隨著水體富營養(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。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： ①取生長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。 ②細(xì)菌溶藻范圍和作用效力試驗(yàn)表明：細(xì)菌S7對銅綠微囊藻、水華魚腥藻、水華微囊藻、柵藻和小球藻均具有溶藻作用，但對水華魚腥藻去除效果最好，對小球藻去除效果最差，葉綠素a的去除率為42.5%～74.8%。該菌對淡水湖泊中常見藍(lán)綠藻有良好的去除效果。 ③利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡觀察溶藻過程，結(jié)果顯示在溶藻過程中藻細(xì)胞依次經(jīng)歷了以下過程：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通過釋放胞外活性物質(zhì)進(jìn)行間接溶藻。 ④對細(xì)菌S7作用過程中藻細(xì)胞的葉綠素a和藻藍(lán)蛋白含量進(jìn)行監(jiān)測，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，說明細(xì)菌可以引起藻細(xì)胞膜脂過氧化；藻細(xì)胞經(jīng)過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，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，然后通過改變細(xì)胞膜的選擇透過性進(jìn)入藻細(xì)胞內(nèi)部，引起藻細(xì)胞膜脂過氧化及活性氧的大量積累，溶藻物質(zhì)進(jìn)一步分解葉綠素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。 ⑤通過萃取、醇沉、透析、硅膠柱層析對細(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；甲醇洗脫組分對銅綠微囊藻的溶藻效果最好；對該組分進(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值對溶藻效應(yīng)有較大影響，通過響應(yīng)曲面Box-Behnken試驗(yàn)對細(xì)菌S7溶藻效應(yīng)的環(huán)境因素進(jìn)行了研究，得出細(xì)菌S7對水華魚腥藻溶藻效應(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3312lux和pH為6.26時(shí)，溶藻細(xì)菌S7對水華魚腥藻溶藻效果最佳，理論最大去除率為91.40%。 ⑦通過響應(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。從三峽庫區(qū)臨江河回水段試驗(yàn)區(qū)采水樣進(jìn)行控藻試驗(yàn)，結(jié)果表明：細(xì)菌S7可以提高水體透明度、改善水質(zhì)環(huán)境，細(xì)菌作用7d對藻細(xì)胞葉綠素a去除率為68.27%，說明溶藻細(xì)菌可以用于環(huán)境水體控制藻類水華，達(dá)到改善水質(zhì)的目的。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：X172
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 藻類水華概述
        1.1.1 藻類水華定義與危害
        1.1.2 藻類水華的成因
    1.2 藻類水華防治方法研究進(jìn)展
        1.2.1 物理方法除藻
        1.2.2 化學(xué)方法除藻
        1.2.3 生物方法除藻
    1.3 溶藻細(xì)菌研究進(jìn)展
        1.3.1 溶藻細(xì)菌的種類
        1.3.2 溶藻細(xì)菌的作用方式
        1.3.3 溶藻細(xì)菌胞外溶藻物質(zhì)的研究
    1.4 課題的提出與主要研究內(nèi)容
        1.4.1 課題的提出、研究目的及意義
        1.4.2 主要研究內(nèi)容
2 細(xì)菌 S7 溶藻特性研究
    2.1 材料與方法
        2.1.1 試驗(yàn)材料
        2.1.2 試驗(yàn)方法
    2.2 結(jié)果與分析
        2.2.1 熒光光譜法測定藍(lán)藻生物量結(jié)果與分析
        2.2.2 溶藻細(xì)菌生長曲線的測定
        2.2.3 溶藻細(xì)菌添加體積分?jǐn)?shù)對溶藻效果的影響
        2.2.4 細(xì)菌 S7 作用范圍和溶藻效力
    2.3 討論
    2.4 小結(jié)
3 細(xì)菌 S7 作用方式的研究
    3.1 材料與方法
        3.1.1 試驗(yàn)材料
        3.1.2 試驗(yàn)方法
    3.2 結(jié)果與分析
        3.2.1 普通光學(xué)顯微鏡觀察溶藻過程
        3.2.2 應(yīng)用掃描電鏡觀察溶藻過程
        3.2.3 溶藻細(xì)菌 S7 的作用方式
    3.3 討論
    3.4 小結(jié)
4 細(xì)菌 S7 對藻細(xì)胞生理的影響
    4.1 材料與方法
        4.1.1 試驗(yàn)材料
        4.1.2 試驗(yàn)方法
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 細(xì)菌 S7 對銅綠微囊藻葉綠素 a 含量的影響
        4.2.2 細(xì)菌 S7 對銅綠微囊藻藻藍(lán)蛋白的影響
        4.2.3 細(xì)菌 S7 對銅綠微囊藻細(xì)胞紅外吸收光譜的影響
        4.2.4 細(xì)菌 S7 對銅綠微囊藻熒光特性分析
        4.2.5 細(xì)菌 S7 對藻細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的影響
    4.3 討論
    4.4 小結(jié)
5 細(xì)菌 S7 胞外溶藻活性物質(zhì)的分離及初步鑒定
    5.1 材料與方法
        5.1.1 材料
        5.1.2 試驗(yàn)方法
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 分離特性
        5.2.2 溶藻物質(zhì)純化
        5.2.3 溶藻物質(zhì)鑒定
    5.3 討論
    5.4 小結(jié)
6 環(huán)境因子對細(xì)菌 S7 溶藻效應(yīng)的影響
    6.1 材料與方法
        6.1.1 試驗(yàn)材料
        6.1.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        6.1.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)
    6.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析
        6.2.1 不同溫度條件對溶藻效果的影響
        6.2.2 不同光照條件對溶藻效果的影響
        6.2.3 不同 pH 條件溶藻效果的影響
    6.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析
        6.3.1 確定因素水平
        6.3.2 確定試驗(yàn)點(diǎn)
        6.3.3 二次回歸擬合及方差分析
        6.3.4 響應(yīng)面分析
        6.3.5 最佳點(diǎn)求解與模型驗(yàn)證
    6.4 小結(jié)
7 溶藻細(xì)菌控藻試驗(yàn)
    7.1 材料與方法
        7.1.1 試驗(yàn)材料
        7.1.2 試驗(yàn)方法
    7.2 結(jié)果與分析
        7.2.1 細(xì)菌濃度對溶藻效果的影響
        7.2.2 葉綠素含量對溶藻效果的影響
        7.2.3 響應(yīng)面法研究葉綠素 a 含量和細(xì)菌濃度對去除率的影響
        7.2.4 水槽試驗(yàn)
    7.3 小結(jié)
8 結(jié)論與建議
    8.1 結(jié)論
    8.2 建議
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    A. 作者在攻讀博士學(xué)位期間參與的課題與論文發(fā)表情況
    B. 作者在攻讀博士學(xué)位期間參加的科研情況

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2840313