溶藻細(xì)菌S7溶藻特性、機(jī)理及影響因素的研究.pdf

1、隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的日益嚴(yán)重，有害藻類水華頻繁爆發(fā)，探索行之有效的抑藻和除藻途徑極為迫切，溶藻細(xì)菌作為一種新的生物控藻手段顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。溶藻細(xì)菌一般分離自暴發(fā)水華的水體，這種土著細(xì)菌在工程應(yīng)用中具有安全、特異、高效等特點(diǎn)。課題組從三峽庫(kù)區(qū)暴發(fā)水華的河流中分離出一株溶藻細(xì)菌，命名為S7，本文以導(dǎo)致水華暴發(fā)的代表性藍(lán)綠藻為研究對(duì)象，研究了該菌的溶藻特性、探討了溶藻機(jī)理并分析了溶藻效應(yīng)的影響因素。論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：

2、r>　?、偃∩L(zhǎng)24h的細(xì)菌S7，分別將不同體積的細(xì)菌添加到藻液中進(jìn)行溶藻試驗(yàn)，結(jié)果表明：溶藻作用的發(fā)生對(duì)投加細(xì)菌的體積分?jǐn)?shù)有個(gè)下限的要求，初始體積分?jǐn)?shù)越大溶藻現(xiàn)象越明顯，溶藻時(shí)間也越短。當(dāng)細(xì)菌的體積分?jǐn)?shù)大于1:50時(shí)，細(xì)菌S7在第5d表現(xiàn)出溶藻作用。
　?、诩?xì)菌溶藻范圍和作用效力試驗(yàn)表明：細(xì)菌S7對(duì)銅綠微囊藻、水華魚(yú)腥藻、水華微囊藻、柵藻和小球藻均具有溶藻作用，但對(duì)水華魚(yú)腥藻去除效果最好，對(duì)小球藻去除效果最差，葉綠素a的去除率為

3、42.5％～74.8%。該菌對(duì)淡水湖泊中常見(jiàn)藍(lán)綠藻有良好的去除效果。
　?、劾霉鈱W(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察溶藻過(guò)程，結(jié)果顯示在溶藻過(guò)程中藻細(xì)胞依次經(jīng)歷了以下過(guò)程：細(xì)胞膜收縮→細(xì)胞膜凹陷→細(xì)胞膜形成抑痕→細(xì)胞膜破裂→細(xì)胞質(zhì)和色素外泄→細(xì)胞死亡。在藻液中分別加入經(jīng)不同方法處理后的菌液（包括未經(jīng)處理的原菌液、高溫滅菌20min的菌液、0.22μm濾膜過(guò)濾液、經(jīng)10000rpm離心的上清液）進(jìn)行溶藻試驗(yàn)，結(jié)果表明：細(xì)菌 S7通過(guò)釋放胞外活性

4、物質(zhì)進(jìn)行間接溶藻。
　?、軐?duì)細(xì)菌S7作用過(guò)程中藻細(xì)胞的葉綠素a和藻藍(lán)蛋白含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明：隨著藻細(xì)胞的急劇減少，藻細(xì)胞葉綠素a和藻藍(lán)蛋白含量下降明顯；對(duì)藻細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在溶藻初期，超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性顯著升高，表明細(xì)菌的溶藻作用激發(fā)了藻細(xì)胞的抗氧化系統(tǒng)參與反應(yīng)，但隨著細(xì)菌的繼續(xù)作用，SOD和CAT活性下降，表明藻細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)遭到破壞，丙二醛（MDA）含量也顯著提高，說(shuō)

5、明細(xì)菌可以引起藻細(xì)胞膜脂過(guò)氧化；藻細(xì)胞經(jīng)過(guò)PI特異熒光標(biāo)記后，用流式細(xì)胞儀分析藻細(xì)胞自發(fā)熒光和特異熒光信號(hào)，結(jié)果表明：藻細(xì)胞的核酸物質(zhì)和細(xì)胞膜均遭到破壞，葉綠素a和藻藍(lán)蛋白含量變化與細(xì)胞膜的損傷情況具有一致性；藻細(xì)胞成分的紅外光譜分析也顯示藻細(xì)胞解體，蛋白質(zhì)遭到破壞。據(jù)此推測(cè)細(xì)菌 S7的溶藻機(jī)理為：溶藻物質(zhì)先損壞藻體的細(xì)胞壁和粘質(zhì)膠被，然后通過(guò)改變細(xì)胞膜的選擇透過(guò)性進(jìn)入藻細(xì)胞內(nèi)部，引起藻細(xì)胞膜脂過(guò)氧化及活性氧的大量積累，溶藻物質(zhì)進(jìn)一步分

6、解葉綠素 a，破壞蛋白質(zhì)，核酸等物質(zhì)，進(jìn)而造成藻體正常生理功能的喪失，最終導(dǎo)致細(xì)胞破裂死亡。
　?、萃ㄟ^(guò)萃取、醇沉、透析、硅膠柱層析對(duì)細(xì)菌S7分泌的溶藻物質(zhì)進(jìn)行分離純化并利用紫外光譜、紅外光譜和熒光光譜對(duì)該溶藻活性物質(zhì)進(jìn)行研究，結(jié)果表明：該活性物質(zhì)的分子量小于8kDa；甲醇洗脫組分對(duì)銅綠微囊藻的溶藻效果最好；對(duì)該組分進(jìn)行200～900nm的紫外光譜掃描，其洗脫組分在330nm處有高強(qiáng)度的吸收峰，表明其中的溶藻活性物質(zhì)可能含有3～5

7、個(gè)共軛單位；紅外光譜掃描的結(jié)果表明溶藻物質(zhì)可能含有羥基、飽和烴基和芳香醚；熒光光譜分析結(jié)果表明溶藻物質(zhì)可能具有熒光屬性，三維熒光光譜圖有兩個(gè)較強(qiáng)的熒光峰，峰值分別出現(xiàn)在264/436nm和378/369nm,且264/436nm峰熒光強(qiáng)度大于378/369nm峰；該物質(zhì)可能是一種新的溶藻物質(zhì)。
　　⑥單因素試驗(yàn)結(jié)果表明：溫度、光照和pH值對(duì)溶藻效應(yīng)有較大影響，通過(guò)響應(yīng)曲面 Box-Behnken試驗(yàn)對(duì)細(xì)菌S7溶藻效應(yīng)的環(huán)境因素進(jìn)行

8、了研究，得出細(xì)菌 S7對(duì)水華魚(yú)腥藻溶藻效應(yīng)3個(gè)環(huán)境因子的二次多項(xiàng)式模型，模型顯著性高，擬合度好。通過(guò)響應(yīng)面分析得到優(yōu)化組合，即在培養(yǎng)溫度33.06℃，光照強(qiáng)度3312 lux和pH為6.26時(shí)，溶藻細(xì)菌S7對(duì)水華魚(yú)腥藻溶藻效果最佳，理論最大去除率為91.40%。
　?、咄ㄟ^(guò)響應(yīng)曲面Central-Composit試驗(yàn)得出了藻細(xì)胞去除率與細(xì)菌濃度、水體葉綠素a濃度關(guān)系的二次多項(xiàng)式模型，為溶藻細(xì)菌的工程應(yīng)用提供了理論參考。從三峽庫(kù)區(qū)臨