溶藻菌與絮凝技術(shù)處理銅綠微囊藻的研究.pdf

1、當(dāng)前，有害水華時(shí)常爆發(fā)，而銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）則是我國(guó)水華爆發(fā)的罪魁禍?zhǔn)?。?jù)報(bào)道，我國(guó)75％以上的湖泊遭受了水華污染，這不僅給地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅，也給水生生物乃至人類健康帶來(lái)了不小挑戰(zhàn)。由此可見(jiàn)，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(lái)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(duì)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(duì)銅綠微囊藻的溶藻特性，結(jié)果表明，當(dāng)以葡萄糖為唯一碳源時(shí)，細(xì)菌R1在72h時(shí)對(duì)銅綠微囊藻的溶藻率可達(dá)到81.63±2.18％;而當(dāng)以麩皮為唯一碳源時(shí)，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(jī)理，首先使用轉(zhuǎn)座突變法構(gòu)建細(xì)菌R1的突變株，再通過(guò)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?yàn)樘窃铣擅窤，即glgA。隨后分別在轉(zhuǎn)錄

3、和翻譯兩個(gè)水平尋找原因。首先以glgA為目標(biāo)基因，測(cè)定了兩種不同碳源培養(yǎng)下glgA基因的表達(dá)量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)葡萄糖為碳源時(shí)glgA基因的相對(duì)表達(dá)量略小于以麩皮為碳源培養(yǎng)時(shí)的相對(duì)表達(dá)量，由此推測(cè)，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(cè)了細(xì)菌R1的全蛋白表達(dá)譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)菌R1在兩種不同碳源培養(yǎng)下總蛋白表達(dá)差異顯著。在以葡萄糖為碳源時(shí)，其蛋白表達(dá)種類相對(duì)較少;而當(dāng)以麩皮為碳源時(shí)，細(xì)菌蛋白表達(dá)種類明顯增多。由此推測(cè)

4、，不同碳源培養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)菌R1蛋白表達(dá)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(duì)銅綠微囊藻的溶藻活性。細(xì)菌F8在72 h內(nèi)對(duì)銅綠微囊藻的溶藻率可以達(dá)到88.45±1.24％。為了更好地實(shí)際應(yīng)用，使用海藻酸鈉對(duì)細(xì)菌F8進(jìn)行了固定化處理，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)固定化抑制了細(xì)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(lái)的負(fù)面影

5、響，而且還能將固定化F8的溶藻活性提高8.83％。實(shí)驗(yàn)中依次使用了排除法和回補(bǔ)法研究麩皮中促進(jìn)固定化細(xì)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(guò)促進(jìn)固定化細(xì)菌的生長(zhǎng)的方式促進(jìn)其溶藻活性。
　　(3)我們首次將甲基營(yíng)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(guò)分析藻細(xì)胞中相對(duì)活性氧水平、丙二醛濃度、超氧化物歧化酶活性以及通過(guò)熒光染

6、色技術(shù)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌ZJU對(duì)藻細(xì)胞造成的氧化損傷主要改變了藻細(xì)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(qiáng)化細(xì)菌ZJU的實(shí)用性，在此基礎(chǔ)上，我們提出了一個(gè)新的想法:即在固定化的過(guò)程中添加Fe3O4納米顆粒與麩皮來(lái)增強(qiáng)固定化ZJU的溶藻性能。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中制備了一種由粘土、微生物絮凝劑以及無(wú)機(jī)絮凝劑組成的新型復(fù)合絮凝劑，同時(shí)研究了該復(fù)合絮凝劑對(duì)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(tuán)，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(tuán)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(jìn)一步測(cè)定了復(fù)合絮凝劑的絮凝活性，結(jié)果表明當(dāng)銅綠微囊藻濃度(OD680)為0.1時(shí)，復(fù)合絮凝劑對(duì)其絮凝率可在2 min內(nèi)達(dá)到100±0.13％;而當(dāng)藻細(xì)胞濃度增長(zhǎng)到1.0時(shí)，復(fù)合絮凝劑對(duì)其絮凝率可在5 min內(nèi)達(dá)到100±0.08％。
　　(5)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(duì)EPS-1絮凝活性的貢獻(xiàn)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(tuán)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(duì)含量依次為62.63％、24.91％以及10.5％。Zeta電勢(shì)分析結(jié)果表明電