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水是生命之源,是地球上所有生物生存的根本。近年来,随着中国工业和农业的迅速发展,中国水资源污染严重。一方面,氨氮是水中最常见的一种污染物质,也是水产养殖过程中最易富集的污染物,氨氮的积累不仅能引起水体富营养化,而且在养殖水体中还会对养殖的经济动物造成毒害作用。另一方面,作为一种最常见的氮源,氨氮可以被各种植物以及微生物同化利用。小球藻是水体中广泛分布的真核微藻,它对各类的胁迫均有一定的耐受性,且可以利用氨氮作为营养物质进行生长和代谢。这使得利用小球藻去除氨氮成为可能。在本研究中,通过对10株小球藻的比较,筛选出了生长快、对氨氮耐受性强的小球藻,并验证了其应用于高浓度氨氮去除的可行性;另外,通过对小球藻在高浓度氨氮胁迫下的光合特性分析,深入探究藻类对氨氮的耐受机制。
详细的研究内容及结果如下:
1.通过对10株小球藻生长及pH值比较,揭示了氨氮对小球藻生长抑制的过程。即氨氮对小球藻的生长有直接和间接的影响,其中NH3是氨氮的主要毒性物质。当氨氮浓度过高或pH值很大时,NH3浓度大,可直接快速地对小球藻类生长造成抑制;当氨氮浓度低或pH值小时,NH3浓度小,小球藻的生长在起始阶段并不受影响,但随着NH4+逐渐被同化,使得周围环境酸化,最终能间接抑制藻类的生长。
2.通过对10株小球藻对氨氮的EC50值比较,证明了不同的藻类对氨氮的耐受性存在差异。进一步通过对GS和GOGAT酶活性的分析,证明了藻类对氨氮的同化能力决定了藻类对氨氮耐受性。并且筛选出了一株对氨氮具有很高耐受性的小球藻——FACHB-1563。通过对FACHB-1563的扩大培养,得到了14.86mgL-1d-1的平均氨氮去除效率。这证明了FACHB-1563应用于水产养殖污水中氨氮去除的可行性。
3.通过对小球藻在高浓度氨氮培养下的光合活性分析,揭示出氨氮主要损伤藻类的PSⅡ。并且证明了氨氮能多位点损伤PSⅡ,首先损伤的是PSⅡ的OEC,然后才是抑制QA-到QB的电子传递。
基于以上研究成果,提出了藻类的氨氮同化与PSⅡ损伤过程之间存在的竞争关系模型。进入叶绿素的氨氮即可以充当氮源又可以作为毒性物质。因此,氨氮即能够在GS和GOGAT的作用下被同化为无毒性的氨基酸,又能够依次对PSⅡ中的OEC和QA-到QB的电子传递造成损伤或抑制,且在GS和GOGAT的作用下对氨氮的同化能够缓解氨氮对PSⅡ的损伤。具有高活性GS-GOGAT的藻,能够及时清除和转运有毒性的氨氮,从而避免其对PSⅡ的快速损伤,因此,对氨氮显示出高的耐受性。
详细的研究内容及结果如下:
1.通过对10株小球藻生长及pH值比较,揭示了氨氮对小球藻生长抑制的过程。即氨氮对小球藻的生长有直接和间接的影响,其中NH3是氨氮的主要毒性物质。当氨氮浓度过高或pH值很大时,NH3浓度大,可直接快速地对小球藻类生长造成抑制;当氨氮浓度低或pH值小时,NH3浓度小,小球藻的生长在起始阶段并不受影响,但随着NH4+逐渐被同化,使得周围环境酸化,最终能间接抑制藻类的生长。
2.通过对10株小球藻对氨氮的EC50值比较,证明了不同的藻类对氨氮的耐受性存在差异。进一步通过对GS和GOGAT酶活性的分析,证明了藻类对氨氮的同化能力决定了藻类对氨氮耐受性。并且筛选出了一株对氨氮具有很高耐受性的小球藻——FACHB-1563。通过对FACHB-1563的扩大培养,得到了14.86mgL-1d-1的平均氨氮去除效率。这证明了FACHB-1563应用于水产养殖污水中氨氮去除的可行性。
3.通过对小球藻在高浓度氨氮培养下的光合活性分析,揭示出氨氮主要损伤藻类的PSⅡ。并且证明了氨氮能多位点损伤PSⅡ,首先损伤的是PSⅡ的OEC,然后才是抑制QA-到QB的电子传递。
基于以上研究成果,提出了藻类的氨氮同化与PSⅡ损伤过程之间存在的竞争关系模型。进入叶绿素的氨氮即可以充当氮源又可以作为毒性物质。因此,氨氮即能够在GS和GOGAT的作用下被同化为无毒性的氨基酸,又能够依次对PSⅡ中的OEC和QA-到QB的电子传递造成损伤或抑制,且在GS和GOGAT的作用下对氨氮的同化能够缓解氨氮对PSⅡ的损伤。具有高活性GS-GOGAT的藻,能够及时清除和转运有毒性的氨氮,从而避免其对PSⅡ的快速损伤,因此,对氨氮显示出高的耐受性。