纳米银(AgNPs)对小球藻除磷效率的影响及机制

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环境中的磷污染是我国《水污染防治行动计划》重点关注的问题,为此迫切需要开发经济高效的除磷技术。基于藻类的生物除磷技术具有绿色高效的特点,但易受环境中污染物影响。纳米银(AgNPs)材料因其独特的理化性质广泛应用于生产生活,是最常见的纳米颗粒污染物。目前关于AgNPs等纳米颗粒对藻类毒性效应的研究已有报道,但其对藻类磷吸收过程的影响及机制尚有待研究。本研究选择除磷效率高的单细胞绿藻小球藻(Chlorella vulgaris)为研究对象,在考察AgNPs对小球藻毒性效应的基础上(小球藻生物量、叶绿素自发荧光),探究了AgNPs存在下磷(正磷酸盐和总磷)的去除效率变化,重点分析了AgNPs对藻细胞三种除磷机制(非生物沉淀除磷、表面吸附除磷及同化吸收除磷)的影响。本论文的主要结论如下:(1)AgNPs对小球藻具有毒性效应。通过藻类生长抑制试验得到AgNPs的96h半数抑制浓度(EC50)为0.13 mg·L-1,Ag+的EC50为0.02 mg·L-1。AgNPs存在下藻细胞叶绿素自发荧光强度同对照组(不含AgNPs)相比,0.2 mg·L-1AgNPs处理组在0.5 h时荧光强度增强了24.6%,0.02 mg·L-1Ag+处理组增强了35.3%,叶绿素自发荧光增加说明小球藻的光合作用活性下降。(2)AgNPs在高磷(2 mg·L-1)条件下抑制了小球藻生长、叶绿素合成以及光合活性,降低了对正磷酸盐和总磷的去除效率。实验处理第4天,0.05、0.09、0.14和0.20 mg·L-1 AgNPs处理组的藻细胞浓度较对照组分别降低了9.7%、27.5%、46.0%和58.1%。AgNPs的存在影响了小球藻的叶绿素含量、叶绿素荧光参数。实验处理第7天,对照组正磷酸盐和总磷去除率高达96.0%和94.8%,而AgNPs处理组的正磷酸盐去除率分别为95.0%、71.0%、34.9%和16.2%,总磷去除率分别为85.7%、67.9%、47.1%和31.9%。正磷酸盐和总磷的去除效率均随AgNPs浓度的升高而下降。(3)AgNPs存在下小球藻三种除磷机制的影响表现为:在0、0.09和0.20mg·L-1AgNPs实验组中,小球藻同化吸收除磷分别为除磷总效率的88.8%、92.9%和89.9%;表面吸附除磷比例在1.3%8.0%之间;非生物沉淀除磷比例在-1.9%5.6%之间,表面吸附除磷和非生物沉淀除磷对藻细胞除磷贡献较弱。AgNPs主要是影响了藻细胞除磷过程中的同化吸收,从而降低了小球藻的除磷效率。
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