蛋白核小球藻對(duì)亞砷酸鹽和砷酸鹽的富集和轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、砷(As)是存在于土壤和自然水體中的有毒的類金屬元素，大量含砷化合物進(jìn)入環(huán)境導(dǎo)致水體砷污染越來(lái)越嚴(yán)重。蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）由于其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值被認(rèn)為是人類的健康食品，而水體砷污染會(huì)對(duì)蛋白核小球藻的養(yǎng)殖造成威脅。蛋白核小球藻生長(zhǎng)迅速、環(huán)保、低廉、有效的特點(diǎn)使其在生物修復(fù)含砷廢水上有一定的應(yīng)用潛能，對(duì)治理污水中的氮磷等污染物有良好的去除效果，然而其對(duì)含砷廢水的治理還鮮有報(bào)道。氮(N)、磷(P）等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)

2、鹽是限制小球藻生長(zhǎng)和繁殖的重要因子，關(guān)于氮磷濃度對(duì)蛋白核小球藻砷代謝的影響還未見(jiàn)報(bào)道。因此本文以蛋白核小球藻為研究對(duì)象，首先研究蛋白核小球藻對(duì)亞砷酸鹽(As(Ⅲ))和砷酸鹽(As(Ⅴ))的耐性、富集和代謝規(guī)律;然后研究不同N、P濃度對(duì)蛋白核小球藻生長(zhǎng)的影響;在藻體生長(zhǎng)不受影響的前提下，研究不同氮磷濃度對(duì)其砷富集和代謝的影響，以期為保障小球藻產(chǎn)品的品質(zhì)安全、實(shí)現(xiàn)砷污染水體的生物修復(fù)提供理論依據(jù)。
　　1.蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和A

3、s(Ⅴ)的吸收特性和毒性效應(yīng)
　　設(shè)置系列As(Ⅲ)和As(Ⅴ)濃度，對(duì)蛋白核小球藻進(jìn)行72 h生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)，研究蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸收特性和毒性效應(yīng)。
　　毒理學(xué)試驗(yàn)結(jié)果表明，蛋白核小球藻對(duì)As的耐性較強(qiáng)，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的EC50值分別為69.19和3847 mg·L-1;蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸收速率均隨著砷處理濃度的增加而呈曲線增加，而且增加的幅度逐漸變小，能用米氏方程擬合，蛋

4、白核小球藻對(duì)As(Ⅴ)的最大吸收速度Vmax是As(Ⅲ)的1.72倍，說(shuō)明小球藻對(duì)As(Ⅴ)的吸收潛力大。此外蛋白核小球藻吸收As(Ⅴ)的米氏常數(shù)Km是吸收As(Ⅲ)的9.53倍，說(shuō)明As(Ⅲ)對(duì)小球藻的親和性大于As(Ⅴ)的親和性。
　　2.蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)富集、代謝的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律
　　設(shè)置系列As(Ⅲ)和As(Ⅴ)濃度處理蛋白核小球藻，分別于6、12、24、48、72 h收集小球藻，測(cè)定As總量和形態(tài)

5、，研究蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)富集、代謝的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。
　　結(jié)果表明，蛋白核小球藻對(duì)As的富集量和吸收量隨As(Ⅲ)和As(Ⅴ)濃度的增加而顯著增加，其中小球藻對(duì)As(Ⅲ)的富集以吸收為主(67.5％～96.6％)，吸附占較少部分，對(duì)As(Ⅴ)的吸收和吸附約各占一半;蛋白核小球藻對(duì)As的吸附量與As的形態(tài)和濃度有關(guān)，小球藻對(duì)As(Ⅴ)的吸附量顯著高于對(duì)As(Ⅲ)的吸附量，且對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量隨As(Ⅲ)

6、和As(Ⅴ)濃度的增加而顯著增加。
　　800μg·L-1的As(Ⅲ)處理小球藻3d，藻體內(nèi)存在As(Ⅲ)和As(Ⅴ)兩種砷形態(tài)，且As(Ⅴ)比例相對(duì)較大(48.3％-80.7％)，說(shuō)明小球藻體內(nèi)存在較強(qiáng)的氧化作用，能夠?qū)⒍拘暂^大的As(Ⅲ)氧化為毒性較低的As(Ⅴ)，800μg·L-1的As(Ⅴ)處理小球藻3d，胞內(nèi)As都是以As(Ⅴ)的形態(tài)存在。
　　蛋白核小球藻對(duì)As的吸收可以用動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行較好的擬合，由吸收動(dòng)力學(xué)參

7、數(shù)可以發(fā)現(xiàn):50μg·L-1的As處理時(shí)蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)的吸收能力大于As(Ⅴ)，200和800μg·L-1的As處理時(shí)小球藻對(duì)As(Ⅲ)的吸收能力小于As(Ⅴ)。此外，隨著As(Ⅲ)或As(Ⅴ)處理濃度的增加，蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)或As(Ⅴ)的吸收速率常數(shù)、外排速率常數(shù)和生物富集系數(shù)都呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。
　　3.不同N、P濃度時(shí)蛋白核小球藻As(Ⅲ)和As(Ⅴ)富集和轉(zhuǎn)化的影響
　　首先研究N、P濃度對(duì)小球藻生長(zhǎng)

8、的影響，然后選擇不影響小球藻生長(zhǎng)的N、P濃度組合，研究N、P濃度對(duì)小球藻砷富集和轉(zhuǎn)化的影響。
　　結(jié)果表明:N或P的濃度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響蛋白核小球藻的生長(zhǎng)，其中固定N為247 mg·L-1和P為0.6、6 mg·L-1，以及固定P為6 mg·L-1和N為24.7、247 mg·L-1的濃度組合對(duì)蛋白核小球藻的生長(zhǎng)沒(méi)有影響;當(dāng)P濃度為6 mg·L-1時(shí)，N濃度降低到24.7mg·L-1不會(huì)影響小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的富集及

9、其胞內(nèi)As形態(tài)的轉(zhuǎn)化，而當(dāng)N濃度為247 mg·L-1時(shí)，P濃度降低到0.6 mg·L-1則會(huì)顯著增加小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸收和富集，藻細(xì)胞內(nèi)As(Ⅴ）還原、甲基化和外排也顯著增強(qiáng)。
　　通過(guò)上述研究，闡明了蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸收特性和毒性效應(yīng)，同時(shí)從吸收動(dòng)力學(xué)和氮磷營(yíng)養(yǎng)的角度詳細(xì)闡述了蛋白核小球藻對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的富集和代謝過(guò)程，為揭示蛋白核小球藻砷代謝機(jī)制、保障小球藻的品質(zhì)安全和砷污染水