微囊藻毒素在超声场中的降解研究

研究了功率超声对有毒蓝藻的主要次级代谢物藻毒素的降解作用,以及超声参数等条件对降解效果的影响.结果表明微囊藻毒素在超声场中具有很好的降解效果,实验条件下,频率为150 kHz的超声对藻毒素的降解效果最好,其功率为40 W时,作用20 min后藻毒素的降解率可达到70%以上.同时紫外光辐照可以有效地强化超声对藻毒素的降解.     

UV/TiO2光催化氧化技术降解颤藻及其毒素的研究

UV/TiO₂为非选择性高级氧化技术，对各类蓝藻均有降解能力，但其处理效果受蓝藻生理生化特性的影响。自然水体中往往存在多种有害蓝藻优势种，然而目前UV/TiO₂降解有害蓝藻的研究大多以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为对象，对其他具有不同生理生化特性的蓝藻优势种的处理效果与机制研究仍鲜有报道。近年来，另一种常见的产毒蓝藻——颤藻(Oscillatoria sp.)在水源地的频繁暴发使其受到广泛关注并急需找到具有针对性的治理方法。为探索UV/TiO₂高级氧化技术治理水体中颤藻的可行性，针对UV/TiO₂降解过程中颤藻细胞的裂解机制、微囊藻毒素与柱孢藻毒素的降解效率以及胞外有机物的变化规律进行研究，并与同等条件下铜绿微囊藻的降解过程进行比较。     

洋河水库微囊藻毒素及产毒株种群丰度的时空分布特征

在洋河水库设置6个采样点,于2015年5—10月采集水样,利用高效液相色谱测定了微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的浓度,并采用基于mcy A和mcy B基因的荧光定量PCR技术检测产毒蓝藻与产毒微囊藻种群.同时,分析了水体中微囊藻毒素浓度和组成的时空分布特征,以及产毒蓝藻与产毒微囊藻丰度的动态变化.结果表明,洋河水库微囊藻毒素(Microcystins,MCs)浓度范围为0.24~10.99μg·L~(-1);水体中产毒蓝藻占总蓝藻种群丰度的7%~55%,产毒微囊藻占总微囊藻种群丰度的8%~59%,是主要的产毒蓝藻;微囊藻毒素浓度与产毒株种群丰度时空分布特征一致,季节变化规律为夏季秋季春季,空间分布表现为西洋河口附近区域高于东洋河口附近区域;而微囊藻毒素组成无显著时空差异,均以MC-RR和MC-LR 2种亚型为主.Pearson相关分析显示,产毒微囊藻种群丰度及其比例是影响微囊藻毒素浓度变化的主要因素,且其与总磷和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.01).     

可见光TiO2光催化降解微囊藻毒素的研究进展

蓝藻释放出的微囊藻毒素严重威胁着人类的健康,不仅对人类的肝脏造成严重的损伤,对人类的生殖生长发育也有潜在的影响。针对上述情况,文章简要评析了微囊藻毒素处理的总体研究现状,以微囊藻毒素的分子结构和理化性质为基础,重点阐明了光催化的机理与微囊藻毒素光催化过程中的中间产物,详细介绍了可见光催化降解微囊藻毒素的途径,阐述了提高二氧化钛可见光活性的方法以及常见的可见光催化处理工艺,叙述了可见光催化降解微囊藻毒素的影响因素,并指出当前探索所遇到的问题以及未来研究的发展趋势,以期为该领域的进一步研究提供参考。     

微囊藻毒素的提取纯化及制备方法研究

蓝藻水华污染所带来的主要危害是由毒蓝藻向水体中释放多种不同类型的微囊藻毒素(Microcystis,MCs),其中微囊藻毒素MC-LR和MC-RR是我国富营养化水体中最主要的2种藻毒素.为解决对MCs进行深入研究中的MCs纯品缺少问题,迫切需要研究1种有效提取.纯化、制备MCs的方法.以天然水华蓝藻为原料,建立了以甲醇溶液提取、固相萃取和半制备色谱分离为主要步骤的微囊藻毒素提取、纯化和制备的方法.通过优化提取、分离和制备条件,制备了一定量的微囊藻毒素MC-LR和MC-RR高纯度样品.样品经HPLC鉴定分析,纯度可达98%以上.干燥后可得2种微囊藻毒素纯品分别为MC-RR121.1μg,MC-LR62.8μg.     

