微囊藻对短时超声胁迫的应激反应机理研究

We had already achieved significant removal effect on the research of ultrasonic pretreatment which is contribute to research and establish the economic, efficient and safe alga-killing technique to eutrophication water resources. At the same time we also found that short-time ultrasonic could promote coagulating sedimentation of Microcystis. What is the mechanism of the promotion by short-time ultrasound? Base on the previous research achievements, this research firstly take the stress response of Microcystis by the short-time ultrasound as the breakthrough point, and deeply research the mechanism of the aggregation and settleability of Microcystis stressed by the short-time ultrasound in biological group level, cell level and molecular level. By this research, it will provide scientific basis to explain the mechanism of short-time ultrasonic pretreatment.

通过前期的研究，我们在超声波强化混凝除藻技术方面取得显著的去除效果，为建立一种经济、高效和安全的去除富营养化水源水藻类的新技术提供了可能性。同时我们也发现短时间的超声波辐照能更好地促进藻类混凝沉淀进行去除。短时超声波促进藻类的絮凝沉淀的机理如何？本研究将在以往研究成果的基础上，首次以微囊藻对短时超声波胁迫的应激生理反应作为切入点，在生物群体、细胞和分子水平进一步深入研究短时超声波胁迫提高微囊藻聚集性和沉降性的作用机制，为确立短时超声波强化混凝除藻技术的作用机理提供科学依据。

近年来，我国河道和湖库水体的富营养化现象日益严重，由此引起的水华爆发不仅严重破坏水生态环境，而且大大提高了水处理的成本，甚至威胁居民用水安全。本项目采用短时间低强度超声波强化混凝的新方法去除微囊藻，并确定了其最佳作用条件。微囊藻经过短时间低强度超声波处理后，再投加PAC混凝沉淀，藻去除率可提高20%以上；若更换环保型的海泡石和壳聚糖作为絮凝剂，短时间低强度超声波对混凝除藻的强化效果更好，藻去除率可提高30%以上。本实验结果对建立一种高效、安全和经济的蓝藻水华控制方法具有重要的意义。. 在此基础上，本项目以微囊藻对短时间低强度超声波胁迫的应激生理反应作为切入点，在生物群体、细胞和分子水平研究短时间低强度超声波强化除藻技术的作用机制。研究结果显示，短时间低强度超声波直接作用微囊藻细胞后，其沉降性和凝聚性均得到显著提高，这可能是短时间低强度超声波具有强化除藻效果的直接原因。经过深入的研究表明，短时间低强度超声波除是一种温和的除藻方式，因为经过短时间低强度超声波处理后，微囊藻细胞表面及细胞内部结构的损伤很小，细胞壁、细胞膜和类囊体均完整，细胞膜通透性增加不显著，生长速度和细胞活性均也无显著影响，但是微囊藻细胞出现内含物少量外渗和伪空泡破裂，这可能是微囊藻细胞凝聚性和沉降性显著提高的原因之一。短时间低强度超声波也可能是微囊藻细胞的一种胁迫因素，因为经过短时间低强度超声波处理后，微囊藻细胞内的藻青素、抗氧化酶活性和丙二醛含量均有不同程度的提高，同时涉及抗氧化（cpc A）、光合作用（ribulose 1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase subunit ）和电子传递（psa D）相关蛋白的表达量也有显著提高，因此推测短时间低强度超声波通过诱发微囊藻的自我修复和保护机制，从而促使微囊藻发生聚集和下沉。本研究对促进短时间低强度超声波强化除藻技术的推广和应用奠定了较好的理论基础。