UV-C辐照预防性抑制水华蓝藻的效果及作用机制

针对UV-C辐照抑制水华蓝藻生长的研究现象，提出水华发生前采用UV-C辐照抑制蓝藻生长从而预防水华发生的水华治理策略。实验研究UV-C辐照对典型水华蓝藻的生长抑制效果及其影响因素，确定适用于抑制蓝藻生长的辐照剂量范围；针对生长受抑制藻细胞内部，遗传物质、光合活性、生理活性的一系列损伤及修复过程，重点开展细胞层次、生物大分子层次、基因层次的深入研究，确定与生长抑制密切相关的关键变化，分析各关键变化的时空顺序及影响关系，阐明UV-C辐照的抑藻机理；系统研究UV-C辐照处理后有害代谢产物藻毒素及嗅味物质的产生及释放过程，结合中间产物分析，确定UV-C辐照对于藻毒素及嗅味物质代谢的影响及作用机制；研究UV-C辐照对于典型藻类、细菌、浮游动物、水生动/植物生长的影响，最终建立一套高效的环境友好的UV-C辐照预防性抑制水华蓝藻技术方法体系。

研究了UV-C 辐照对三种蓝藻的生长抑制效果及影响因素，50-200 mJ/cm2显著抑制铜绿微囊藻生长，抑制期为3-10 d，对数期UV-C敏感性显著高于延滞期。相同剂量处理对水华鱼腥藻抑制效果显著减弱，延滞期和对数期藻抑制期均为2-3 d。对浮游颤藻仅200 mJ/cm2有1 d抑制效果。在蓝藻绿藻混合培养液中采用50-200 mJ/cm2能选择性抑制铜绿微囊藻生长，对普通小球藻或斜生栅藻的影响较小。处理后10-14 d内铜绿微囊藻生长停滞，混合藻液由对照组中铜绿微囊藻占绝对优势转变为UV-C处理组中绿藻占绝对优势。初步阐明了UV-C 辐照抑藻机理。首先，UV-C辐照直接攻击DNA和光合系统，迅速引起基因表达抑制和光量子产率降低，是抑制藻细胞生长的直接机制。第二，UV-C辐照引起胞内ROS含量升高，形成胞内氧化性损伤，是抑制藻细胞生长的间接机制。优化了MC-LR、MC-RR、MC-YR等3种毒素的前处理及LC-MS-MS检测方法，建立了mcyA-J等10种藻毒素合成酶基因表达水平的检测方法，研究了UV-C 辐照对藻毒素产生与释放的影响及机制，≥50 mJ/cm2能显著降低藻毒素总量，≥100 mJ/cm2或≤50 mJ/cm2不会加剧藻毒素释放风险，更为关键的是，≥50 mJ/cm2抑制藻毒素合成，处理后单位藻细胞MC-LR含量显著降低。生长抑制途径是藻毒素总量削减的首要机制，基因表达抑制途径是低剂量处理组藻毒素总量削减的重要机制。建立了同时检测5种藻源致嗅物质的SPME-GC-MS方法，长达141 d的铜绿微囊藻培养实验表明对数期至稳定期早期单位细胞致嗅物质合成能力逐渐增强，稳定期内胞内大量合成β-环柠檬醛，生长抑制剂量（50-100 mJ/cm2）UV-C能抑制铜绿微囊藻β-环柠檬醛的总产生量。考察了UV-C 辐照对于非蓝藻生物的影响。对处于延滞期的绿藻藻种普通小球藻和斜生栅藻、以及硅藻藻种针杆藻，100 mJ/cm2具有1-3 d的生长抑制效果。对于对数期藻类，20-200 mJ/cm2在2-9 d内抑制针杆藻生长，50-200 mJ/cm2在2-7 d内抑制斜生栅藻生长，对普通小球藻仅200 mJ/cm2有3 d抑制效果。200 mJ/cm2对典型浮游动物大型溞和典型鱼类斑马鱼无显著致死影响。