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水体藻源嗅味物质产生特征与生物降解研究

陈克云  
【摘要】:本研究在建立顶空固相微萃取-气相色谱质谱方法测定水中藻源嗅味化合物的基础上,探讨了该方法标准化的可行性;对不同环境条件下螺旋鱼腥藻的产嗅特征进行了研究,初步探明了不同营养源对螺旋鱼腥藻产嗅特征的影响;利用从实际水处理工艺活性炭池中所筛选得到的降解菌,评价了其对嗅味物质的降解效果,并鉴定得到了相应菌种的种类;针对存在季节性嗅味问题的水库水源,利用克隆、DGGE等分子生物学手段,对其微生物群落结构变化进行了监测分析,初步解析了水源中嗅味物质变化与微生物种群结构变化的关系。主要取得如下结果: 1.探讨了利用顶空固相微萃取-气相色谱质谱方法测定水中藻源性嗅味化合物方法标准化的可行性研究。结果显示,在相应浓度范围内,标准曲线线性效果良好,土臭素(Geosmin)、二甲基异莰醇(2-MIB)和β-环柠檬醛(β-cyclocitral)的检出限分别为1.3 ng/L、1.9 ng/L、2.1 ng/L;其检测下限分别为5.2 ng/L、7.6 ng/L、8.4 ng/L;过长的样品保存时间、原水中的微生物以及自来水中的余氯都会对测定结果产生干扰;优化得到的前处理及保存条件为,原水样品取样后应添加氯化汞,自来水样品采用硫代硫酸钠进行脱氯处理,0-4oC保存,并应在一周内完成样品的分析。 2.以从某水库中分离得到的可高产土臭素(Geosmin)的螺旋鱼腥藻(Anabaena sp.)为模式生物,进行扩大化培养,通过测定不同营养源条件下的生物量及土臭素等各项指标的变化,探讨了不同营养盐条件对该螺旋鱼腥藻生长及产嗅特征的影响。结果表明,不同氮源及磷源条件下,产生的土臭素主要分布在藻细胞内,胞外含量基本在0.2%~9.6%的范围内;与氨氮相比,硝氮更能促进螺旋鱼腥藻的生长,最高产嗅量是氨氮条件下的1.4倍;氨氮浓度0.5 mg/L条件下,相应藻细胞及产嗅量均达到最高值,分别为3.8×10~4 cells·mL~(-1)和1.1×10~4 ng·L~(-1),而硝氮浓度在2.0 mg/L条件下达到最高值,分别为6.6×10~4 cells·mL~(-1)和1.3×10~4 ng·L~(-1);与氮源条件相比,磷源浓度在0.12 mg/L条件下才能够显著促进藻细胞的生长,是螺旋鱼腥藻生长的限制性营养源。 3.从北京某自来水厂的炭滤池中分离到的三株细菌,其对2-MIB的生物降解效果结果显示,三株细菌具有高效的降解能力,在4天内将其含量降至嗅味阈值浓度10 ng/L;分子生物学菌株鉴定结果显示,三株细菌与其亲缘相近的菌种分别为Sphingomonas sp., Pseudomonas sp., Chryseobacterium sp.。 4.利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳和16S rDNA克隆文库构建技术,分析评估了北方某水库嗅味物质消长期间微生物多样性变化和种群结构变迁。研究结果显示,该水库生物量很低且样品间群落结构相差不大,放线菌占很大比例且一直稳定存在,属于γ-proteobacteria、Cynobacterium、Sphingobacteria类群的克隆子在藻类高峰期稳定存在,后期逐渐消失,可能与藻细胞的分解有关;而2-MIB高发期,水中镜检得到了较多的颤藻/席藻,同时具有较高含量的放线菌,推测2-MIB的产生与此两种微生物密切相关。


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