菌藻共生关系对水环境中单细胞微藻聚集行为的影响

论文摘要

单细胞微藻类因其具有较高的光合效率、较快的生长速度和较高的生产率等优势,正逐渐成为新一代生物燃料。然而,微藻的收集问题一直是困扰藻类制生物燃料应用发展中的瓶颈。有研究表明,细菌可以协同微藻进行污废水控制,并借助其良好的絮凝性能高效、经济地聚集微藻。但是这种菌藻共生关系对微藻聚集的影响机理和作用机制尚不明晰,相关研究有限。本文以单细胞具有运动能力的小球衣藻（Chlamydomonas microsphaera）为研究对象,研究微藻对污泥细菌的响应行为在聚集过程的作用,揭示菌藻聚集体形成机制,以期为探索高效、低成本的微藻收集方式提供理论依据支持。本文通过构建微型微藻反应器系统,分别研究了污泥细菌、活性污泥胞外聚合物（Extracellular polymeric substance,EPS）和污泥细菌信号分子对微藻自聚集行为的影响,主要结论如下:第一,污泥细菌的出现能显著促进了小球衣藻的聚集。纯培养小球衣藻的聚集率仅为约12.94%,混合培养时其聚集率随着污泥细菌数量的增加而上升,在藻菌比为1:10时,聚集率可达62.92%。对微藻运动速度的分析发现,在加入污泥细菌后其速度从初始时刻的22.08μm/s迅速上升至48.81μm/s,导致细胞间碰撞概率加大,有助于细胞聚集。同时,菌藻聚集体的EPS分泌量相比纯培养微藻上升约163.38 mg/L。进一步分析发现,污泥细菌的出现改变了体系Zeta电位,从初始-25.00 mV增长至-14.60 mV,说明细胞间斥力减小并趋向于聚集。对污泥细菌的种群变化的分析显示,铜绿假单胞菌Pseudomona和根瘤菌Rhizobium在促进小球衣藻聚集方面发挥着重要的作用。第二,为了区分污泥细菌和EPS对微藻聚集的影响程度,研究了外源性污泥EPS对微藻自聚集行为的影响。结果表明:随着外源性污泥EPS浓度的增加,小球衣藻聚集率显著增大,在110 mg/L EPS时达到最大值81.82%。微藻细胞运动速度也从初始时刻的26.82μm/s上升到49.36μm/s,促进了微藻聚集。然而,体系Zeta电位变化则与微藻的聚集率呈负相关关系,并非微藻聚集原因。同时发现,外源性EPS水平与微藻细胞外色氨酸类蛋白和芳香族类蛋白分泌量正相关。第三,为了验证污泥EPS溶液中可能包含的细菌群体感应信号分子（正酰基高丝氨酸内酯,AHLs）是否影响小球衣藻,在藻液中加入好氧絮体、好氧颗粒、厌氧絮体、厌氧颗粒四种污泥细菌AHLs。发现四种活性污泥细菌AHLs一定程度上有助于小球衣藻的聚集,其中颗粒污泥AHLs对微藻聚集效果最好,聚集率最高可达43.44%;而好氧絮体污泥细菌AHLs对微藻聚集效果较差,仅约19.90%。添加AHLs后,色氨酸和芳香族蛋白分泌量增大,其与微藻聚集率呈正相关;而藻细胞运动速度降低至24.8830.83μm/s,Zeta电位较对照组上升约7.44%,AHLs对二者影响较小。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 微藻主要的收集方法和机理
•     1.2.1 化学混凝/絮凝
•     1.2.2 过滤和离心
•     1.2.3 电法处理
•     1.2.4 自聚集和生物絮凝
•   1.3 水生环境中菌藻关系和其相互作用
•     1.3.1 细菌-藻类的相互作用模式
•     1.3.2 藻菌胞间通讯对菌藻关系的影响
•     1.3.3 菌藻关系在微藻收集中的应用
•   1.4 研究目的和内容
•     1.4.1 研究目标
•     1.4.2 研究内容
•     1.4.3 技术路线
• 第二章 污泥细菌加速微藻自聚集行为的研究
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 微藻的接种培养
•     2.2.2 污泥细菌的提取
•     2.2.3 实验设置
•     2.2.4 微藻聚集率
•     2.2.5 运动速度分析
•     2.2.6 Zeta电位分析
•     2.2.7 胞外聚合物的提取和分析
•     2.2.8 扫描电子显微镜观察
•     2.2.9 激光共聚焦显微镜观察
•     2.2.10 DNA种群分析方法
•     2.2.11 OUT和多样性指数分析方法
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 污泥细菌对微藻聚集的影响
•     2.3.2 微生物细胞运动响应分析
•     2.3.3 菌藻胞外聚合物分泌特性
•     2.3.4 Zeta电位变化分析
•     2.3.5 藻菌环境中菌群多样性分析
•     2.3.6 藻菌环境中微生物群落结构分析
•   2.4 讨论
•   2.5 结论
• 第三章 活性污泥胞外聚合物对藻类自聚集行为的影响
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 活性污泥EPS提取
•     3.2.2 实验设置
•     3.2.3 微藻聚集率
•     3.2.4 粘度的测定
•     3.2.5 运动速度分析
•     3.2.6 Zeta电位
•     3.2.7 三维荧光光谱
•     3.2.8 扫描电子显微镜观察
•     3.2.9 数据处理
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 微藻聚集率变化
•     3.3.2 不同浓度污泥EPS下微藻响应速度变化
•     3.3.3 不同浓度污泥EPS下微藻自身蛋白分泌的变化
•     3.3.4 污泥EPS粘度特性和聚集率的关系
•     3.3.5 不同浓度污泥EPS下 Zeta电位特性和聚集率的关系
•     3.3.6 不同浓度污泥EPS下微藻聚集率与部分指标的关系
•   3.4 讨论
•     3.4.1 污泥EPS特性和微藻自聚集的关系
•     3.4.2 微藻自身响应和微藻自聚集的关系
•   3.5 结论
• 第四章 污泥细菌信号分子对微藻自聚集行为的影响
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 污泥细菌信号分子的提取
•     4.2.2 实验设置
•     4.2.3 微藻聚集率
•     4.2.4 微藻运动速度测定
•     4.2.5 微藻胞外聚合物分泌特性
•     4.2.6 三维荧光光谱测定
•     4.2.7 藻液Zeta电位测定
•     4.2.8 种群多样性分析和群落分析
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 四种活性污泥（AS Ⅰ、AS Ⅱ、AS Ⅲ、AS Ⅳ）菌群特征
•     4.3.2 不同种源细菌AHLs对微藻絮凝的影响
•     4.3.3 不同种源细菌AHLs对微藻运动速度影响
•     4.3.4 不同种源细菌AHLs对微藻分泌胞外聚合物的影响
•     4.3.5 不同种源细菌AHLs对微藻Zeta电位影响
•   4.4 结论
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 施华升

导师: 陈国炜,王国庆

关键词: 微藻聚集,共生关系,胞外聚合物,细菌信号分子

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

单位: 合肥工业大学

分类号: X703;X17

总页数: 78

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