發(fā)布時間：2020-11-04 05:36

　　 藍(lán)藻水華是一個世界性的水環(huán)境問題,它的大規(guī)模爆發(fā)會嚴(yán)重影響水生態(tài)系統(tǒng)。浮游細(xì)菌在生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著重要作用,研究藍(lán)藻水華發(fā)展不同階段浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的演替有助于對藍(lán)藻水華過程有更深刻理解與認(rèn)識。藍(lán)藻大規(guī)模爆發(fā)期間,機(jī)械打撈是一種及時有效的治理措施,在我國已被廣泛應(yīng)用。藍(lán)藻打撈后進(jìn)行藻水分離,產(chǎn)生大量藻渣,易對環(huán)境造成二次污染,因此對藍(lán)藻生物質(zhì)進(jìn)行無害化處理的同時,尋求一種有效的資源化利用方法,使其變廢為寶,是十分重要的。另一方面,分離產(chǎn)生的尾水中仍然包含一些單個藍(lán)藻細(xì)胞或小的藻細(xì)胞聚集體,需要進(jìn)一步處理。針對以上問題,本論文在生態(tài)調(diào)研以及大量的試驗研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了藍(lán)藻水發(fā)爆發(fā)前、中、后期細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化,成功發(fā)展了一種用于藻水分離后尾水中藻細(xì)胞去除的絮凝劑,深入探究了藍(lán)藻生物質(zhì)的資源化利用方法,包括藍(lán)藻生物碳電極在生物電化學(xué)體系中的應(yīng)用和核黃素的電化學(xué)檢測。主要研究內(nèi)容如下:1.利用高通量測序技術(shù)解析了典型富營養(yǎng)化湖泊巢湖藍(lán)藻爆發(fā)前期、中期與后期浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的特點,結(jié)果表明在藍(lán)藻爆發(fā)不同時期,浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的改變,總的與較豐富的浮游細(xì)菌群落在不同水華期間展現(xiàn)了相似的變化趨勢,而稀有細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢則存在明顯差異。藍(lán)藻水華期間,浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性最低。水華后期,總的與較豐富浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有一定程度的恢復(fù),主要歸因于屬于變形菌門、擬桿菌門、放線菌門以及厚壁菌門的OTUs變化。通過經(jīng)典對應(yīng)分析識別了引起浮游細(xì)菌群落差異的相關(guān)環(huán)境因子。2.提出了一種可有效絮凝沉淀藍(lán)藻細(xì)胞的新穎方法。以銅綠微囊藻為模型,用水解尿液作為絮凝劑,可以在6小時內(nèi)將97%以上的藻細(xì)胞沉降去除,同時尿液中的氮磷營養(yǎng)物通過鳥糞石形式沉淀回收。鎂離子的投加可以促進(jìn)藻細(xì)胞的絮凝效率、營養(yǎng)物的去除以及鳥糞石的收益。鈣離子通過形成磷酸鈣也可以強(qiáng)化藻細(xì)胞去除效率。絮凝過程中未觀察到明顯的藻細(xì)胞破損。3.利用打撈的廢棄藍(lán)藻生物質(zhì),通過熱解獲得生物碳(Biochar)材料,生物碳沉積ITO玻璃表面作為生物陽極(Biochar/ITO陽極),與ITO電極相比,Biochar/ITO陽極展現(xiàn)了較好的生物兼容性、較低的電荷轉(zhuǎn)移阻抗、對氧化還原媒介更強(qiáng)的電化學(xué)響應(yīng)與吸附能力,將它用于微生物電解池展現(xiàn)了優(yōu)越的產(chǎn)電能力,最大電流密度是分別高于ITO與石墨陽極5.4與4.1倍。通過原位吸附方式將核黃素修飾到藍(lán)藻生物碳電極表面,循環(huán)伏安測試證實了修飾成功且核黃素不易解析。藍(lán)藻生物碳/核黃素復(fù)合電極應(yīng)用于生物電化學(xué)系統(tǒng)的陽極可提高電極表面細(xì)菌的附著,明顯強(qiáng)化生物電流的產(chǎn)生。4.制備了電化學(xué)法檢測核黃素的藍(lán)藻生物碳電極。循環(huán)伏安分析表明藍(lán)藻生物碳電極對核黃素的電化學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度具有pH依賴性,其中pH 2.16時電化學(xué)響應(yīng)最為強(qiáng)烈。差分脈沖伏安法用于核黃素定量分析,其檢測線性范圍為5 nM～4μM,最低檢測限為5 nM。維生素、離子、葡萄糖對測核黃素并無明顯干擾,該方法可以較好地確定食品、藥品中的核黃素含量。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X524;X17
【部分圖文】：

