基于藻细胞代谢功能诊断水库强化混合抑藻控嗅的分子机制研究

Drinking water quality is seriously threatened by algal bloom in the drinking water reservoir, therefore, towards a better exploring of the algae and odor control in reservoir has vital scientific and social values for us to guarantee the security of urban water supply. Algal growth and off-flavor compounds are effectively controlled by enhanced mixing technique, however, the molecular mechanism of controlling algae and odor remains unclear. In this project, photosynthetic activity, intracellular antioxidant enzyme activities and protein expression of algal cell will be determined under the natural and mixing conditions. Meanwhile, the expression of GSG and mtf genes related to geosmin and 2-MIB biosynthesis responded to enhanced mixing will be examined simultaneously. Based on statistical analysis and protein profile analysis, the response of cell physiology and molecular characteristics of inhibiting algae and reducing off-flavor compounds to enhanced mixing will be evaluated. The objective of this study is, therefore, diagnosis of algal cell metabolic function characteristics will be employed to reveal the molecular mechanisms of enhanced mixing technique for inhibiting algal growth and controlling odor in the reservoir, thus providing the scientific evaluation for the practical application of enhanced mixing technique used to control algae and off-flavor compounds in situ of drinking water reservoir.

水源水库藻华爆发严重威胁饮用水水质，加强对水库原位抑藻控嗅的研究对于保障城市供水安全具有重要的科学意义与社会价值。强化混合技术可以有效抑制水库悬浮藻类增殖和削减异味，然而其调控藻细胞衰亡及异嗅物衰减的分子生物学机制尚不明确。本项目重点研究水库悬浮藻细胞在自然/强化混合条件下，藻细胞质膜稳定性、叶绿素荧光活性、胞内抗ROS酶活性和蛋白质表达的异质性；诊断胞内土臭素、2-MIB含量及其生物合成基因GSG和mtf对强化混合的动态响应过程；通过统计分析和差异蛋白图谱解析，揭示强化混合抑制藻类繁殖、削减异嗅物的细胞生理和分子应激特征，旨在从藻细胞代谢功能水平探明其抑制水库悬浮藻类增殖与控制异味的分子机制。该项研究将为强化混合技术在水源水库原位抑藻控嗅工程应用研究方面提供科学依据。

水源水库藻华爆发严重威胁饮用水水质，加强对水库原位抑藻控嗅的研究对于保障城市供水安全具有重要的科学意义与社会价值。本项目以西安金盆水库、李家河水库和山东周村水库为研究对象，探明了金盆水库自然条件下水体藻细胞种群结构、叶绿素含量、水质指标和异嗅物垂向特征；揭示了水库水体藻细胞自然衰亡过程及其伴生菌代谢活性与异嗅物（土溴素和2-MIB）特征；探明了周村水库水质、藻类种类和强化混合原位控藻效果；探究了自然条件下李家河水库水质和藻细胞数目、种类的季节演替规律；解析了自然/强化混合条件下金盆水库水体藻类特征；探明了强化混合调控藻细胞生理、胞内功能基因和蛋白表达诊断调控机制。结果表明：金盆水库水体藻华爆发前期（4-5月）藻类多样性较低，SEM显微摄影显示小环藻为优势种，土嗅素和2-MIB含量较低。周村水库藻类检测出132种，强化混合在周村水库应用结果表明，与非运行年比较，在运行年，周村水库藻细胞密度降低44%-52%，以绿藻和硅藻为主。优势种属为小环藻、针杆藻、水溪绿球藻、肾形藻。藻类爆发期，李家河水库水质参数在变温层、斜温层和等温层产生了明显垂向变化。水华束丝藻和铜绿微囊为优势种群，藻华消亡期，小环藻和卵形隐为优势种群，呈现季节和空间异质性。黑河水库水中藻类数量的季节分布属于“双峰型”，夏季藻类数量最高值约为800万个/L。黑河水库水体中观察发现有硅藻、绿藻、蓝藻以及裸藻等4门44种，春季优势种类单一。强化混合（扬水曝气）原位控制金盆水库藻类研究表明，藻细胞削减率为73%。强化混合条件下，藻细胞内抗ROS酶活性显著升高、胞内叶绿素a含量和致嗅基因（GSG和mtf基因）表达受到显著抑制（P<0.05），2D电泳图谱诊断表明藻细胞内蛋白质表达受到调控，与自然（光照/温度模拟）条件比较，强化混合条件下，藻细胞内共有32个蛋白点表达量升高，说明这些蛋白质是调控藻细胞衰亡的重要蛋白。项目研究成果为强化混合技术在水源水库原位抑藻控嗅工程应用研究方面提供科学依据。