藻技术显得尤为重要。治理方法大多采用物理、化学和生物控藻,其中物理和化学控藻虽然见效快,但成本较高,且易产生二次污染。目前研究较热的生物方法中大多采用水生动植物和细菌进行控藻,而采用白腐菌进行溶藻的研究却鲜有报道。因此,本文以富营养湖泊中生长的藻类为研究对象,选用白腐菌进行控藻,首先研究了白腐菌控藻系统的构建,然后采用均匀实验设计和响应面实验设计方法优化了白腐菌控藻系统对混合藻种和单一优势藻种的溶藻条件,随后对白腐菌控藻系统的溶藻方式及溶藻机理也做了详细的研究,最后对白腐菌控藻技术的毒理性做了初步评价。主要研究结果如下:①白腐菌控藻系统构建研究:基于溶藻效果及挂膜与驯化过程中的理化指标的检测结果,最终选择黄孢原毛平革菌和聚氨酯泡沫组合填料为白腐菌控藻系统中的白腐菌菌种和固定化载体填料,然后通过单因素实验方法考察了白腐菌控藻系统溶藻的运行因素,初步确定了白腐菌控藻系统的最优工况为:白腐菌投加量200mg/L,进水p H值7,反应温度25℃,DO 7mg/L,HRT 48h。②白腐菌控藻系统对混合藻种的影响。采用均匀实验设计方法优化了白腐菌处理富营养化水体四季混合藻种的溶藻条件,确定白腐菌对春季混合藻种的溶藻最优条件为:白腐菌投加量100mg/L、进水p H值8,反应温度20℃、DO5mg/L,HRT 24h;白腐菌对夏季混合藻种的溶藻最优条件为:白腐菌投加量200mg/L、进水p H值8,反应温度25℃、DO 5mg/L,HRT 48 h;白腐菌对秋季混合藻种的溶藻最优条件为:白腐菌投加量250mg/L、进水p H值5,反应温度25℃、DO 8mg/L,HRT 36 h;白腐菌对冬季混合藻种的溶藻最优条件为:白腐菌投加量100mg/L、进水p H值8,反应温度25℃、DO 5mg/L,HRT 24 h,在最优工况下,白腐菌控藻系统对四季富营养化水体的混合藻种均有较好的溶藻效果,溶藻率平均可以达到90%。③白腐菌控藻系统对单一优势藻种的影响。采用响应面实验设计方法优化了白腐菌处理富营养化水体优势藻种:隐藻、颤藻和四尾栅藻的溶藻条件,确定白腐菌控藻系统处理隐藻的最优工况为:白腐菌投加量200mg/L,DO 6mg/L,HRT48h;白腐菌控藻系统处理颤藻的最优工况为:白腐菌投加量250mg/L,DO7mg/L,HRT 48h;白腐菌控藻系统处理四尾栅藻的最优工况为:白腐菌投加量250mg/L,DO8mg/L,HRT 48h;在最优工况下,溶藻率平均分别为85.80%,87.24%和85.48%,DHA降低率平均分别为64.13%,64.22%和59.23%,可溶性蛋白质平均降低率分别为59.25%,64.50%和65.16%,MDA平均上升到0.116umol/L,0.135umol/L和0.128umol/L。④白腐菌控藻系统溶藻机理研究。采用傅里叶红外光谱仪、流式细胞仪和环境扫描电镜对溶藻前后藻细胞内部结构和表面结构进行分析后,推测白腐菌控藻系统的溶藻机理主要分为三步:第一步为物理吸附,藻细胞吸附在载体填料上后,填料上生长的白腐菌开始与藻细胞接触并将其慢慢包裹住,逐渐破坏藻细胞完整的膜结构;第二步为分泌溶藻物质,白腐菌分泌的溶藻物质如过氧化氢酶、锰过氧化物酶、漆酶等以及少量的脂类或者多糖类物质,透过破损的细胞膜开始破坏藻细胞内的光合色素,阻断藻细胞正常的光合作用及生理生化代谢活动;第三步为杀灭藻细胞,随着白腐菌不断的作用,不仅有效的抑制了藻细胞内生理代谢功能的正常发挥,还有效的破坏了藻细胞内的核酸物质,使其DNA也遭到损害,最终抑制或杀死了藻细胞。⑤白腐菌控藻系统毒理性研究。采用慢性毒理性实验、微核实验和彗星实验手段,对白腐菌控藻系统溶藻后的水样进行评价分析。通过饮用处理后的水样,发现小白鼠均能正常的生长,说明白腐菌溶藻后,水样中的生物体毒素被部分或者全部有效的降解了;通过微核实验和彗星实验发现,实验组中蝌蚪红细胞的微核率、核异常率、拖尾率及细胞损伤率均明显低于对照组中用含藻水样喂养的蝌蚪,通过上述毒理学分析手段初步确定,白腐菌控藻系统处理后的水样毒理性较低,含藻水样中的毒素发生了一定程度的降解,降低了发生二次污染的风险性。通过对白腐菌控藻系统处理富营养化水体中的混合藻种及单一优势藻种的最优工况、机理及毒理性的相关研究后,期望为白腐菌控藻系统治理富营养化水体奠定理论基础,使其在水体富营养化治理领域具有更大的社会价值及应用价值。