有著非常重大的意義。??在富營養(yǎng)化湖泊（比如太湖、巢湖、滇池）中，藍(lán)藻水華爆發(fā)是一種常見現(xiàn)??象［１７－１９］。圖１－１是用普通相機(jī)拍攝的太湖藍(lán)藻爆發(fā)時的照片。藍(lán)藻水華大規(guī)??模爆發(fā)會引起水生態(tài)系統(tǒng)改變，進(jìn)一步引起浮游細(xì)菌群落變化［２〇，?２１］。Ｌｉ等［２１］??基于傳統(tǒng)分子生物學(xué)技術(shù)－末端限制性片段長度多態(tài)性（Ｔ－ＲＦＬＰ）研宄了太湖浮??游細(xì)菌群落對藍(lán)藻水華的響應(yīng)，結(jié)果表明藍(lán)藻水華導(dǎo)致浮游細(xì)菌群落發(fā)生明顯改??變；同時發(fā)現(xiàn)微球菌亞目與水華藍(lán)藻很可能具有腐生關(guān)系，具有裂解藍(lán)藻生物質(zhì)??功能，顯示了藍(lán)藻參與的水生生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性。此外，水華期間檢測到一些潛??在致病菌，比如軍團(tuán)菌目，結(jié)露其與藍(lán)藻水華關(guān)系以及對人類健康風(fēng)險評估顯得??十分必要。??霸ｄｉｎ??ｈ??圖１－１藍(lán)藻爆發(fā)時照片［７３］??藍(lán)藻水華期間，一些浮游細(xì)菌會附在藍(lán)藻膠鞘中（主要成分為黏多糖）形成??特別的微環(huán)境。藍(lán)藻與細(xì)菌通常在此微環(huán)境中會彼此互相作用，既存在互利共生??關(guān)

第一章緒論，比如藍(lán)藻細(xì)胞是如何耐受冬天低溫環(huán)境、湖泊底部微弱光照甚藍(lán)藻在這種惡劣環(huán)境中生存的極限是什么？觸發(fā)藍(lán)藻復(fù)蘇的因閾值是什么？等等仍然處于研究階段，實際應(yīng)用還需要很長時間。期間，一般采取一些物理（絮凝或打撈清除藍(lán)藻等）、化學(xué)（化酸銅直接殺藻）或生物（溶藻細(xì)菌或原生動物等）的方法來直接除接物理打撈藍(lán)藻方法被廣泛應(yīng)用，尤其在中國，十分受到重視，水華的一項長期舉措。??

圖２－１藍(lán)藻爆發(fā)前期（ａ）、爆發(fā)期間（ｂ）以及爆發(fā)后期（ｃ）采樣位置實地照片。??巢湖近岸水域（３１°４２＇６０〃Ｎ，１１７°２０＇１９〃Ｅ）的藍(lán)藻水華比較厚重，在其附近??選擇四個取樣點進(jìn)行取樣，圖２－１展示了不同藍(lán)藻水華階段采樣位置實地圖片，??相鄰點之間間隔約５０?ｍ。為了避免沉積物的干擾，選擇微風(fēng)天氣采集水樣。取??樣時間為２０１６年４月２８日、８月１日以及１０月１１日，分別代表藍(lán)藻爆發(fā)前、??中、后期。使用２．５?Ｌ的有機(jī)玻璃采樣器，采集表層水樣（０￣?３０?ｃｍ）。采樣時??使用ＹＳＩ?６０００多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場監(jiān)測水溫（Ｔ）、ｐＨ、溶解氧（ＤＯ）、電導(dǎo)??率（ＥＣ）參數(shù)。其他水質(zhì)參數(shù)，比如葉綠素ａ（Ｃｈｌａ）、銨氮（ＮＨ４－Ｎ）、硝氮（Ｎ０３－Ｎ）、??亞硝氮（ＮＯ２－Ｎ）、總氮（ＴＮ）、正磷（Ｐ０４－Ｐ）以及總磷（ＴＰ），一周內(nèi)在實驗??室完成分析。分析方法采用國標(biāo)法，具體見參考文獻(xiàn)［１６］。??２．２．２?ＤＮＡ提取與１６Ｓ?ｒＲＮＡ基因擴(kuò)增子測序??將２００？３００?ｍＬ水樣過０．２２?ｐｍ孔徑的混合纖維膜（直徑４５?ｍｍ），浮游細(xì)??菌細(xì)胞被截留于膜表面
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本文編號：2869697