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《上海海洋大学》 2016年
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海洋底栖硅藻胞外多聚物的分泌和粘附行为的研究

陈琪  
【摘要】:海洋生态系统中,海洋底栖硅藻是一类重要的微藻类群,作为最主要的初级生产者,在全球范围内的碳循环中发挥重要作用。但是,海洋底栖硅藻也是海洋生物污损生物群落的主要“成员”之一,附着生长在各种水下表面,对人类海洋工程设施造成很大危害。海洋底栖硅藻主要依靠自身分泌的胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substance,EPS)粘附在人工设施表面,成为微观污损生物膜的主要组分,给后续宏观生物污损提供便利条件。海洋底栖硅藻胞外多聚物是硅藻污损的重要物质基础,研究胞外多聚物的分泌和粘附行为,有助于探明硅藻附着机制,并为开发防除硅藻附着的新技术和方法提供依据。本文采用热溶剂浸提法对海洋底栖硅藻胞外多聚物的水溶性组分和水不溶性组分进行提取;利用苯酚-硫酸法对多糖成分进行定量分析,利用考马斯亮蓝G-250法对蛋白质成分进行定量分析。利用单个硅藻细胞的胞外多聚物分泌量作为定量指标,探查了不同生长期海洋底栖硅藻胞外多聚物的分泌变化,以及同一生长期不同种类海洋底栖硅藻胞外多聚物的分泌变化。结果表明,不同生长期的羽状舟形藻(Navicula pinna),细胞密度不同,胞外多聚物的分泌量也不同。在相同的生长空间中,硅藻细胞密度越大的生长期,细胞数量越多,硅藻胞外多聚物分泌量越少,胞外多聚物中多糖和蛋白质的含量也较少,表明胞外多聚物的分泌行为因硅藻生长期不同而发生变化;在整个生长期,多糖含量明显高于蛋白质含量(p0.05)。同处于生长指数期的三种海洋底栖硅藻:平滑舟形藻(naviculaleavissima)、小形舟形藻(naviculaparva)、羽状舟形藻(naviculapinna),虽然生长的环境条件相同,但由于细胞生长速率不同,导致细胞密度不同,定量测试结果显示,胞外多聚物的分泌量也不同。但是,不同生长期及三种硅藻胞外多聚物中各组分的百分含量基本相同(p0.05),与硅藻的生长期和硅藻种类无关。环境因素对硅藻胞外多聚物的组成和分泌行为有直接影响。因此,本文还重点探讨了环境中氧含量和附着面积对硅藻胞外多聚物分泌行为的影响。通过血球计数板和紫外分光光度法分别计算了不同环境因素下生长的硅藻细胞数量,并对硅藻胞外多聚物中各成分进行定量分析。结果表明,在氧含量较高及附着面积较大的环境条件下,硅藻的生长繁殖速率较快,且单个细胞胞外多聚物分泌量较大。氧含量对硅藻生长速率及胞外多聚物分泌量的影响大于附着面积对两者的影响。最后,本文研究了硅藻胞外多聚物在四种微结构硅胶材料表面的浸润性,探讨硅藻胞外多聚物在材料表面的粘附行为。利用视频光学接触角测量仪,测量不同浓度硅藻胞外多聚物水溶性和水不溶性两组分溶液在材料表面的接触角。结果表明,相同微结构硅胶材料表面,硅藻胞外多聚物在材料表面的浸润性受溶液浓度影响。胞外多聚物浓度越高,溶液与材料表面的接触角越小,浸润性越大,胞外多聚物与材料表面间的粘附性越强。同一浓度的胞外多聚物溶液在不同微结构硅胶材料表面的浸润性差异则取决于材料表面的粗糙程度。硅胶材料表面越粗糙,硅藻胞外多聚物溶液在其表面的接触角越大,浸润性越小,胞外多聚物与材料表面的粘附性越弱。而且硅藻胞外多聚物中水溶性组分在材料表面的浸润性大于水不溶性组分。
【关键词】:海洋底栖硅藻 胞外多聚物 分泌行为 粘附行为 污损 防污
【学位授予单位】:上海海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:Q949.2
【目录】:
  • 摘要3-6
  • Abstract6-14
  • 第一章 引言14-30
  • 1. 海洋生物污损的概述15-21
  • 1.1 海洋生物污损现象及其危害15-16
  • 1.2 海洋污损生物及其污损机理16-21
  • 1.2.1 海洋污损生物附着过程17-18
  • 1.2.2 海洋底栖硅藻及其附着机理18-21
  • 1.2.2.1 硅藻的生物学特性18-19
  • 1.2.2.2 硅藻胞外多聚物的物化特性19-20
  • 1.2.2.3 硅藻的附着机制20-21
  • 2. 防除硅藻附着的技术途径21-28
  • 2.1 硅藻附着的主要影响因素21-22
  • 2.2 传统防污法防除硅藻附着22-24
