激光对铜绿微囊藻的抑制效果及机理研究

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本文研究了不同波长的激光对铜绿微囊藻生长和光合作用的抑制效果,发现650nm波长的抑藻效果最好;以不同剂量的红光激光(650 nm)照射铜绿微囊藻,研究了激光对藻细胞生长的影响,采用分光光度法、调制叶绿素荧光仪等研究了激光对铜绿微囊藻光合作用的影响,分析了激光对铜绿微囊藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的影响,运用流式细胞仪(FCM)研究了激光对藻细胞膜结构的完整性和代谢活性的影响,研究了激光对藻毒素(MCs)含量的影响;通过透射电子显微镜(TEM)研究了激光对铜绿微囊藻细胞内部结构的影响;最后设计了激光控藻装置,研究了流动状态下激光对铜绿微囊藻光合作用的抑制效果,为蓝藻“水华”的治理提供新的思路。  本研究主要内容包括:⑴剂量为1278 J.cm-2的四种波长(405、450、532和650 nm)激光照射藻密度为1.2×107 cells.mL-1的铜绿微囊藻后,650 nm激光照射后的铜绿微囊藻净初级生产力为2.61 g(O2).m-3.d-1,相应的抑藻率达到53.48%,最大光化学量子产量(Fv/Fm)由0.36减少到0.16;将四种波长的激光照射后的铜绿微囊藻恢复培养10 d,650 nm激光照射的铜绿微囊藻藻密度最低,光合活性在第6天恢复到正常水平(0.41)。⑵剂量为642~3210 J.cm-2的红光激光(650nm)照射密度为7.0×106 cells.mL-1的铜绿微囊藻后接种培养20 d,642和1284 J.cm-2照射的藻细胞密度分别比对照组低了29.2%和73.0%;更高剂量照射后铜绿微囊藻细胞完全则不生长。⑶随着激光剂量的升高,铜绿微囊藻的Fv/Fm降低,参与光合作用的色素含量减少。照射剂量为642J.cm-2时,Fv/Fm由0.41降为0.07,培养6天后Fv/Fm恢复到0.37,而更高剂量照射的藻细胞培养10天后Fv/Fm依然为零;剂量为3210 J.cm-2激光后,叶绿素a(Chl.α)含量减少了57.9%,类胡萝卜素(Carotenoid)含量减少了73.6%,藻蓝蛋白(PC)和别藻蓝蛋白(APC)分别减少了74.1%和86.4%。⑷随着激光剂量的升高,铜绿微囊藻细胞酶活力升高,细胞膜完整性受到破坏,代谢活性降低,细胞内MCs释放,但并未发生降解。3210 J.cm-2照射藻细胞后,SOD和POD活力分别升高了1.6和6.7倍;流式细胞仪检测发现PI染色后荧光强度增加了5.27倍,酯酶活性升为对照组的1.9倍,胞外藻毒素增加了2.81μg,而藻毒素总含量不变。⑸TEM结果显示不同剂量的激光照射会破坏铜绿微囊藻细胞结构。2568 J.cm-2激光照射能破坏铜绿微囊藻细胞的类囊体、伪空胞和中央核区等结构,使细胞形状发生改变,引起细胞质壁分离,导致细胞凋亡。⑹用所设计的红光激光控藻装置处理藻密度为1.5×105 cells.mL-1,流量为1L.min-1的藻液,随着工作时间升高,藻细胞的光合活性降低。10min后光合活性抑制率为98%。
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