青草沙(Qingcaosha,QCS)水庫是上海市最大水源地,位于長江下游的入�？�,是目前世界上最大的河口江心水庫。由于特殊的地理位置,QCS水庫面臨著咸潮入侵風(fēng)險。長江水體進入QCS水庫后,由于水體流速變緩,水貯留時間變長和水庫自身水位較淺等,增加了QCS水庫發(fā)生富營養(yǎng)化和藍藻水華的風(fēng)險。銅綠微囊藻是水體中最為常見的藍藻,可以產(chǎn)生微囊藻毒素(microcystin,MC),用于對抗外界環(huán)境變化。MC不僅對水體中其他生物具有危害作用,而且還影響著供水安全。咸潮入侵帶來的大量離子,改變了藍藻生長環(huán)境,影響藻類的生長和MC的產(chǎn)生。本論文監(jiān)測了QCS水庫咸潮入侵和水華發(fā)生情況。在試驗室內(nèi)以銅綠微囊藻為研究對象,參考課題組前期監(jiān)測數(shù)據(jù),從細胞水平和分子水平,深入探討陰陽離子對銅綠微囊藻生長和MC產(chǎn)生的影響機制,主要研究結(jié)論如下:(1)QCS水庫中的離子抑制藻細胞生長,刺激MC的產(chǎn)生和釋放。chl-a與SO_4~(2-)和Ca~(2+)負相關(guān),細胞內(nèi)MC與SO_4~(2-)正相關(guān),水體中溶解性MC與Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+和K~+離子正相關(guān)。(2)經(jīng)過12 d的培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)抑制銅綠微囊藻的生長。深入研究陰陽離子的抑藻機理,結(jié)果發(fā)現(xiàn),陰陽離子通過抑制DNA復(fù)制,促進細胞分裂,使得細胞發(fā)生死亡,導(dǎo)致銅綠微囊藻細胞密度降低。(3)Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)誘導(dǎo)銅綠微囊藻細胞發(fā)生氧化應(yīng)激。導(dǎo)致細胞內(nèi)ROS水平增加,不僅提高了細胞內(nèi)抗氧化酶(SOD、GPx和GR)活性和抗氧化劑(GSH)含量,還影響了sod和gsh基因mRNA的表達量,從而破壞了細胞內(nèi)抗氧化平衡,引起細胞膜發(fā)生脂質(zhì)過氧化,造成銅綠微囊藻細胞發(fā)生氧化損傷。(4)Cl~-和和Ca~(2+)作用銅綠微囊藻后,細胞內(nèi)碳水化合物的代謝發(fā)生了全局性的遷移調(diào)整。轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明,Cl~-和和Ca~(2+)影響細胞內(nèi)糖酵解、糖異生、戊糖磷酸途徑和檸檬酸循環(huán)關(guān)鍵基因的表達,從而影響碳水化合物的合成和代謝。(5)Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)降低銅綠微囊藻細胞內(nèi)chl-a、類胡蘿卜素和藻藍蛋白的含量,損傷色素捕獲和傳遞光能的能力,影響光反應(yīng)中心對光的傳遞,降低藻細胞對碳的吸收和固定,導(dǎo)致藻細胞光合作用和能量代謝發(fā)生異常。(6)Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)不僅從轉(zhuǎn)錄水平和翻譯水平影響MC合成,還從細胞水平上影響環(huán)狀多肽MC的產(chǎn)生。陰陽在轉(zhuǎn)錄水平上影響編碼合成MC基因(mcyD、mcyA、mcyB和mcyF)mRNA的表達量;在翻譯水平上不僅控制核糖體大、小亞基和氨酰-tRNA合成酶的生成,還促進細胞內(nèi)新生肽鏈的分泌;在細胞水平上促進細胞內(nèi)MC的產(chǎn)生和細胞外MC的釋放。綜上所述,Cl~-、SO_4~(2-)、Ca~(2+)和Mg~(2+)可抑制銅綠微囊藻細胞的生長,降低藻細胞的光合作用,使得藻細胞發(fā)生氧化損傷,影響細胞內(nèi)碳水化合物的代謝,抑制細胞內(nèi)DNA復(fù)制,影響細胞內(nèi)多肽翻譯,促進新生成肽鏈分泌,引起藻細胞死亡,導(dǎo)致銅綠微囊藻細胞產(chǎn)生和釋放大量的MC。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：X524
【部分圖文】：

1.3.2 微囊藻毒素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)微囊藻毒素（microcystin, MC）是一種環(huán)狀七肽，是藍藻的次級代謝產(chǎn)物，分子量大約為1000道爾頓。結(jié)構(gòu)式為-D-Ala-X-D-MeAsp-Z-Adda-D-Glu-Mdh（a如圖1.1），其中 Ala 為丙氨酸，MeAsp 為 3-甲基-天冬氨酸，Adda 為 3-氨基-9 甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基-4，6-癸二烯酸，Glu 為異谷氨酸，Mdha 為 N-甲基脫氫丙氨酸，X、Z 為可變化的兩個氨基酸殘基。Adda 與 MC 的毒性密切相關(guān)

分別為 mcyABC 和 mcyDEFGHIJ（如圖1.2）。NRPSs 是 MC 的主要合成酶，具有模塊結(jié)構(gòu)，可以活化、硫醇化、修飾和縮合特異的氨基酸底物[62]。PKSs 是多功能超大合成酶，參與 Adda 脂肪酸側(cè)鏈的合成[63]，Adda 與 MC 的毒性密切相關(guān)。Adda 由大的操縱子 mcyDEFGHIJ 編碼合成。mcyA-G和 mcyJ 編碼 PKSs/ NRPS 模塊，修飾和延伸聚酮化合物和多肽鏈[64]。mcyFIJ 編碼參

交通大學(xué)博士學(xué)位論文 緒/L、11.48 mg/L、78.71 mg/L 和 32.42 mg/L[128]。另有報道指出在 2014 年 2 月 3 日S 水庫氯化物濃度超標，最高超過 3000 mg/L，嚴重影響了寶山、普陀、嘉定等的供水安全。因此，做好咸潮入侵的預(yù)報工作，對于保證QCS 水庫水質(zhì)至關(guān)重要前針對咸潮入侵的發(fā)生，水庫管理部門對 QCS 水庫采取早期預(yù)警、提前蓄水的，以避免咸潮入侵對水庫帶來的影響。
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本文編號：2864509