  • 2.3 新型防污技术防除硅藻附着24-27
  • 2.3.1 提取天然产物防除硅藻附着24-25
  • 2.3.2 改变基底材料性能防除硅藻附着25-27
  • 2.4 防污损方法的不足与发展趋势27-28
  • 3. 课题研究的创新性、意义、内容28-30
  • 3.1 课题研究的创新性28
  • 3.2 课题研究的意义28-29
  • 3.3 课题研究的内容29-30
  • 第二章 生长期及硅藻种类对海洋底栖硅藻胞外多聚物分泌行为的影响30-46
  • 1. 引言30-31
  • 2. 材料与方法31-35
  • 2.1 实验材料31
  • 2.2 实验方法31-35
  • 2.2.1 海洋底栖硅藻的培养31-32
  • 2.2.2 海洋底栖硅藻胞外多聚物成分的提取32-33
  • 2.2.3 海洋底栖硅藻细胞数量计算方法33
  • 2.2.4 海洋底栖硅藻胞外多聚物成分的测定33-35
  • 2.2.4.1 胞外多聚物中多糖成分的测定33-34
  • 2.2.4.2 胞外多聚物中蛋白质成分的测定34-35
  • 2.2.5 统计分析方法35
  • 3. 结果与讨论35-44
  • 3.1 标准曲线35-36
  • 3.2 硅藻不同生长期胞外多聚物的分泌变化36-40
  • 3.2.1 不同生长期胞外多聚物中多糖成分的分泌变化37-39
  • 3.2.2 不同生长期胞外多聚物中蛋白的分泌变化39-40
  • 3.3 硅藻不同生长期胞外多聚物分泌变化的综合分析40-41
  • 3.4 不同种类硅藻的胞外多聚物分泌变化41-44
  • 3.4.1 不同种类硅藻胞外多聚物中多糖成分的分泌变化41-42
  • 3.4.2 不同种类硅藻胞外多聚物中蛋白成分的分泌变化42-43
  • 3.4.3 硅藻胞外多聚物各组成成分综合比较分析43-44
  • 4. 小结44-46
  • 第三章 环境条件对海洋底栖硅藻胞外多聚物分泌的影响46-57
  • 1. 引言46-47
  • 2. 材料与方法47-49
  • 2.1 实验材料47
  • 2.2 实验方法47-49
  • 2.2.1 海洋底栖硅藻的培养47-48
  • 2.2.2 硅藻生长的观察48
  • 2.2.3 硅藻胞外多聚物的提取48-49
  • 2.2.4 硅藻细胞数量的测定49
  • 2.2.5 海洋底栖硅藻胞外多聚物成分的测定49
  • 2.2.5.1 胞外多聚物中多糖成分的测定49
  • 2.2.5.2 胞外多聚物中蛋白质成分的测定49
  • 2.2.6 统计分析方法49
  • 3. 结果与讨论49-56
  • 3.1 氧含量和附着面积对硅藻生长的影响49-53
  • 3.1.1 硅藻的附着生长状况49-51
  • 3.1.2 氧含量和附着面积对硅藻生长繁殖数量的影响51-53
  • 3.2 氧含量和附着面积对硅藻胞外多聚物中多糖分泌量的影响53-54
  • 3.3 氧含量和附着面积对硅藻胞外多聚物中蛋白质分泌量的影响54-55
  • 3.4 氧含量和附着面积对硅藻胞外多聚物各组成成分影响的综合对比分析55-56
  • 4. 小结56-57
  • 第四章 海洋底栖硅藻胞外多聚物在四种微结构硅胶材料表面浸润性的研究57-69
  • 1. 引言57-58
  • 2. 材料与方法58-60
  • 2.1 实验材料58
  • 2.2 实验方法58-60
  • 2.2.1 海洋底栖硅藻的培养58-59
  • 2.2.2 海洋底栖硅藻细胞形态及胞外多聚物的SEM观察59
  • 2.2.3 海洋底栖硅藻胞外多聚物的提取59
  • 2.2.4 不同微结构硅胶材料的制备59-60
  • 2.2.5 硅胶材料显微形貌的观察60
  • 2.2.6 硅藻胞外多聚物与硅胶材料表面接触角的测量60
  • 3. 结果与讨论60-68
  • 3.1 硅藻细胞及胞外多聚物形态的观察60-62
  • 3.2 四种微结构硅胶材料的显微形貌62
  • 3.3 不同浓度的硅藻胞外多聚物溶液在光滑硅胶板表面的浸润性62-64
  • 3.4 硅藻胞外多聚物溶液在不同微结构硅胶材料表面的浸润性64-66
  • 3.5 硅藻胞外多聚物的浓度效应和微结构效应的综合分析66-68
  • 4. 小结68-69
  • 第五章 结论69-71
  • 参考文献71-78
  • 致谢78

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