【关键词】：白腐菌 水体富营养化 溶藻特性 溶藻机理 毒理性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172;X52
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-13
• 1.1.1 城市河流污染现状12
• 1.1.2 水体富营养化的危害12-13
• 1.2 国内外控藻技术的研究进展13-17
• 1.2.1 藻华的预防措施13
• 1.2.2 藻华的治理措施13-17
• 1.3 白腐菌的研究现状17-19
• 1.3.1 白腐菌的分类17
• 1.3.2 白腐菌的降解机理17
• 1.3.3 白腐菌控藻特性17-18
• 1.3.4 白腐菌控藻技术的应用18-19
• 1.3.5 生物固定化方法19
• 1.4 问题的提出19-20
• 1.5 课题研究目的、内容、技术路线20-21
• 1.5.1 研究目的20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 1.5.3 研究路线21
• 1.6 创新点21-24
• 2 白腐菌控藻系统构建研究24-44
• 2.1 前言24
• 2.2 试验材料24-26
• 2.2.1 实验水质24-25
• 2.2.2 实验所用菌种及培养基25
• 2.2.3 实验装置25-26
• 2.2.4 试剂与仪器26
• 2.3 试验方法26-28
• 2.3.1 控藻白腐菌菌种的筛选26-27
• 2.3.2 白腐菌固定化载体填料的筛选27
• 2.3.3 白腐菌溶藻影响因素的研究27-28
• 2.3.4 实验测定方法28
• 2.3.5 统计分析方法28
• 2.4 实验结果28-41
• 2.4.1 最优白腐菌菌种的筛选28-30
• 2.4.2 白腐菌固定化载体填料的筛选30-33
• 2.4.3 白腐菌溶藻影响因素结果33-41
• 2.5 讨论41-42
• 2.5.1 白腐菌菌种对溶藻效果的影响41
• 2.5.2 固定化载体对溶藻效果的影响41
• 2.5.3 白腐菌运行因素对溶藻效果的影响41-42
• 2.6 本章小结42-44
• 3 白腐菌控藻系统对混合藻的溶藻效能研究44-72
• 3.1 前言44
• 3.2 实验材料及方法44-50
• 3.2.1 实验水质44-45
• 3.2.2 实验装置45
• 3.2.3 试剂与仪器45-46
• 3.2.4 实验方法46-48
• 3.2.5 实验测定指标48-49
• 3.2.6 统计分析方法49-50
• 3.3 实验结果50-70
• 3.3.1 春季混合藻种白腐菌反应器均匀实验结果50-51
• 3.3.2 白腐菌最优工况处理春季混合藻种模型验证51-55
• 3.3.3 夏季混合藻种白腐菌反应器均匀实验结果55-56
• 3.3.4 白腐菌最优工况处理夏季混合藻种模型验证56-60
• 3.3.5 秋季混合藻种白腐菌反应器均匀实验结果60-61
• 3.3.6 白腐菌最优工况处理秋季混合藻种模型验证61-65
• 3.3.7 冬季混合藻种白腐菌反应器运行工况65-67
• 3.3.8 白腐菌最优工况处理冬季混合藻种模型验证67-70
• 3.4 讨论70-71
• 3.4.1 白腐菌对藻细胞脱氢酶活性的影响70
• 3.4.2 白腐菌对藻细胞可溶性蛋白质含量的影响70-71
• 3.4.3 白腐菌对藻细胞丙二醛含量的影响71