太湖微囊藻毒素年变化及其与浮游生物的关系

应用酶联免疫吸附法,对太湖 6 个样点进行了为期 1 年的微囊藻毒素(MC)的监测,探讨了微囊藻毒素随时间变化的趋势及其与浮游生物的关系.结果表明,微囊藻毒素在湖体中的全年变化趋势和藻类生长繁殖的全年变化趋势有共同之处,均表现为夏、秋季高.但微囊藻毒素含量的峰值比藻类生物量的峰值略有滞后,并且在夏、秋季藻毒素含量总体水平较高的时期内,有明显的起伏;微囊藻毒素含量与蓝藻生物量呈高度相关,如果该样点藻类优势种为蓝藻,则微囊藻毒素含量与藻类总生物量亦相关;和浮游植物存在捕食关系的浮游动物(轮虫和原生动物)与藻毒素含量也存在相关性.     

北方"静水水域"生态系统中藻类优势种及其环境行为

本文以大浪淀为例，分析探讨了北方“静水水域”中藻类的优势种及其环境行为，检测结果发现，在大浪淀水体中优势藻类是蓝藻门的铜绿微囊藻以及绿藻门的葡萄藻，而铜绿微囊藻是一种能够产生微囊藻毒素的藻种，微囊藻毒素是一种近年来倍受人们所关注的“促癌剂”。本文还提出了调控对策。     

不同分子量富里酸对藻毒素紫外光降解的影响

蓝藻在生长繁殖过程中会向水体中释放具有生物毒性的微囊藻毒素(MC-LR),对人体健康存在潜在威胁.富里酸(FA)是水体中广泛存在的水环境介质,其不同分子量组分对MC-LR光降解的影响机理尚未明确.通过紫外光照实验,探究不同分子量FA及相关条件因素对紫外光降解MC-LR效果的影响.结果表明:MC-LR的降解率随着pH值的...     

水中痕量微囊藻毒素的检测

微囊藻毒素是由蓝藻产生的一类环状七肽物质,该毒素可引起动物中毒并对人类产生危害,迫切需要对饮用水源中的微囊藻毒素进行检测.实验建立了固相萃取(SPE)结合高效液相色谱(HPLC)分析水中痕量微囊藻毒素方法,该方法快速、灵敏,适用于快速分析环境水样中的2种常见微囊藻毒素MC-LR和MC-RR,绝对量检出限可达1.00 ng,线性定量范围为0.125～50 μg/L.      

降解微囊藻毒素菌种的筛选和活性研究

研究了滇池底泥和表层水体中的微生物菌群降解微囊藻毒素(Microcystins, MCs)的能力差异,发现底泥中的微生物菌群对MCs有更强的生物降解能力.采用从滇池水华蓝藻细胞中提取提纯的微囊藻毒素作为微生物生长的唯一碳源和氮源,先后经过液体和固体培养基培养后,通过挑取单克隆菌落,分别从底泥中筛选出了能够降解MC-RR和LR的5种不同微生物菌种.其中筛选的菌种D降解MCs的能力最强,在3 d内可将初始浓度分别为60.1 mg·L^-1和38.7 mg·L^-1的MC-RR和LR全部降解,日均降解MC-RR和LR的速率分别高达20.0 mg·L^-1和12.9 mg·L^-1.     

Influence of sunlight on the proliferation of cyanobacterial blooms and its potential applications in Lake Taihu, China

To learn the relationship between sunlight intensity and cyanobacterial proliferations for the further control of the heavy blooms, enclosure experiment were conducted in Meiliang Bay, Lake Taihu by regulating the natural light intensities with different shading ratio （0% （full sunlight）, 10%, 25%, 50% and 75% of original natural sunlight intensities） from September to November in 2010. The results indicated that phytoplankton biomass （mean） decreased significantly when the shading ratios reached 50% or more. Higher shading ratios （e.g. 75%） were very efficient in controlling the average and total cyanobacterialbloom biomass, while 50% shading ratio was proven very effective either in controlling the peak value of phytoplankton biomass or postponing the occurrence of cyanobacterial blooms in Lake Talhu. In addition, phytoplankton composition and photosynthesis efficiency were also affected by altering the shading ratios, and in turn, they might also act on phytoplankton growth. Based on the results from the present study, intermediate shading strategies such as regulation of water level or turbidity through the hydrology regulations would probably be an effective and efficient method in controlling cyanobacterial blooms in large and shallow lakes.     

