收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

UV/H_2O_2对铜绿微囊藻抑制特性及其对微囊藻毒素降解机理研究

任晶  
【摘要】:水体富营养化及其引发的有害藻类水华是我国当前主要面临的环境问题之一‘。有关有害藻类污染治理的方法和技术的研究一直以来是水污染控制领域的热点。在UV/H2O2光氧化体系中,H202光解产生强氧化剂·OH,其具有高效杀灭微生物、快速降解有机化合物的特点,因而UV/H2O2在有害水华藻类防治领域的运用潜力巨大。本论文系统地研究了UV/H2O2对水华铜绿微囊藻抑活机理及效应、UV/H2O2处理后藻胞内/外毒素变化、UV/H2O2对微囊藻毒素的降解动力学和降解机理。 本论文的主要研究如下: 1. UV/H2O2抑藻机理及抑藻效应研究 建立了水杨酸捕获法测定·OH的HPLC检测条件:流动相为20%甲醇+80%水(含0.03’M乙酸和0.03 M柠檬酸),流速为1mL/min;同时证实了UV/H2O2体系中生成的·OH参与了藻细胞的氧化损伤过程。基于藻细胞基因转录水平和生理生化指标分析得出结论,UV/H2O2对藻细胞的损伤机理主要是通过·OH氧化损伤藻细胞膜,使其发生脂质过氧化反应,进而损伤藻细胞DNA及蛋白质等生物大分子和光合作用系统。藻毒素合成相关基因的转录表达量受到UV/H2O2处理的抑制,因而UV/H2O2抑制藻生长的同时可抑制胞内毒素的合成量,从而减少释放至水体的毒素含量。 本论文同时研究了铜绿微囊藻分别经UV254、H2O2及UV/H2O2处理后继续培养过程中的生长情况,研究结果表明:H202和UV254对铜绿微囊藻生长抑制效应均随作用剂量的增加而增强;UV/H2O2对铜绿微囊藻的抑制存在明显的协同效应,在实验室条件下,0.2 mM H2O2结合38 mJ/cm2 UV254辐照剂量是抑藻效应最强的组合;结合扫描电镜分析表明,UV/H2O2处理对铜绿微囊藻细胞形态结构造成破坏。藻液经0.2 mM H2O2结合38 mJ/cm2 UV254辐照剂量联合处理后第10d,几乎所有藻细胞凹陷变形,很多藻细胞细胞壁破裂,细胞质外溢而死亡。 2. UV/H2O2抑藻过程中铜绿微囊藻胞内/外毒素变化研究 本论文结合HPLC和ESI-MS/MS技术对铜绿微囊藻905胞内毒素鉴定结果表明,胞内毒素除MCLR以外,还存在去甲基MCLR (Demethyl MCLR)。根据双电荷分子离子(M+2H)2~+m/z=491.3的MS/MS图谱初步推测Demethyl MCLR的分子结构是:[D-Asp3]mcyst-LR、[Dha7]mcyst-LR、[D-Asp3,(E)-Dhb7]mcyst-LR或者[D-Asp3,(Z)-Dhb7]mcyst-LR。对结合固相萃取(SPE)技术的藻细胞的胞内毒素提取流程进行了优化。优化后的毒素提取流程如下:离心收集纯培养藻液,于藻浆中加入w(甲醇)=75%提取液,反复冻融3次,后辅以超声破碎0.5h,离心收集上清液并过C18固相萃取柱进行富集,然后用w(甲醇)=10%淋洗液对C18固相萃取柱进行淋洗以除去杂质,最后用w(甲醇)=80%+w(TFA)=0.05%洗脱液将毒素洗脱收集。 结合对MCLR和Demethyl MCLR具有良好交叉反应性的酶联免疫试剂盒,测定并分析UV/H2O2抑藻过程中胞内胞外毒素的变化。结果表明,UV/H2O2主要通过产生的·OH迅速降解藻细胞的胞外毒素,同时通过抑制藻细胞生物量和藻毒素合成相关基因转录表达量从而减少藻细胞的胞内毒素合成量。实验结果表明,藻液在经38 mJ/cm2 UV254辐照结合0.2 mM H2O2处理后的培养过程中,藻细胞生长受到抑制,在此过程中胞内毒素逐渐释放至水体,胞外毒素逐渐增加,藻液总毒素含量基本保持不变。 