• 3.5 本章小结71-72
• 4 白腐菌控藻系统对优势藻溶藻效能研究72-98
• 4.1 前言72
• 4.2 实验材料及方法72-75
• 4.2.1 实验藻种72-74
• 4.2.2 实验装置74
• 4.2.3 试剂与仪器74
• 4.2.4 实验方法74-75
• 4.2.5 统计分析方法75
• 4.3 实验结果75-95
• 4.3.1 白腐菌处理隐藻响应面实验结果75-78
• 4.3.2 白腐菌最优工况处理隐藻模型验证78-82
• 4.3.3 白腐菌处理颤藻响应面实验结果82-85
• 4.3.4 白腐菌最优工况处理颤藻模型验证85-89
• 4.3.5 白腐菌处理四尾栅藻响应面实验结果89-91
• 4.3.6 白腐菌最优工况处理四尾栅藻模型验证91-95
• 4.4 讨论95-96
• 4.4.1 白腐菌对隐藻的影响95-96
• 4.4.2 白腐菌对颤藻的影响96
• 4.4.3 白腐菌对四尾栅藻的影响96
• 4.5 本章小结96-98
• 5 白腐菌控藻系统溶藻机理研究98-131
• 5.1 前言98
• 5.2 实验材料及方法98-100
• 5.2.1 实验材料98
• 5.2.2 实验装置98
• 5.2.3 试剂与仪器98
• 5.2.4 实验方法98-99
• 5.2.5 实验测定指标99-100
• 5.2.6 统计分析方法100
• 5.3 实验结果100-128
• 5.3.1 白腐菌三种不同加入方式对隐藻处理效果100-105
• 5.3.2 白腐菌三种不同加入方式对颤藻处理效果105-109
• 5.3.3 白腐菌三种不同加入方式对四尾栅藻处理效果109-113
• 5.3.4 白腐菌三种不同加入方式处理前后藻细胞官能团的变化113-120
• 5.3.5 白腐菌处理三种藻前后流式细胞仪结果120-126
• 5.3.6 扫描电镜结果126-128
• 5.4 讨论128-130
• 5.4.1 白腐菌三种加入方式对藻类生理代谢的影响128
• 5.4.2 白腐菌三种加入方式对藻类官能团的影响128
• 5.4.3 白腐菌处理后对藻细胞内部结构的影响128-129
• 5.4.4 白腐菌处理后对藻细胞表面结构的影响129
• 5.4.5 白腐菌溶藻机理的探讨129-130
• 5.5 本章小结130-131
• 6 白腐菌控藻系统毒理性研究131-147
• 6.1 前言131
• 6.2 实验材料与方法131-134
• 6.2.1 实验材料131
• 6.2.2 实验装置131
• 6.2.3 试剂与仪器131-132
• 6.2.4 实验方法132-134
• 6.2.5 统计分析方法134
• 6.3 实验结果134-144
• 6.3.1 慢性毒理性实验结果134-136
• 6.3.2 微核实验结果136-139
• 6.3.3 彗星实验结果分析139-144
• 6.4 讨论144-145
• 6.4.1 白腐菌处理后水样对小白鼠的影响144-145
• 6.4.2 白腐菌处理后水样对蝌蚪红细胞微核的影响145
• 6.4.3 白腐菌处理后水样对蝌蚪红细胞DNA的影响145
• 6.5 本章小结145-147
• 7 结论与展望147-149
• 7.1 结论147-148
• 7.2 后续工作展望148-149
• 致谢149-151
• 参考文献151-163
• 附录163-164
• A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录163
• B. 作者在攻读博士学位期间申请及授权的专利目录163-164
• C. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目164

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本文编号：740737