微囊藻毒素微生物降解途径与分子机制研究进展

随着大量含氮和磷的废水流入湖泊和江河,导致淡水蓝藻水华污染现象日趋严重.蓝藻水华污染的最主要危害是产生和释放以微囊藻毒素(microcystins,MCs)为主的多种藻毒素.由于MCs对动植物具有很强的毒性,且其在水体中很难被传统的处理方法有效去除,因此如何有效控制蓝藻水华污染和去除MCs是摆在中外环境科学领域的一个难题.针对MCs的结构与毒性、降解菌株、酶催化降解、降解基因和生物降解途径与分子机制的研究进展进行了综述,并对今后微生物降解MCs的研究方向进行了展望,以期为解决我国日益严峻的湖库水体MCs污染和饮用水安全问题提供参考.     

Off-flavor compounds from decaying cyanobacterial blooms of Lake Taihu

The effect of cyanobacterial bloom decay on water quality and the complete degradation of cyanobacterial blooms in a short period were examined by an enclosure experiment in Gonghu Bay of Lake Taihu,China.Water quality parameters as well as taste and odor compounds during the breakdown of cyanobacterial blooms were measured.Results showed that the decay of cyanobacterial blooms caused anoxic water conditions,decreased pH,and increased nutrient loading to the lake water.The highest concentrations of dimethyl sulfide (DMS),dimethyl trisulfide (DMTS),and β-cyclocitral were observed in the anoxic water,at 62331.8,12413.3,and 1374.9 ng/L,respectively.2-Methylisoborneol was dominant during the live growth phase of cyanobacterial blooms,whereas DMS and DMTS were dominant during the decomposition phase.Dissolved oxygen,pH,and chlorophyll a were negatively correlated with DMS,DMTS,and β-cyclocitral,whereas total phosphorus,total nitrogen,and ammonium (NH4+-N) were positively correlated with DMS,DMTS,β-cyclocitral,and β-ionone.The experimental results suggested that preventing the anaerobic decomposition of cyanobacterial blooms is an important strategy against the recurrence of a malodor crisis in Lake Taihu.     

风场对太湖梅梁湾水华及营养盐空间分布的影响

为了解风场对湖泊表层蓝藻水华及营养盐空间分布的影响,以太湖梅梁湾为例,在蓝藻水华期间开展表层粒子漂流实验,研究风场对水体表层物质的推移规律,并开展全水域水体表、中、底层密集布点采样,测定水体藻类叶绿素a、氮、磷、高锰酸盐指数、溶解性有机碳、溶解氧等水质指标,探讨风场驱动下大型浅水湖泊蓝藻水华及营养盐时空分布特征.结果表明,在平均风速1. 9 m·s~(-1)和2. 3 m·s~(-1)的情况下,表层粒子的平均漂移速度分别为3. 0 cm·s~(-1)和5. 0 cm·s~(-1);风场对表层水体蓝藻水华的空间分布具有决定性影响,能够引起蓝藻水华在空间上较高的异质性;蓝藻水华物质的空间变化对水体颗粒态氮、磷、有机质和溶解氧等水质指标产生较大影响,表、中、底层颗粒态氮和磷、高锰酸盐指数与叶绿素a浓度的空间分布一致,而溶解态氮、磷浓度及溶解性有机碳的分布与叶绿素a浓度分布不尽相同;蓝藻水华物质在风场作用下的再分配对水体溶解氧产生复杂的影响,底层溶解氧平均值低于表层与中层,可能对沉积物营养盐释放产生影响;依据高密度布点调查估算,仅表层20 cm,梅梁湾水域的蓝藻干物质赋存量约396 t,远大于蓝藻打捞工程的清除量.研究表明,鉴于水华期间风场作用下对蓝藻水华漂移的巨大影响,在湖泊水质调查采样方法及数据分析时应充分考虑蓝藻水华漂移的影响因素;防控湖泛灾害的蓝藻打捞作业对湖体蓝藻水华赋存量的清除能力有限,只能对岸边带湖泛的预防产生影响.     