3. UV/H2O2对微囊藻毒素的降解动力学研究 本论文对比研究了UV254、H2O2及UV/H2O2对MCLR的降解效率,结果表明:1)H202几乎不能氧化降解MCLR, UV254直接光解以及UV/H2O2都能较好的降解MCLRO当pH值为8.0、UV254辐照强度为1738μW/cm2、H202浓度为5mM时,第40 min三种处理对MCLR的降解效果存在明显差异,其中H202对MCLR的降解率仅为8.4%±2.1%、UV254直接光解去除率为73.6%±3.4%、UV/H2O2处理效果最好(去除率为98%±4.8%)。2)三个处理过程均能较好的拟合表观一级动力学方程,其表观一级动力学常数分别为kH2O2=0.0021 min-1、kUV=0.045 min-1和kUV/H2O2=0.082 min-1。kUV/H2O2值超过k_(H2O2)与Kuv之和,表明UV/H2O2具有明显的协同作用。 UV/H2O2对MCLR的降解过程受初始H202浓度、UV254辐照强度、MCLR初始浓度以及溶液pH值的影响。当H202在0-10mM浓度范围内,UV/H2O2对MCLR降解的表观一级动力学常数与H202浓度呈正相关关系k=-0.007×[H202]+0.0446,(R2=0.9918);UV/H2O2对MCLR的降解效率随UV254辐照强度的提高而增加,随MCLR初始浓度的提高而降低,MCLR降解的表观一级动力学常数与MCLR初始浓度呈负相关关系:k=.0.0056×[MCLR]0+0.1771(R2=0.8528)。 此外,本论文选取硝基苯(NB)作为竞争参考物质,根据UV254光解和·OH氧化MCLR的原理和·OH稳态理论建立UV/H2O2降解MCLR的竞争动力学模型,并结合模型测定了·OH与MCLR的二级动力学常数(k=-2.8(±0.21)×1010 M-1s-1)。 4. UV/H2O2降解微囊藻毒素的中间产物及途径研究 结合LC-MS分析,基于总离子流图谱(TIC)及(M+H)~+m/z数据,结果表明UV/H2O2降解MCLR过程主要生成9种中间产物,其正离子质荷比分别为(M+H)+m/z 1029.5、(M+H)+ m+z 1011.5、(M+H)+ m/z795.4、(M+H)+ m/z835.4、(M+H)+ m/z 811.3、(M+H)+ m/z 1027.5、(M+H)+ m/z 1009.5、(M+H) + m/z 965.5和(M+H)+ m/z 1045.5. UV/H2O2降解MCLR过程中主要涉及·OH降解、氧化降解以及UV254直接光解作用。·OH主要进攻MCLR分子Adda侧链上的共轭双键、苯环及甲氧基。根据中间产物的分子量信息及·OH与多肽和蛋白质反应机理等资料信息,推测UV/H2O2对MCLR降解途径主要有3条,分别如下:1)·OH进攻Adda侧链共轭双键,通过亲电加成反应生成4,5-二羟基衍生MCLR或者6,7-二羟基衍生MCLR,然后相应的Adda侧链C4-C5双羟基键或C6-C7双羟基键氧化断裂,生成醛或酮衍生中间产物,这些中间产物进一步被氧化生成相应的羧酸衍生物;2)·OH进攻Adda侧链苯环,通过亲电取代反应生成(ortho、meta或para)苯环羟基衍生MCLR或苯环双羟基衍生MCLR,然后进一步氧化生成醛或酮衍生中间产物;3)·OH进攻Adda侧链甲氧基,通过夺氢反应生成甲酸酯衍生MCLR,然后与·OH进一步反应,生成去甲氧基MCLR (DmADDA).结合中间产物含量的时间变化过程,表明·OH攻击共轭双键及苯环的反应为主要途径,其占总反应途径的90%以上。结合UV/H2O2降解MCLR的作用机理、MCLR降解中间产物结构和已有的文献资料分析,表明UV/H2O2降解MCLR的产物毒性基本消失。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭丽红;陈小兰;黄子玥;张岸;;信号分子N-乙酰高丝氨酸内酯(AHLs)诱导铜绿微囊藻细胞凋亡的研究(英文)[J];Agricultural Science & Technology;2011年01期
2 史小丽,王凤平,蒋丽娟,周治,杨柳燕,孔志明,高光,秦伯强;温度对外源性~(32)P在水、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响[J];应用生态学报;2003年11期
