利用微生物降解蓝藻藻毒素研究进展

从微生物混合茵群和微生物纯菌种两方面综述了目前关于藻毒素降解茵的选育进展;介绍了关于藻毒素降解的三个酶基因,以及酶催化降解的机理。提出了今后在微生物降解藻毒素方面值得进一步研究和需要关注的问题。     

微生物降解藻毒素的研究进展

介绍了近几年国内外非生物法处理和控制藻毒素污染的研究近况,阐述了微生物降解藻毒素的可行性、菌种筛选、降解机理及参与细菌降解藻毒素的酶,提出了今后在微生物控制及处理藻毒素方面值得进一步研究和需要关注的问题。     

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.     

活性炭纤维固定化菌对微囊藻毒素MC-LR的去除研究

研究了藻蓝蛋白提取过程中微囊藻毒素MC-LR的释放分布规律,并用活性炭纤维对一株微囊藻毒素降解菌株进行了固定化,考察了不同活性炭纤维预处理方法、活性炭纤维用量、pH值、温度以及MC-LR浓度对固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影响.结果表明,藻蓝蛋白提取过程中MC-LR主要分布在超滤滤液中,占MC-LR总含量的81.2%.固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的效率明显高于非固定化藻毒素降解菌.藻毒素降解菌用(1+9)盐酸预处理后的活性炭纤维固定化,其去除效果最佳.MC-LR去除的最适条件为:活性炭纤维用量为10g/L,温度为35℃,pH值为8.0.固定化藻毒素降解菌对pH值,温度具有一定的耐受性,能够在pH5~pH9、10℃~35℃范围内有效地去除MC-LR.     

活性炭纤维固定化菌对微囊藻毒素MC-LR的去除研究

研究了藻蓝蛋白提取过程中微囊藻毒素MC-LR的释放分布规律,并用活性炭纤维对一株微囊藻毒素降解菌株进行了固定化,考察了不同活性炭纤维预处理方法、活性炭纤维用量、pH值、温度以及MC-LR浓度对固定化藻毒素降解菌去除MC-LR的影响.结果表明,藻蓝蛋白提取过程中MC-LR主要分布在超滤滤液中,占MC-LR总含量的81.2%.固定化藻毒素降解菌去除 MC-LR的效率明显高于非固定化藻毒素降解菌. 藻毒素降解菌用(1+9)盐酸预处理后的活性炭纤维固定化,其去除效果最佳.MC-LR去除的最适条件为:活性炭纤维用量为10g/L,温度为35℃, pH值为8.0.固定化藻毒素降解菌对pH值,温度具有一定的耐受性,能够在pH5~pH9、10℃~35℃范围内有效地去除MC-LR.     

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.     

藻毒素的性质及其处理研究进展

探讨了藻毒素的结构及其理化性质 ,系统总结迄今为止的各种藻毒素降解方法的研究进展 ,指出今后在藻毒素污染控制和处理方面进一步研究的方向     

超声波技术去除藻毒素的效果

研究了超声波技术在不同条件下对藻毒素(MCs)降解的效果。结果表明,当浓度为12.43μg/L的藻毒素溶液在1 200 W超声作用5 min时,藻毒素去除率可达81%;1 200 W超声作用15 min时,藻毒素去除率达99%,几乎全部去除。不论是采用单纯超声法或超声-混凝法处理含微囊藻废水,都不会引起水体中藻毒素的上升。用超声法处理含微囊藻废水,同时具有直接破壁灭藻、抑制未灭藻的生长活性和降解藻毒素3种功效。     

土壤中微囊藻毒素MC-LR的降解研究

微囊藻毒素(MCs)是蓝藻水华污染产生的一类生物毒素,通过灌溉、施肥等途径进入农田土壤,对农产品质量和地下水安全造成危害,进而影响人体健康.其中MC-LR是毒性较大、检出较普遍的藻毒素之一.本文通过模拟实验,研究了MC-LR在土壤中的生物降解行为及其影响因素.结果表明,MC-LR为易降解有机污染物,土壤理化性质可影响其在土壤中的降解行为,呈现土壤pH越低、阳离子交换量越大,MC-LR老化系数越大,降解越慢的特征.然而,初始浓度对MC-LR的降解没有影响.微生物降解是土壤中MC-LR降解的主要途径,温度、含水率等环境因素对MC-LR降解的影响主要在于改变土壤中降解微生物的活性.研究结果为评估土壤中MC-LR的生态风险提供了依据.     

