一株耐酸微藻的分离鉴定及其对金属离子胁迫的生理响应

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微藻是酸性矿山废水(AMD)中重要的初级生产者,能适应低pH、高硫酸盐和高溶解态有毒金属浓度等环境条件的胁迫,并具有去除重金属、提高环境pH和增加溶解氧浓度的能力,是AMD原位修复的潜在资源。本文从安徽某硫铁矿山的酸性矿山废水库中分离得到一株耐酸微藻,并以其为研究对象,着重考察了不同pH和典型金属离子Mn2+和Cu2+浓度对其生长特性的影响,并通过测定藻生物量、光合色素、丙二醛(MDA)、巯基和还原型谷胱甘肽(GSH)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)比活力的变化,分析该微藻对Mn2+和Cu2+胁迫的生理响应机制。具体研究如下:(1)分离获得一株纯化藻株,通过形态观察及18S rDNA测序鉴定确定为油球藻Graesiella sp.MA1。研究发现该藻最低耐受pH为3.5;并研究了初始pH 3.5时,不同初始接种浓度下其生长过程、产碱和增氧能力的变化,发现初始接种OD值为0.3时,其比生长速率(0.3 d-1)为各组最高;各试验组最终溶解氧和pH值均稳定至21 mg/L和10.0附近,表明其具有显著增氧产碱能力。(2)研究发现Graesiella sp.MA1在酸性条件下对Mn2+、Cu2+的最大耐受浓度分别为55和6 mg/L;且pH 3.5条件下Graesiella sp.MA1对55 mg/L Mn2+、6 mg/L Cu2+的去除率分别为18.55%、18.23%,pH 7.0时则分别去除了44.89%、87.98%。(3)pH 3.5条件下,Mn2+和Cu2+浓度胁迫试验结果都表明,随着重金属浓度的增加,第24 d时Graesiella sp.MA1的生物量和产碱能力受到了抑制,同时叶绿素a/b值显著降低表明光合作用过程受到影响,丙二醛含量的增加表明该藻受Mn2+和Cu2+的氧化胁迫增大,可溶性蛋白、可溶性多糖、类胡萝卜素和SOD、APX活性的增加表明该藻通过调节细胞渗透能力和抗氧化来减轻重金属的毒害作用。Mn2+浓度显著上调了该藻的巯基和GSH含量,Cu2+对巯基和GSH显示了相反的作用。(4)初始pH对该藻生长影响显著,具体表现在:第6 d时,相较于pH 7.0的对照组,pH 3.5对照组的生物量、叶绿素a/b、类胡萝卜素含量、巯基含量、SOD和APX比活力受到显著抑制,可溶性蛋白、多糖和GSH含量变化不明显。综上所述,从酸性矿山废水库中分离纯化获得的油球藻能够同时耐受低pH和一定浓度范围内的Mn2+和Cu2+,在这种极端环境下,其细胞内的抗氧化系统缓减了膜脂质过氧化作用,从而在耐受重金属离子与解毒方面起到了重要作用。由于Graesiella sp.MA1具有耐受低pH、重金属离子以及增氧产碱的作用,本研究为利用微藻开展酸性矿山废水原位生物修复提供了一定的理论依据。
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