靶向"胞吞"荧光探针表达污泥膨胀关键菌特性机制及膨胀预警模型

根据引起污泥膨胀的微丝菌在厌氧条件下嗜摄和储存长链脂肪酸（LCFA）的代谢特征，制备LCFA修饰的具有能量共振转移（FRET）的有机染料-量子点复合新探针，对活性污泥膨胀微丝菌进行靶向标记研究，探索 "胞吞"输运靶向识别微丝菌的新途径；制备具有FRET特征的有机染料-量子点改良FISH新探针。并分别采用上述两种新探针标记微丝菌，研究其与微丝菌相互作用关系，建立探针荧光信息与微丝菌性态的定量及形态关系，研究微丝菌生长代谢及生理生态特性，揭示污泥膨胀发生的本质规律，建立膨胀预警模型，并与传统预警工艺对比，评价该预警模型的时效性及控制修复措施的有效性。本研究的科学意义在于：探索微丝菌"胞吞"靶向输运的新途径，构建荧光信息与微丝菌特异性应答关系；揭示微丝菌本质特性，揭示污泥膨胀规律及关键控制因素。其实际意义在于：建立污泥膨胀早期预警调控机制，为污水处理厂实现污泥膨胀早期预警和控制修复提供依据。

采用纯种分离培养、疏水板富集、原位富集培养三种方法对引起污泥膨胀的关键菌-微丝菌进行扩增培养研究；通过实验确定了原位培养的可行性及实用性，为原位条件下研究微丝菌生理生化特性提供支持；在丝状膨胀关键菌群的准确识别和定量分析工作中，依据菁染料的特性，结合荧光探针设计原则，将咔唑引入荧光分子结构中，制备出咔唑-吡啶（喹啉）荧光探针，并在此基础上，设计合成了长波长、大Stokes位移、高稳定性的咔唑桥基苯乙烯菁染料荧光探针，根据引起污泥膨胀的微丝菌在厌氧条件下对长链脂肪酸（ LCFA）和相应的脂类有摄食专一性的特征及微丝菌的疏水特性，设计制备了长链脂肪酸酯修饰的咔唑-咔唑吡啶（喹啉）的荧光探针；利用量子点优良的光谱特征和光化学稳定性，将不同长度的LCFA引入无机量子点中，设计制备出LCFA修饰的无机量子点荧光探针；根据FRET的特性和微丝菌的疏水特性，设计制备具有荧光量子产率高、化学稳定性好、抗光漂白性及荧光背景干扰特性的FRET荧光染料-无机量子点的复合探针，研究其FRET特性。分别研究以上探针的特性，并采用上述三类新探针标记微丝菌，研究其与微丝菌相互作用关系，初步建立了十八碳烷烃修饰的咔唑-吡啶探针荧光信息与微丝菌的定量及形态关系，构建了荧光信息与微丝菌特异性应答关系，揭示了微丝菌的特性、污泥膨胀机制及调控因素。新探针与FISH法荧光探针相比较，与微丝菌靶向作用靶点从微丝菌的基因片段移至微丝菌的表面，提高了原位识别微丝菌的可行性；对于几十种类别微丝菌的识别，不需要获取几十种16S rRNA片段，而是利用了在厌氧条件下微丝菌的疏水共性，进行定量和污泥膨胀应答关系研究。并利用传统手段和新构建的探针获取体系微丝菌生长情况与污泥膨胀相关性的基础数据，研究了污泥丝状膨胀预警模型的构建与验证工作；建立了污泥膨胀的预警模型，为污水处理厂实现污泥膨胀早期预警和控制修复提供依据。