胞外聚合物界面作用及其對綠藻砷毒的影響.pdf

1、綠藻表面分泌的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)影響水體污染物遷移轉(zhuǎn)化行為，對于可作為水體砷污染凈化生物的綠藻影響狀況如何？EPS在微藻與溶液界面最大的影響作用是改變微藻的穩(wěn)定性，而目前關(guān)于EPS對砷污染水體中綠藻的自聚集行為影響以及界面調(diào)控等行為仍不清楚。本論文選取典型釋放EPS的綠藻蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和萊茵衣藻（Chlamydomonas

2、 reinhardtii）為研究對象，結(jié)合各種分析技術(shù)，主要包括傅里葉紅外（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）、動態(tài)光散射(Dynamic light scattering，DLS)、電泳遷移率(Electrophoretic mobility,EPM)、粘度測定儀等，分析綠藻在EPS去除過程中藻類自聚集性能的差異，揭示EPS對綠藻自聚集行為的界面調(diào)控;針對水體砷污染對藻類光合活性

3、影響的毒作用問題，選取蛋白核小球藻為受試對象，通過測定藻半致死劑量濃度(Half-effective concentration，EC50)、葉綠素a濃度(Chlorophyll a，Chl a)、光系統(tǒng)Ⅱ(PhotosystemⅡ，PSⅡ)及透射電鏡(Transmission electron microscope，TEM)比較分析不同價態(tài)砷As(Ⅲ)和As(Ⅴ)對蛋白核小球藻光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)影響特征;進(jìn)一步探討胞外聚合

4、物對蛋白核小球藻耐砷的行為及機(jī)制，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)綠藻表面分泌的EPS能加劇藻粘附團(tuán)聚。完整藻細(xì)胞以及提取純化的EPS都具有羥基（-OH）、羧基（-COOH）、氨基基等官能團(tuán)，兩種綠藻表面均呈現(xiàn)負(fù)電荷，其表面Zeta電位(pH=6.9±0.1，Eh=-6.0±4.0mV)分別為-15.5±0.6和-19.2±0.2mV。去除EPS后蛋白核小球藻和萊茵衣藻表面Zeta電位分別降低了14.4％和22.1％，表面粘度(25

5、℃)分別降低了4.6％和20.2％，水力學(xué)粒徑分別降低了13.6％和31.0％。Zeta電位絕對值的增大意味著藻細(xì)胞間靜電排斥力增強(qiáng)，藻體系變得更為穩(wěn)定，去除EPS藻細(xì)胞粘度降低，減弱藻細(xì)胞的自聚集行為，水力學(xué)粒徑降低，進(jìn)一步證實(shí)胞外聚合物能增強(qiáng)綠藻自聚集行為。
　　(2)As(Ⅲ)對蛋白核小球藻光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)電子傳遞的抑制作用和亞細(xì)胞形態(tài)損傷程度大于As(Ⅴ)。蛋白核小球藻對無機(jī)砷具有較強(qiáng)的耐受性，高砷暴露下，小球藻葉綠素a

6、合成、光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)最大光量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、實(shí)際光量子產(chǎn)量(Yield)及相關(guān)參數(shù)與無機(jī)砷濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，As(Ⅲ)對小球藻光合活性抑制顯著高于As(Ⅴ)。As(Ⅲ)和As(Ⅴ)150.0mg·L-1暴露96h對小球藻光系統(tǒng)Ⅱ影響差異最大，PSⅡ中最大光量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、實(shí)際光量子產(chǎn)量(Yield)、最大電子傳遞速率(rETRmax)和線性斜率(α)分別降低了77％、91％、92％、85％和19％、50％、51％、23

7、％。透射電鏡進(jìn)一步表明小球藻亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)形態(tài)受砷脅迫葉綠體出現(xiàn)層間空泡化、類囊體基粒片層受擠壓、蛋白核縮小并出現(xiàn)脂質(zhì)滴。與As(Ⅴ)相比，As(Ⅲ)處理后葉綠體片層之間空泡狀結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)重，類囊體基粒片層受擠壓程度高于As(Ⅴ)。
　　(3)蛋白核小球藻表面分泌EPS能增強(qiáng)藻的耐砷性。EPS對蛋白核小球砷毒性介導(dǎo)差異最大的砷暴露濃度為112.5mg·L-1，As(Ⅲ)暴露48h后完整細(xì)胞(+EPS)和去除EPS細(xì)胞(-EPS)最大光量

8、子產(chǎn)量(Fv/Fm)分別降低了29.9％(p＜0.01)和36.1％(p＜0.01)，As(Ⅴ)脅迫下完整細(xì)胞(+EPS)和去除EPS細(xì)胞（-EPS）最大光量子產(chǎn)量(Fv/Fm)分別降低了22.9％(p＜0.01)和27.2％(p＜0.01)。傅里葉紅外分析在As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸附蛋白核小球藻后，藻表面1415cm-1處基團(tuán)分別轉(zhuǎn)移到1394cm-1和1395cm-1，表明羧基基團(tuán)(-COOH)是與As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在小球藻表面