3 刘振儒,田重威;壳聚糖复合粘土矿凝聚铜绿微囊藻的研究[J];环境工程;2004年03期
4 喻融;周瑞;刘芳遐;罗小虎;张义芳;;一种筛选溶藻放线菌的新方法[J];华中师范大学研究生学报;2005年04期
5 张丽霞;朱涛;张雅婷;陈坤;;不同光强对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光动力学的影响[J];信阳师范学院学报(自然科学版);2009年01期
6 邹鹏;王刚;杨柳燕;肖琳;蒋丽娟;魏钟波;;铜绿微囊藻对金鱼藻生长的影响[J];科技信息;2009年01期
7 胡廷尖;王雨辰;陈丰刚;严力蛟;练青平;刘士力;;凤眼莲对铜绿微囊藻的化感抑制作用研究[J];水生态学杂志;2010年06期
8 马宏瑞;章欣;王晓蓉;耿金菊;顾雪元;;芽孢杆菌Z5溶铜绿微囊藻特性研究[J];中国环境科学;2011年05期
9 肖慈琼;姜红;程凯;赵以军;;溶藻放线菌AN02的筛选及其培养条件的优化[J];微生物学杂志;2007年04期
10 张树林;邢克智;穆祥兆;;三氯异氰脲酸对铜绿微囊藻的毒性效应[J];水利渔业;2008年01期
11 焦一滢;赵以军;许敏;程凯;;一株溶铜绿微囊藻真菌的分离与鉴定[J];环境科学与技术;2010年09期
12 郭丽红;陈小兰;黄子玥;张岸;;信号分子N-乙酰高丝氨酸内酯(AHLs)诱导铜绿微囊藻细胞凋亡的研究[J];安徽农业科学;2011年09期
13 周瑞;喻融;王梓入;龙丽华;;溶藻细菌混合培养对铜绿微囊藻溶藻效果的初步研究[J];华中师范大学研究生学报;2005年04期
14 张树林;邢克智;周艳;;铜离子对铜绿微囊藻的急性毒性效应[J];水产科学;2007年06期
15 董昆明;缪莉;李楠;周晓见;靳翠丽;封克;;广玉兰叶片浸提液中抑铜绿微囊藻化学成分分析[J];环境化学;2011年07期
16 吴剑;孔倩;杨柳燕;肖琳;孙成;;铜绿微囊藻生长对培养液pH值和氮转化的影响[J];湖泊科学;2009年01期
17 李保珍;冯佳;谢树莲;;光合细菌对铜绿微囊藻生长的抑制效应[J];生态环境学报;2009年05期
18 牛丹丹;郑青松;刘兆普;张娜;汪辉;姚瑶;;溶藻细菌YZ对铜绿微囊藻的溶藻特性研究[J];中国环境科学;2011年02期
19 牛晓君,张景飞,史小丽,王晓蓉,高光,季江,Dietmar Glindemann;磷化氢及其氧化产物动态释放对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长的影响[J];湖泊科学;2003年03期
20 杨柳燕,王勤,史小丽,蒋丽娟,肖琳,秦伯强;铜绿微囊藻磷代谢过程研究[J];农业环境科学学报;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郝赤;阎春仙;R.M.Wilkins;C.Rajenderan;;铜绿微囊藻毒素LR提取的研究[A];全国生物防治暨第八届杀虫微生物学术研讨会论文摘要集[C];2000年
2 贾晓会;施定基;马为民;吕中贤;杜桂森;;铜绿微囊藻的光合生态生理学研究[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
3 崔莉凤;方群;赵硕;;铜绿微囊藻与混合藻生长动力学参数比较分析[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
4 张树林;;中草药对铜绿微囊藻的抑制作用及机理的初步研究[A];中国第五届植物化感作用学术研讨会论文摘要集[C];2011年
5 秦朝阳;刘雪华;赵金博;;不同磷浓度培养条件下铜绿微囊藻高光谱特征研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