滇池水环境中微囊藻毒素的生物降解

利用从滇池蓝藻水华生物量中提取的微囊藻毒素试验溶液,接种滇池沉积物的微生物,研究其在有氧条件下的生物降解过程.结果表明,水体中的微囊藻毒素易被生物降解,其降解反应服从方程C=A/(1+Be-^Ct).当温度在12～25℃,加入的沉积物量为1~10g时,藻毒素粗提液的平均降解反应速率为3.181.13d^-1,平均半衰期t^1/2为2.661.27d,且藻毒素的生物降解速度随反应温度和沉积物量的增加而提高.研究结果还表明,生物降解是去除滇池水环境中微囊藻毒素的一个重要机制.     

蓝藻水华及其降解对沉积物-水微界面的影响

模拟研究了不同条件下,蓝藻水华及其降解过程对沉积物-水微界面的影响.采用丙酮法测定水体中叶绿素质量浓度,溶解氧微电极测定界面溶解氧质量浓度,毫米级分层测定沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.结果表明,蓝藻水华及其降解过程改变了界面附近溶解氧环境和表层约3 mm深沉积物中营养盐与金属元素的垂直分布.扰动在蓝藻水华降解过程和C、P营养盐与Fe、Ca、Mg、Al和K等金属元素的早期成岩过程中起着重要作用.遮光加速了蓝藻降解,并且削弱了扰动的影响.无处理对照组沉积物表面出现了一层底栖藻,底栖藻的光合作用产生了氧气,造成表层1 mm沉积物中大部分营养盐与金属元素质量浓度和处理组间的显著性差异.相关分析结果表明,沉积物中P的垂直分布与Mn显著相关,其次是C.高分辨率研究结果可见,蓝藻水华及其降解过程在毫米级厚度内即对沉积物-水界面产生了影响.     

水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展

湖泊和水库等水体富营养化通常会引起藻类水华暴发. 已有较多研究总结了光照、温度、营养盐等环境因素对藻类水华发生的影响方面的进展,但缺乏对水动力因素影响藻类生理生态学乃至水华发生等方面的研究总结. 本文通过梳理水动力条件对藻类生长、种群结构的影响及其作用机制,以及临界流速和人工混合对藻类的影响等方面的研究发现:在藻类生理学方面,水动力条件主要影响藻类的生长、细胞形态、营养盐吸收、光合作用活性和酶活性的变化;在藻类生态学方面,不同藻类对应的临界流速有所差异,水动力条件的变化会导致优势种之间的转变;人工混合使局部水体藻细胞密度降低进而改善水质. 对今后的研究热点进行展望:后续仍需进一步研究水动力条件对藻类生理的影响,不仅是酶活性和相关物质的吸收,还应包含胶被、产毒特性和基因序列等方面;应用于实际湖库的临界流速、水体扰动方式、扰动时间、扰动频率和最佳深度的探究,旨在推进藻类水华控制、保障水质安全等方面的相关研究.      

儿茶酚抑制藻细胞活性过程中IOM的三维荧光特性

以天然水体中藻类为研究对象,研究了儿茶酚对藻类的抑制效应,并采用三维荧光法分析了抑藻过程中胞内有机物的释放及降解情况。水样A和水样B分别采自某护城河和一景观水体。结果显示,儿茶酚能够有效抑制实际水体中藻细胞活性,当儿茶酚终浓度为10 mg/L培养6 d后,水样A和水样B的抑藻率分别达90%和94%,且抑藻率随着投加浓度的增加、培养时间的延长相应增加。在投加儿茶酚后,水样类蛋白荧光峰强度显著增加,但随着培养时间的延长,峰强均有所降低,细胞释放的类蛋白物质发生降解。当投加儿茶酚浓度低于1 mg/L时,藻细胞活性受轻度抑制,会释放类富里酸物质,当儿茶酚投加浓度高于5 mg/L,藻细胞活性受到强烈抑制,不会释放类富里酸物质。投加儿茶酚会增大水样COD浓度,但对水样TN浓度没有影响。     

