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藻菌共生体构建及其净化养殖尾水的研究

藻菌共生体构建及其净化养殖尾水的研究

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作者：耿诗语南昌大学

学位级别：硕士

菌藻共生体具有较强的去氮除磷性能优势,已被广泛用于净化养殖尾水中。藻、菌之间共生关系比较复杂,不同藻菌共生体净水效果也不同,尽管大多数研究已详细阐明藻菌共生体净化养殖尾水时的脱氮除磷机制,但是对于藻菌共生体构建过程,以及... 详细信息

菌藻共生体具有较强的去氮除磷性能优势,已被广泛用于净化养殖尾水中。藻、菌之间共生关系比较复杂,不同藻菌共生体净水效果也不同,尽管大多数研究已详细阐明藻菌共生体净化养殖尾水时的脱氮除磷机制,但是对于藻菌共生体构建过程,以及净水时各营养物质的动态分布及转化情况,尚缺乏系统性的科学报道。本研究通过构建新型藻菌共生体,探究藻菌共生体构建过程中组成成分变化情况,并通过模拟养殖尾水净化实验,分析藻菌共生体物质及代谢差异。本文主要结果如下:（1）构建藻菌共生体的藻种以及菌种的分离纯化和鉴定本章主要对从实验室藻种库筛选出的、具有净水优势的一株藻种,和从自然珍珠蚌水环境分离纯化所得的、可与微藻有效结合成藻菌共生体的四株细菌,对其进行形态上的观察和分子学上的鉴定。依据形态特征,初步判断微藻属于绿藻门。光学显微镜下观察发现,该微藻细胞主要表现为圆形或椭圆形,无鞭毛,细胞内含有一个周生片状色素体,通常伴有一至多个液泡,以及一个显著的蛋白核,通过形成2-4-8个孢子的方式来进行无性繁殖,当细胞老化时,细胞壁增厚,细胞逐渐由绿变黄。在扫描电镜下能观察到明显的纵向肋纹。进一步的分子生物学鉴定结果表明,微藻属于单星藻属（Coelastrella Chodat）(命名为C1)。对实验室成功分离纯化出的四株菌种进行形态上的观察和分子上的鉴定,鉴定结果为赖氨酸芽孢杆菌（Lysinibacillus macroide）(命名为B1)、摩氏摩根菌（Morganella morganii）(命名为B2)、库特氏菌（Kurthia gibsonii）(命名为B3)和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）(命名为B4)。以上结果为深入研究藻菌共生体的构建及净水功能提供了重要参考。（2）不同藻菌共生体的成分含量分析本章依据藻菌共生体构建过程中其自身组成成分及表面官能团的变化情况,以期筛选出理想的藻菌共生体。其生长指标结果显示,菌种B1、B3和B4分别与藻种C1可构建成藻菌共生体（命名为CB-1、CB-2、CB-3和CB-4）,其中CB-4组共生体显示出较高的生物活性和生物量,叶绿素-a（Chl-a）的含量高达64.29 mg/ml,干重达到2.85 g/L。进一步分析共生体的胞外分泌物,发现不同实验组之间在组成上存在显著差异。外层松散结合胞外聚合物（LB-EPS）和紧密结合态胞外聚合物（TB-EPS）中多糖（PS）和蛋白质（PN）的变化趋势不同。在LB-EPS中,PS含量相对稳定,约为0.4 mg/m L左右。而PN含量不断增加,尤其在藻菌共生体中。PN含量最高的为CB-4组,可达到0.063 mg/m L。相较之下,TB-EPS中的PS含量初始较低,但随着时间的增长而增加,在第4天,单藻组的PS含量高达0.34 mg/m L,藻菌组的PS含量高达0.27 mg/m L,而单菌组的最高仅为0.16 mg/m L。TB-EPS中的PN含量初始则较高,最终藻菌组的PN含量在0.034-0.330 mg/m L,单藻组在0.048 mg/m L,而单菌组在0.021-0.094 mg/m L。此外,LB-EPS中PN/PS比值在观察时间段内显著上升,而TB-EPS的PN/PS比值则呈现相反的下降趋势。傅里叶红外光谱图显示,在构建过程中,藻菌共生体主要由多糖、蛋白质及脂质组成。各组共生体的化学基团种类无明显差异,但在含量上藻菌组相较于单藻组,多糖和蛋白质含量更高。以上结果均表明藻菌共生体生物活性更高、生物量更大、组成更稳定,且其丰富的官能团赋予了其在水体净化应用中的明显优势,特别是CB-4组。（3）藻菌共生体净水过程中的生长规律及净化效能研究为进一步探究各藻菌共生体在净水过程中的生长规律及其与净水功能之间的联系。本章选用上一章中构建的藻菌共生体,并在模拟水产养殖尾水条件下进行实验。实验首先测定紫外分光光度值OD680、Chl-a含量和干重,结果表明,CB-4组在生长速率、生物量、Chl-a含量和胞外聚合物含量上均优于其他组合,显示出较高的光合作用效率和微生物代谢活性。通过三维荧光光谱进一步分析,探讨了不同藻菌共生体在净水过程中胞外聚合物（EPS）组成成分的动态变化,揭示EPS主要由溶解性微生物代谢产物和腐殖酸类物质构成。随后通过对净水过程中各藻菌共生体的LB-EPS和TB-EPS中PS和PN的含量差异,以及PN/PS比值的变化进行分析。实验结果表明,在LB-EPS中,PS含量在净水过程中不断上升,且实验前期积累较多;而PN含量初始值较高但增长缓慢,实验后期大量积累。这一现象表明藻菌共生体可能首先分泌PS以维持系统稳定性,适应水体环境后开始合成PN,以促进水体净化。TB-EPS中各组PS含量均高于PN含量,尤其在藻菌共生体中,其中CB-4组的含量

关键词：藻菌共生体水产养殖尾水净化单星藻枯草芽孢杆菌

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