6 施定基;贾晓会;冉凌飞;王军成;惠凯林;C.Johnson;;铜绿微囊藻和聚球藻7942受化感抑制的比较[A];庆祝中国藻类学会成立30周年暨第十五次学术讨论会摘要集[C];2009年
7 段静波;刘文清;张玉钧;王志刚;肖雪;王欢博;;环境影响因子对铜绿微囊藻生长和产毒的影响[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 宋东辉;王思思;朱赟;侯李君;童艳;施定基;;小规模提取微囊藻质粒的方法学研究[A];中国海洋湖沼学会藻类学分会第七届会员大会暨第十四次学术讨论会论文摘要集[C];2007年
9 赵玮;艾鹰;毕永红;胡征宇;;温度、光照、营养盐对铜绿微囊藻光合固碳作用的影响[A];中国藻类学会第八次会员代表大会暨第十六次学术讨论会论文摘要集[C];2011年
10 洪喻;胡洪营;黄晶晶;;不同溶剂提取芦竹化感物质抑制铜绿微囊藻的效果比较研究[A];中国第三届植物化感作用学术研讨会、第八届全国杂草科学大会、联合国粮农组织——中国“水稻化感作用论坛”论文摘要集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张树林;中草药对铜绿微囊藻的抑制作用及机理研究[D];中国海洋大学;2011年
2 任晶;UV/H_2O_2对铜绿微囊藻抑制特性及其对微囊藻毒素降解机理研究[D];复旦大学;2011年
3 陈卫民;亚硝酸盐对铜绿微囊藻生理特性的影响[D];南开大学;2009年
4 郑宾国;辐照技术对蓝藻生长的抑制机理研究[D];南京大学;2012年
5 张兵之;伊乐藻对铜绿微囊藻的化感作用研究[D];中国科学院研究生院(水生生物研究所);2007年
6 母锐敏;溶藻细菌对水华铜绿微囊藻的去除特性及对微囊藻毒素的降解研究[D];复旦大学;2008年
7 王崇;基于细胞和群落特征的湖泊水华预警因子研究[D];上海交通大学;2010年
8 王翠华;脉冲放电等离子体杀菌灭藻及其藻毒素去除的研究[D];大连理工大学;2008年
9 张楠;用于高盐度再生水富营养化控制的蓖齿眼子菜克藻效应与机理研究[D];天津大学;2007年
10 许海;河湖水体浮游植物群落生态特征与富营养化控制因子研究[D];南京农业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张靖天;响应曲面法优化铜绿微囊藻生长条件研究[D];北京化工大学;2010年
2 李艳红;环境因子对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响[D];南昌大学;2010年
3 张燕伟;铜绿微囊藻在水环境中生态作用的研究[D];集美大学;2010年
4 张娟;低价磷酸盐对铜绿微囊藻生长的影响[D];南京大学;2011年
5 楼春;17β-雌二醇与酰胺类除草剂和铜绿微囊藻的相互作用研究[D];浙江工业大学;2011年
6 江林燕;扰动对铜绿微囊藻生长的影响[D];上海交通大学;2012年
7 张坤;竞争条件下环境因子对铜绿微囊藻影响的研究[D];上海海洋大学;2012年
8 陈斯芝;环境因子对铜绿微囊藻生长及生化组成的影响[D];上海大学;2013年
9 朱金余;不同培养条件对产毒铜绿微囊藻和不产毒铜绿微囊藻生长竞争的影响[D];浙江大学;2012年
10 王静;铜绿微囊藻中砷的代谢与生物效应[D];天津大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 宋长太;蓝藻难找 养鱼才好[N];湖南科技报;2004年
2 记者 白剑峰;太湖部分水域发生蓝藻[N];人民日报;2001年
3 本报记者 李田生;云南大力治滇池[N];西部时报;2004年
4 记者 卜瑜 通讯员 赖南坡 江小燕;南水水库蓝藻得到控制[N];广州日报;2009年
5 本报记者 邓琴;破解难题 确保安全[N];韶关日报;2009年
6 记者 蒋跃 李梅;专家调研认为蓝藻水华尚未形成[N];玉溪日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978