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结构中,硅藻和绿藻也为全年优势门类,且在8月,蓝藻取代硅藻成为第二大优势门类,平均相对丰度为30.13%.DNA测序分析表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为全年优势细菌,其中变形菌门在7月达到全年最大相对丰度71.68%.酸杆菌门和异常球菌-栖热菌门作为稀有类群,其相对丰度最大分别为10.20%和5.56%.共生网络分析表明,藻类与细菌之间的关系以正相关居多,表明二者之间的互作关系可能以互利共生为主.Methylotenera作为关键节点,与小球藻呈显著正相关.柵藻作为藻类群落中的关键节点,与甲基杆菌属、Solitalea和红育菌属等多种细菌显著负相关.RDA分析表明,藻类和细菌群落的演替受到水温、pH和电导率的显著调控,环境因子对藻类和细菌群落变异解释分别为93.1%和90%.本研究结果将为深水型水源水库生态系统中藻菌互作关系的微生态驱动机制提供科学依据.     

环境因子对水华暴发的影响研究

水华是当水体藻类开始大量生长和繁殖并且聚集,最终达到一定浓度的现象。综述国内大型浅水湖泊及水库中影响水华暴发的环境因素的研究现状,分析水体营养条件以及适宜的气象、水文、生物条件等有利于藻类生长或聚集的环境影响因子,同时简介中国水华污染现状。对水华暴发研究领域的未来发展具有一定参考价值。     

三峡水库支流大宁河水华特征研究

以三峡水库支流大宁河水华敏感期(2007年4~6月和2008年4~5月)水质和水华的调查数据为依据,研究了其水质变化、营养盐构成及水华特征.结果表明,水华敏感期大宁河自回水段以下氮磷含量较高,总氮范围为0.84~3.21 mg/L,总磷为0.011~0.531 mg/L,氮营养盐主要以TDN为主(TDN/TN为84%),而磷营养盐以TDP占优(TDP/TP为60%);N/P值均高于16,藻类生长受磷限制.高锰酸盐指数和溶解氧含量低且变化稳定.叶绿素a为1.41~219.04 mg.m-3.相关性分析表明Chl-a与TP、高锰酸盐指数、DO、pH呈显著正相关(rChla-TP=0.453、rChla-高锰酸盐指数=0.641、rChla-DO=0.584、rChla-pH=0.409,p0.01),与SD呈显著负相关(rChla-SD=-0.392,p0.01);pH受多参数影响,但受藻类生长影响较大.通过显微镜对藻类进行鉴定,发现大宁河自回水段以下水华敏感期藻类分布较广,共发现8门82属124种,其中硅藻门和绿藻门分布最多,其次为蓝藻门和甲藻门,其余藻种较少.大宁河在水华敏感期暴发了3次自回水段以下大规模水华,水华期间藻密度最高值是正常值的14~1427倍,水华优势种主要有绿藻门的波吉卵囊藻、小空星球藻、土生绿球藻、实球藻和小球藻;裸藻门的扁裸藻、矩圆囊裸藻;硅藻门的小环藻、冠盘藻和舟形藻;甲藻门的埃尔多甲藻等;发生多藻种同时水华的情况;出河口处藻类较少.     

