淡水微藻对水中四环素的胁迫响应及去除机制研究

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抗生素不合理使用及污水处理工艺的局限性,导致其大量进入地表水中并影响水生生态系统安全。基于微藻的水中抗生素去除技术是一种有潜力的污水净化技术,不仅可以去除相关污染物,还可以实现二氧化碳固定目的。本文以常见的斜生四链藻(Tetradesmus obliquus)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)两种淡水微藻为研究对象,探究了其对水中四环素的胁迫响应,明确了四环素对两种微藻生理水平的影响,比较了两种微藻对四环素的去除能力,并探究了蛋白核小球藻对四环素的去除机制及影响因子,研究结果可为微藻在实际水环境中去除四环素等抗生素提供科学依据。论文主要研究结果如下:(1)0.5-6.0 mg/L四环素处理斜生四链藻和0.5-10.0 mg/L四环素处理蛋白核小球藻均会抑制两种微藻的光合色素含量并引起其光合活性的损伤,导致微藻的光合色素含量和Fv/Fm值明显降低;96 h时,光合色素含量以及光合活性较48 h均有所上升。然而,在两种微藻对四环素的氧化应激机制研究中,几乎所有暴露组藻细胞的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性和谷胱甘肽(GSH)、总抗氧化能力(T-AOC)、丙二醛(MDA)含量都显著升高。总体而言,斜生四链藻对四环素较蛋白核小球藻更加敏感。(2)两种微藻均具有富集水中四环素的能力,蛋白核小球藻对四环素的富集能力强于斜生四链藻。蛋白核小球藻对四环素的富集量与四环素的初始浓度和作用时间有关,蛋白核小球藻对四环素的耐受性以及作用时间呈正相关关系。藻类分泌的有机物(AOM)对四环素的也有一定的去除作用,且胞外有机质(EOM)对去除四环素的贡献高于胞内有机质(IOM)对四环素的去除。(3)通过高分辨质谱仪(UPLC-Q Exactive Focus)检测出了蛋白核小球藻对四环素的9种可能降解产物:P2(m/z=338)、P3(m/z=182)、P4(m/z=135)、P5(m/z=348)、P6(m/z=318)、P7(m/z=263)、P8(m/z=469)、P9(m/z=321)、P10(m/z=130),其降解过程主要是经过水解开环、脱甲基化(-CH3)、加氢反应、脱羟基化(-OH)、脱羰基化(-C=O-)和脱胺基化(-NH2)等一系列反应进行的。(4)采用单因素实验,研究了初始藻浓度、初始四环素浓度、p H和盐度分别对蛋白核小球藻去除四环素的影响。动力学模型拟合结果表明,四环素在不同藻初始浓度(5×10~5-1×10~7cells/m L)、不同四环素初始浓度(0.5-10.0 mg/L)和p H(5-9)条件下的去除均符合伪一级降解动力学,当藻初始浓度、四环素浓度和p H为1×10~7cells/m L、2.5 mg/L和8时,水中四环素的半衰期分别为10.664 h、11.180 h和11.869h。
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