重金属镉对短带鞘藻-活性污泥共生体系脱氮除磷的冲击效应及机制11.doc

国家自然科学基金： 胞外聚合物在重金属镉冲击小球藻脱氮除磷过程中的作用及机制 小球藻脱氮除磷效率的。 镉冲击氮磷EPS及藻细胞内。 EPS在镉冲击下的分布特性变化。 EPS与镉的结合方式及其对镉在细胞内分布的影响 The role of EPS in removal of nitrogen and phosphorus by Chrolla Vulgris with the stress of heavy metal Cadmium and its mechanism 藻类生物膜技术具有脱氮除磷的优势，但污水中重金属等毒物可影响藻细胞及其产生在细胞外的大分子聚合物（胞外聚合物，EPS），但目前对EPS在重金属冲击藻类脱氮除磷过程的作用及机制尚不明晰。本项目水环境中优势藻种小球藻为研究目标，为重金属镉为代表，在探明EPS对小球藻脱氮除磷效率影响的基础上，采用三维荧光光谱及傅立叶红外光谱等方法，研究镉冲击下EPS的分布特性变化（分子量分布可溶态和结合态EPS，亲水与疏水性EPS等）；明确镉冲击下，氮、磷在藻细胞内及EPS的分布比例变化；采用X-射线光电子能谱和扫描透射软X射线显微镜等技术手段深入研究EPS与镉结合的分子模式（结合位点、方式与主要结合物）以及EPS对镉在小球藻亚细胞内分布的影响。研究结果可从分子水平上阐明生物体EPS与重金属的作用机制，对指导藻类生物膜技术在污水脱氮除磷中的运用具有重要意义。 藻类广泛存在于水环境中，其生物膜体系在城市污水脱氮除磷的过程中具有良好运用前景。水处理中与氮磷共存表面活性剂等有机污染物，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。本项目以小球藻为代表，研究表面活性剂胁迫对藻类吸收氮磷的影响及分子机制。在了解其吸收不同形态氮磷动力学特征的基础上，考察表面活性剂胁迫下小球藻吸收氮磷的效率。通过测定细胞膜性状，细胞核、线粒体及叶绿体的形态，以及叶绿素含量和净光合作用速率，明确表面活性剂胁迫下氮磷吸收过程中藻细胞性状的变化。构建氮磷诱导小球藻抑制性差减文库，通过全文库测序进行表达序列标签的同源比对和功能分类，筛选出小球藻氮磷吸收的关键基因，并以此为靶基因采用Real-time PCR 技术分析表面活性剂对其转录量的影响，从分子水平上深入阐明胁迫机制。研究成果可丰富水环境中藻类对氮磷的吸收理论，对指导藻类脱氮除磷的实际运用具有重要意义。 EPS与镉的结合方式及其对镉在亚细胞内分布的影响 选择对照组（无镉）和加镉组的小球藻，在d的中采用X-射线光电子能谱（XPS）研究EPS与镉结合的结合测定EPS中Cd的浓度变化，对比Cd-EPS, Cd-木糖, Cd-酪氨酸和Cd-的K边界X-射线荧光吸收光谱（XAFS）图谱，确定Cd与EPS的主要结合方式与主要结合物。采用扫描透射软X射线显微镜（STXM）观察EPS对镉在小球藻亚细胞内分布的影响，从分子水平上阐明生物体EPS与重金属的作用机制。选择对照组（无镉）和加镉组的小球藻，在d的中采用X-射线光电子能谱（XPS）研究，木糖酪氨酸对比Cd-EPS, Cd-木糖, Cd-酪氨酸和Cd-的K边界X-射线荧光吸收光谱（XAFS）图谱，确定Cd与EPS的主要结合方式与主要结合物。采用扫描透射软X射线显微镜（STXM）观察EPS对镉在小球藻亚细胞内分布的影响，从分子水平上阐明生物体EPS与重金属的作用机制。 一．立项依据： 水体中氮磷等营养物质的污染已引起普遍关注，我国城镇污水即将执行一级标准（GB18918-2002），氮磷（NH4+-N，TP，TN）的排放标准分别15，1.0，20 mg/L 8，0.5，15 mg/L，因此对污水脱氮除磷提出了更高的技术要求。与传统的微生物脱氮除磷过程相比较，结合了藻类吸收氮磷优势的藻菌生物膜技术因其效率高、能耗低和藻类可资源化利用的优势受到关注。藻细胞能利用水体中多种无机氮磷和有机氮磷化合物作为氮源和磷源，利用二氧化碳和碳酸盐作为碳源进行光自养生长，并且藻类细胞可以用来去除污水中的营养物质并以有机物的形式将其储存在藻细胞中。20世纪中期，Oswald[5]和McGriff [6]最早提出利用微藻处理污水的想法。20世纪80年代以来，生物技术的飞速发展使藻类大规模培养技术逐步完善。国内外对发挥藻类净化污水的潜力进行了研究并取得很大进展[7-9]。藻菌生物膜在自然界水体和各种污水处理生物反应器中普遍存在, 它们在自然水体的净化和污水处理中发挥了非常重要的作用本课题组研究发现，单细胞的小球藻（Chlorella vulgaris）相对其他等淡水藻种对氨氮和磷酸盐具有较高的去除率，在与地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）组成藻菌共生体系后，由于细菌促进了藻类生物量和分泌胞外物质，该体系对氨氮和正磷酸盐