汉江下游河流型水华暴发的多影响要素特征识别

水体富营养化通常发生于湖泊和水库等闭合水域,在大型流动性河流中通常较少发生.然而,随着近年来人类活动的干扰,汉江中下游水华事件频繁暴发,给沿岸居民的饮用水安全带来了严重隐患.科学辨识可能导致汉江下游水华暴发的多要素变化特征,是揭示河流水华成因和优化上游水利工程调度的重要依据.基于收集的汉江流域下游气象、水文、水环境和水生态长序列数据,系统检测了可能导致汉江河流型水华暴发的多要素特征和不同时期的变化差异.结果表明:①汉江中下游降雨量（1961-2015年）下降、气温（1961-2012年）显著上升,汉江流域近50年气候逐渐呈现暖干的变化趋势.②1992-2013年汉江中下游径流变化呈显著下降趋势,在水华严重暴发的2008-2011年,汉江干流中下游主要断面年均流量和水位均处于历史上相对较低的一段时期.③2004-2014年汉江下游主要水环境指标变化趋势不显著,但总体水质状况较差,水华年ρ（COD_Mn）和ρ（TP）明显高于非水华年.④汉江水华暴发季节时间自2008年后有明显前移趋势,每年春季的2月中下旬-3月中旬将是水华暴发的重点防控时段.研究显示,汉江下游藻密度的变化相对于营养盐和水文情势要素更加敏感,在不同水华暴发时期的差异也最为显著,是导致河流型水华暴发的主要驱动因素.      

藻类生长过程中DO、pH与叶绿素相关性分析

为了在"水华"发生过程中,找到一些合理的预报参数,给河湖管理提供科学依据。在实验室做了藻类的培养试验。通过计算可以知道,pH比溶解氧(DO)与叶绿素有更好的相关性,更适合做为藻类生长情况的预报参数;溶解氧之差(△DO)与藻类的生长情况负相关性比pH之差(△pH)与藻类生长的负相关性要好;得到了在总氮0.62mg/L,总磷0.37mg/L、光强为132201x、水温为28.5℃,气压为1.016×10~5Pa的条件下的光合作用产氧速率函数;在水温为26.5～28.6℃的条件下藻类的耗氧速率为0.0176mg/(μg·h)。     

电氧化杀藻过程中藻细胞活性变化的研究

由Ti/RuO2棒为阳极、不锈钢管为阴极组成电氧化管式反应装置,采用TTC-脱氢酶活性和中性红染色的活性测定方法,研究了电氧化杀藻中藻活性变化以及影响因素.结果显示,在8mA/cm2下处理30min后,以藻细胞密度计的杀藻率仅为45%,而此时TTC-脱氢酶活性下降了94%,中性红染色率为100%,藻细胞已无法再生长,已全部失活,表明活性指标比细胞密度更能准确反映杀藻处理效果.电解液种类对杀藻存在明显影响,常用电解液Na2SO4和NaNO3的杀藻效果相近,Na2SO4浓度对杀藻效果影响不大.但当电解液中含有0.1mmol/LNaCl时,杀藻效果明显提高,5min后的脱氢酶下降了87%,中性红染色率达到82%.藻样初始浓度对杀藻效果影响较大,细胞密度增大,杀藻效果急剧下降,以天然水为电解液,细胞密度达到水华时的4.4×107个/L,只需处理1min可将藻细胞全部灭活.     

三峡库区大宁河枯水期藻细胞的时空分布

本研究旨在为三峡库区大宁河藻华预警提供基础数据,于2011年4～9月期间在大宁河流域选择4个取样点开展藻细胞时空变化研究.藻细胞在时间序列表现为:4～9月,藻种主要以蓝藻、绿藻和硅藻为主,藻密度呈逐步递增趋势;在此期间4个取样点的蓝藻比重均逐步增大,硅藻比重逐步降低,绿藻比重变化不显著.藻细胞在空间分布上表现为:藻密度与水温和叶绿素呈极显著相关,相关系数分别为0.97和0.95,与光照、溶解氧、pH值和可溶性磷盐呈显著相关,相关系数分别为0.87、0.83、0.82、0.82;菜子坝在整个试验期间0 m处藻密度比其他水层的藻密度高,白水河在6月和7月的2.0 m处藻密度最高,双龙在7、8和9月的0 m和2.0 m处藻密度较高,大昌在整个试验期间,藻密度变化不大;不同藻细胞在垂向水层中的比重也随时间的变化而改变,可能是不同藻细胞适合不同生态环境所致.