浮萍耐受高氨氮养殖废水进行生物质积累的机理研究

浮萍植物在养殖废水处理和生物质能源开发等方面具有广阔的应用前景，是高氨氮养殖废水资源化利用的良好材料。但是养殖废水中过高的氨氮含量也会对浮萍等植物造成一定的铵毒害，阻碍其生长发育，从而影响其对污水的净化和自身生物质的积累。本研究以常见的浮萍植物青萍（Lemna minor）和紫萍（Spirodela polyrhiza）为研究对象，利用环境学和生物学的方法对比分析两种植物在高氨氮废水中在繁殖能力、污染物富集能力和生物质的积累能力等方面的差异和在生理代谢和基因转录水平的响应差异。旨在探讨浮萍富集污染物进行生物质积累的影响因素，揭示浮萍植物耐受高氨氮养殖废水的机理，为进一步研究植物铵毒害机制，进一步利用生物技术改良浮萍植物，以便更好的应用于水体污染治理和生物质能源开发等方面奠定一定的基础。

本研究首先建立了用于分析浮萍等小型漂浮植物生长情况的活体实时分析方法，分析了青萍和紫萍在对高氨氮浓度废水的生长响应。耐受机理方面的研究表明，高浓度的氨氮会破坏浮萍体内的碳氮平衡、抑制光合色素的合成，从而导致浮萍叶状体出现早衰的表型。氨毒害会破坏浮萍抗氧化系统，使浮萍活性氧增加，引起氧化胁迫，从而破碳素同化和氮素同化过程，最终导致生物质积累受到抑制，同时影响氮磷的吸收；抗坏血酸（AsA）可以缓解氨毒害对浮萍产生的毒害。在分子机理方面，转录组分析表明，在高氨氮胁迫中，大量与基本生理功能相关的基因下调，上调较为明显的途径为与木质素合成相关的苯丙烷生物合成途径，木质素是构成细胞壁的重要成分，这可能是浮萍耐受高氨氮的重要机制。以猪场废水养殖浮萍的研究表明，高氨氮浓度的废水会使浮萍的光合效率降低，从而影响物质和能量（热值）的积累，废水最佳氨氮浓度在20-30mg/L。针对沼液中高浓度的氨氮不利于浮萍生长的问题，建立微藻-菌-浮萍的处理体系，将高浓度的沼液经耐受性微藻与活性污泥经微曝气处理后降低氨氮浓度，再用于浮萍培养。浮萍具有一定的产沼气能力，由于用废水养殖的浮萍含有较多的杂质，浮萍的沼气化利用是较为理想的途径。