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畜禽粪便来源DOM对铜绿微囊藻M.aeruginosa FACHB905生理生化及产毒特性影响

林毅青  
【摘要】:我国是农业生产大国,在畜禽养殖业生产过程中能够产生大量的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)。DOM中包含有丰富的C、N、P等元素,随着DOM的排放及其向水体的迁移,可导致水体富营养化及其它水质方面的问题。另一方面,蓝藻是富营养化水体的优势物种,常常在富营养化水体形成蓝藻水华,在我国以微囊藻水华最为常见。本文以此为切入点,系统性的研究了畜禽粪便来源DOM对于铜绿微囊藻M.aeruginosa FACHB905生理生化和产毒特性的影响。通过采用傅里叶红外光谱法(FTIR)和热裂解气相色谱质谱法(TMAH-GC-MS),对DOM结构进行解析,研究了DOM中两种纯化合物对M.aeruginosa FACHB905生理生化特性和产毒的影响及机理。主要研究结果如下:1、粪便来源DOM(CM-DOM)略微促进M.aeruginosa FACHB905细胞生长,最大增长率为7.54%,且在90 mg/L CM-DOM暴露条件下观察到。CM-DOM可促进单位细胞中叶绿素a(Chl-a)的合成,但是对于类胡萝卜素(Carotenoid)的作用不明显。光反应中心PSⅡ的性能能够随着时间的推移得到恢复趋于正常。细胞外碱性磷酸酶(APA)活性受到了抑制,但是细胞活性却有所增强,在60 mg/L CM-DOM暴露条件下细胞活性最大较Control增加了1.1倍。另外,CM-DOM能够促进单位细胞内微囊藻毒素MC-LR的合成,第2天、第4天和第6天其最大增长率分别为26.04%、14.94%和64.83%,且分别于第2天120 mg/L CM-DOM处理和第4天、第6天30 mg/L CM-DOM处理中观察得到,而微囊藻毒素Dha~7-MC-LR的合成却受到抑制。2、堆肥来源DOM(MC-DOM)对M.aeruginosa FACHB905的生长影响表现为先促进后抑制的趋势,但细胞内色素合成不受影响。MC-DOM浓度介于60-120 mg/L时,能够造成光反应中心PSⅡ中PQ库的损伤,光合作用电子传递受阻。细胞内一些酶的活性出现应激反应,细胞活性明显上升,细胞外APA活性有所增强。另外,MC-DOM对细胞内微囊藻毒素的合成均产生抑制。3、沼液来源DOM(BL-DOM)浓度介于60-120 mg/L时,能够抑制M.aeruginosa FACHB905的生长,120 mg/L BL-DOM暴露条件下培养液中细胞密度最小,仅为对照处理的26.48%。单位细胞中Chl-a、Carotenoid的合成不受抑制,其含量均随BL-DOM浓度的增加而上升。相同的情况也能从细胞活性的变化得以体现,在第2天、第4天和第6天120 mg/L BL-DOM处理组中细胞活性分别比Control上升了1.6倍、2.0倍和2.3倍,然而细胞外APA活性却受到抑制。光反应系统PSⅡ在低浓度BL-DOM暴露下(15-30 mg/L)性能不受影响,但随着浓度继续增加,整体性能受到破坏。BL-DOM对于胞内Dha~7-MC-LR的合成抑制更为明显,在第6天抑制程度达到最大,最大抑制率为64.38%。4、通过傅里叶红外光谱法(FTIR)和热裂解气相色谱质谱联用技术(TMAH-GC-MS)研究了DOM的物质组成。研究结果表明,DOM主要成分来自于木质素类化合物,其次为烷类化合物和含N、含P类物质,以及一些脂肪酸类化合物。随着发酵程度加深,DOM中有机物羧酸化程度不断提高,木质素类化合物生物降解明显,但仍是DOM中主要成分组成,同时,脂肪酸类物质被完全分解。5、DOM中吲哚(Indole)成分能够抑制M.aeruginosa FACHB905细胞的生长,但这种抑制作用并不由细胞内活性氧自由基(ROS)的升高引起。Indole能够引起细胞内光反应中心PSⅡ性能的受损,影响ATP的合成,这可能是导致M.aeruginosaFACHB905生长受到抑制的原因。另外,Indole对细胞内藻毒素的合成具有抑制作用。6、DOM中羧酸盐浓度增加(Sodium acetate模拟)对M.aeruginosaFACHB905细胞生长、光反应中心PSⅡ性能和细胞内藻毒素合成促进作用明显,但对细胞内Chl-a、Carotenoid色素合成影响不明显。


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