水质安全的动态超声波强化混凝除藻水处理试验研究

超声波辐射能够破坏蓝藻气囊,在水处理工艺中达到强化蓝藻混凝沉淀的效果.然而不适当的超声处理会进一步破坏蓝藻细胞,导致胞内毒素大量释放,加重水质污染负荷.本研究为获得水质安全的超声波强化混凝沉淀蓝藻水处理方法,采用频率40~120 k Hz的超声波辐射蓝藻水,考察处理后蓝藻混凝沉淀去除效果及藻毒素释放情况.结果表明,频率68~120 k Hz、能量密度59.1~186.4 W·L-1的静态超声波作用10~15 s后进行混凝沉淀,藻类去除率达98%以上,且频率越高效果越好;然而各频率静态超声波作用5 s以上均会导致藻细胞内藻毒素释放.采用内衬吸声棉及动态超声方式,频率120 k Hz、能量密度38.5~196.6 W·L-1超声波作用7.5~30 s后,可避免胞内藻毒素释放,且能去除水中溶解性藻毒素18.7%~30.7%,混凝沉淀后藻类去除率97.0%以上,其它有机物也降低.     

藻源型湖泛发生过程水色变化规律

利用Y-型沉积物再悬浮发生模拟装置,模拟湖泛发生过程,分析水体吸收特性变化特征;同时,利用Hydrolight和CIE颜色匹配函数模拟水体颜色,分析湖泛水色变化规律.结果表明:在湖泛发生过程中,可溶性有色物质(CDOM)浓度(ag)不断增大,无机颗粒物浓度及吸收(ad)总体呈减小的趋势,而浮游植物色素浓度及吸收(aph)随时间变化不规律;基于Hydrolight模拟湖泛水体,离水辐亮度(Lw)和遥感反射比(Rrs)均随时间不断变小;3)另外,随SPIM或ag(443)的变大,水体颜色逐渐由绿色变为棕色.当SPIM增至40mg/L时,水体呈现棕色;当ag(443)达到10m-1时,水体呈现红棕色.通过研究湖泛发生过程水体光学特性和水色变化规律,有助于构建高精度的湖泛遥感监测模型.     

藻毒素复合污染对鱼体的免疫毒性研究

针对水体富营养化问题,通过单一暴露和联合暴露方式研究两种MCs四种暴露剂量（0．1,1,10,100μg／L）下对鱼体的免疫毒效应。结果发现,不同剂量MCLR和MCRR单一暴露都能使鲫鱼淋巴细胞发生死亡,呈现明显的剂量效应和时间效应关系。且MCLR对鱼体的毒性相对McRR要更显著;MCLR和McRR复合暴露对鱼体淋巴细胞的毒性效应表现为协同作用,且随着毒素浓度的增加,其毒性效应差异显著性也随之升高,故而鱼体的免疫系统造成重大的影响,因此应当加强控制藻毒素在水体中的复合污染。     

蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.     

Cloning and expression of the first gene for biodegrading microcystin LR by Sphingopyxis sp. USTB-05

Harmful cyanobacterial blooms are a growing environmental problem worldwide in natural waters, the biodegradation is found to be the most efficient method for removing microcystins (MCs) produced by harmful cyanobacteria. Based on the isolation of a promising bacterial strain of Sphingopyxis sp. USTB-05 for biodegrading MCs, we for the first time cloned and expressed a gene USTB-05-A (HM245411) that is responsible for the first step in the biodegradation of microcystin LR (MC-LR) in E. coli DH5αup, with a cloning vector of pGEM-T easy and an expression vector of pGEX-4T-1, respectively. The cell-free extracts (CE) of recombinant E. coli DH5αup containing USTB-05-A had high activity for biodegrading MC-LR. The initial MC-LR concentration of 40 mg/L was completely biodegraded within 1 hr in the presence of CE with a protein concentration of 0.35 mg/mL. Based on an analysis of the liquid chromatogram-mass spectrum (LC-MS), the enzyme encoded by gene USTB-05-A was found to be active in cleaving the target peptide bond between 3-amino-9-methoxy-2,6, 8-trimethyl-10-phenyl-deca-4,6-dienoic acid (Adda) and arginine of MC-LR, and converting cyclic MC-LR to linear MC-LR as a first product that is much less toxic than parent MC-LR, which offered direct evidence for the first step on the pathway of MC-LR biodegradation by Sphingopyxis sp. USTB-05.