季铵盐表面活性剂胁迫下小球藻对氮磷的吸收及细胞响应

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yufeng_09
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近年来,随着大量含氮磷的工农业废水和生活污水排入水体,水体富营养现象出现频繁,严重威胁水生生态平衡和饮用水安全。鉴于氮磷排放引起水体富营养化等问题,污水深度脱氮除磷技术成为研究热点。藻类是一种易于吸收氮磷的水生生物,在城市污水脱氮除磷的过程中具有良好运用前景。城市污水中广泛存在表面活性剂等污染物,该类污染物会影响到藻类对氮磷的吸收去除,但目前关于表面活性剂胁迫对藻类吸收氮磷的影响缺乏深入认识。本论文在比较小球藻在不同氮源形态下对氮磷吸收能力的基础上,研究了不同结构的季铵盐表面活性剂(QACs)胁迫对小球藻吸收氮磷的影响。以十六烷基溴化三甲基铵(CTAB)为例,从细胞应答的角度深入探讨了季铵盐表面活性剂胁迫对小球藻吸收氮磷的影响机制。论文获得了以下主要研究结论:(1)以氨氮为氮源时,低浓度氮(<10mg/L)能够促进小球藻的生长;当氮浓度超过10mg/L时,小球藻的生长受到抑制;以硝氮为氮源时,氮浓度的增加能够促进小球藻的生长,当氮浓度从5mg/L增加到20mg/L时,平均生长速率从0.848106cells/(mL d)增加到0.914106cells/(mL d)。小球藻对氨氮的去除效率优于对硝氮的去除效率,且去除效率随初始氮浓度的增加而降低,小球藻对氨氮的平均去除速率大于硝氮。当初始氮浓度从5mg/L增加到20mg/L时,实验6d后氨氮和硝氮的实验组中氮的去除效率分别从98.8%和88.9%降低到48.4%和49.7%。当初始氮浓度为10mg/L时,氨氮的吸收速率为1.608mg/(L d),而硝氮的吸收速率为1.277mg/(L d)。小球藻对总磷的吸收去除分为快速吸附和慢速吸收两个阶段,去除效率因受氮源形态和初始浓度的影响不明显。(2) QACs对小球藻生长具有明显的抑制效应,且抑制能力随其碳链长度的增加而增大。小球藻生长完全受到抑制时,十烷基三甲基溴化铵C10-TMAB、十二烷基三甲基溴化铵DTAB、十四烷基三甲基溴化铵TTAB和十六烷基三甲基溴化铵CTAB的浓度分别约为8.0、1.2、1.0和0.6mg/L。在实验浓度梯度下,QACs对小球藻吸收氨氮存在明显的抑制效应,且随其浓度的增加而增大。CTAB的抑制效应最强,当其浓度从0增加到0.6mg/L时,氨氮的去除效率从98.5%降低到17.5%。四种QACs对小球藻去除总磷效率的影响与其对氨氮去除的影响趋势一致,而对总磷去除的快速吸附阶段影响不明显。QACs对氨氮吸收速率的抑制效率大于对总磷的抑制效率,且抑制效率的差异随QACs碳链长度的增加逐渐减小。最短碳链的C10-TMAB对氨氮和总磷吸收速率的最大抑制效率分别为70.3%和33.2%,而最长碳链的CTAB则为82.5%和83.0%。(3) CTAB胁迫降低了藻的光合作用活性,进而产生对小球藻吸收氨氮和总磷的抑制。当CTAB浓度从0增加到0.6mg/L,藻细胞叶绿素自发荧光强度(684nm)从41.1a.u.降低到25.3a.u.。CTAB破坏了藻细胞膜的完整性,使得细胞的生存能力逐渐降低,最终导致小球藻对氨氮和总磷的吸收降低。CTAB浓度为从0增加到0.6mg/L,实验6d后活细胞比例从88.4%降低到50.5%。CTAB胁迫降低了小球藻细胞的代谢活性,藻细胞内酯酶活性随CTAB的浓度增加而降低,乙二胺四乙酸荧光素(FDA)水解产物的荧光强度变化显示酯酶活性从71.5降低到4.7a.u.。此外,藻细胞红外光谱表明CTAB胁迫使藻细胞在吸收氮磷过程中细胞内生物大分子物质组成发生改变,脂质化合物甲基和亚甲基的C-H拉伸(2970-2850cm-1)、蛋白质的氨基酸N-H弯曲(amide II,-1540cm-1)以及核酸类化合物的磷酸二酯的P=O拉伸(DNA和RNA,-1245cm-1)随CTAB浓度逐渐增强,说明细胞内脂质产生积累现象,某些蛋白和核酸类物质合成增加。
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