溶藻菌與絮凝技術(shù)處理銅綠微囊藻的研究.pdf

1、當前，有害水華時常爆發(fā)，而銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）則是我國水華爆發(fā)的罪魁禍首。據(jù)報道，我國75％以上的湖泊遭受了水華污染，這不僅給地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展帶來了嚴重的威脅，也給水生生物乃至人類健康帶來了不小挑戰(zhàn)。由此可見，現(xiàn)在我們急需尋找能夠有效治理有害水華的策略以減少其爆發(fā)給我們帶來的不利影響。在本研究中，我們分別研究了不同溶藻菌以及微生物絮凝劑對銅綠微囊藻的除藻效果，并得到如下主要結(jié)論:
　　(1)分別以

2、麩皮和葡萄糖為碳源研究檸檬酸桿菌R1（Citrobacter sp.R1）對銅綠微囊藻的溶藻特性，結(jié)果表明，當以葡萄糖為唯一碳源時，細菌R1在72h時對銅綠微囊藻的溶藻率可達到81.63±2.18％;而當以麩皮為唯一碳源時，其72 h的溶藻率僅為-0.08±3.34％。為了研究造成該差異的分子機理，首先使用轉(zhuǎn)座突變法構(gòu)建細菌R1的突變株，再通過巢式PCR等技術(shù)獲得該菌的溶藻關(guān)鍵基因，經(jīng)鑒定該基因為糖原合成酶A，即glgA。隨后分別在轉(zhuǎn)錄

3、和翻譯兩個水平尋找原因。首先以glgA為目標基因，測定了兩種不同碳源培養(yǎng)下glgA基因的表達量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)葡萄糖為碳源時glgA基因的相對表達量略小于以麩皮為碳源培養(yǎng)時的相對表達量，由此推測，glgA基因轉(zhuǎn)錄水平的差異可能不是導(dǎo)致溶藻效果出現(xiàn)差異的原因。其次檢測了細菌R1的全蛋白表達譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細菌R1在兩種不同碳源培養(yǎng)下總蛋白表達差異顯著。在以葡萄糖為碳源時，其蛋白表達種類相對較少;而當以麩皮為碳源時，細菌蛋白表達種類明顯增多。由此推測

4、，不同碳源培養(yǎng)誘導(dǎo)的細菌R1蛋白表達差異可能是導(dǎo)致其溶藻效果差異的主要原因。
　　(2)我們研究了產(chǎn)堿桿菌F8(Alcaligenes aquatilis F8)對銅綠微囊藻的溶藻活性。細菌F8在72 h內(nèi)對銅綠微囊藻的溶藻率可以達到88.45±1.24％。為了更好地實際應(yīng)用，使用海藻酸鈉對細菌F8進行了固定化處理，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)固定化抑制了細菌F8的溶藻活性。然而，向海藻酸鈉基質(zhì)中添加麩皮不僅能夠消除固定化技術(shù)給溶藻活性帶來的負面影

5、響，而且還能將固定化F8的溶藻活性提高8.83％。實驗中依次使用了排除法和回補法研究麩皮中促進固定化細菌溶藻活性的關(guān)鍵成分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)麩皮中的關(guān)鍵組分維生素B1、B2、B9以及E可通過促進固定化細菌的生長的方式促進其溶藻活性。
　　(3)我們首次將甲基營養(yǎng)型芽孢桿菌ZJU(Bacillus methylotrophicus ZJU)用于控制銅綠微囊藻的研究。通過分析藻細胞中相對活性氧水平、丙二醛濃度、超氧化物歧化酶活性以及通過熒光染

6、色技術(shù)發(fā)現(xiàn)細菌ZJU對藻細胞造成的氧化損傷主要改變了藻細胞的膜通透性、代謝活性及其膜電位。此外，使用固定化技術(shù)強化細菌ZJU的實用性，在此基礎(chǔ)上，我們提出了一個新的想法:即在固定化的過程中添加Fe3O4納米顆粒與麩皮來增強固定化ZJU的溶藻性能。實驗結(jié)果表明Fe3O4納米顆粒賦予了固定化ZJU大小為30.87emu/g的磁性，這使得我們能夠使用磁性裝置將其回收。而麩皮的添加將固定化ZJU的溶藻活性提高了10.34％。
　　(4)本

7、實驗中制備了一種由粘土、微生物絮凝劑以及無機絮凝劑組成的新型復(fù)合絮凝劑，同時研究了該復(fù)合絮凝劑對銅綠微囊藻的絮凝能力。由銅綠假單胞菌ZJU1（Pseudomonas aeruginosa ZJU1）分泌的胞外多聚物(EPS)是該復(fù)合絮凝劑的關(guān)鍵組分。我們分析了EPS的組成及其官能團，結(jié)果表明多糖、蛋白質(zhì)以及核酸是EPS的主要成分，而其中的極性基團則與其絮凝活性有關(guān)。使用響應(yīng)面法優(yōu)化該復(fù)合絮凝劑的組成，其最優(yōu)組分及其濃度分別為高嶺土2.3

8、8g/L、CaCl20.28g/L、KAl(SO4)20.09g/L以及EPS1.75mg/L。進一步測定了復(fù)合絮凝劑的絮凝活性，結(jié)果表明當銅綠微囊藻濃度(OD680)為0.1時，復(fù)合絮凝劑對其絮凝率可在2 min內(nèi)達到100±0.13％;而當藻細胞濃度增長到1.0時，復(fù)合絮凝劑對其絮凝率可在5 min內(nèi)達到100±0.08％。
　　(5)實驗中純化到另一種新型的微生物絮凝劑，EPS-1，并用于絮凝處理高嶺土以及銅綠微囊藻。EPS

9、-1的一個重要的特征即其蛋白質(zhì)濃度，EPS-1中至少含有18種蛋白質(zhì)，總蛋白濃度為31.70％，蛋白組分對EPS-1絮凝活性的貢獻率不小于33.93％。此外，EPS-1含有57.12％的多糖，主要由麥芽糖，D-木糖，甘露糖以及D-果糖組成。EPS-1的主要官能團有羰基、氨基、羥基以及酰胺基。組成EPS-1的三種主要元素分別為C1s、O1s及N1s，且他們的相對含量依次為62.63％、24.91％以及10.5％。Zeta電勢分析結(jié)果表明電