海洋生态与环境科学重点实验室知识库

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa）是全球范围内广泛分布的有害藻华原因种，近年来，球形棕囊藻藻华灾害频发，给养殖业、旅游业等带来严重危害，更为严重的是，大尺寸的胶质囊体会造成核电冷源取水口滤网堵塞，从而对核电安全造成巨大隐患。如何应急消除棕囊藻藻华是目前海洋环境保护领域的重要内容。改性粘土技术是世界范围内广泛应用的有害藻华应急处置方法，可以有效消除微型藻类有害藻华，但是对于球形棕囊藻囊体消除效果尚需深入研究。因此，本研究针对球形棕囊藻具有单细胞和囊体两种生活形态的生物学特征，筛选、研发了具有除藻及破囊能力的高效改性粘土；考察了高效改性粘土作用下球形棕囊藻氧化应激系统与光合作用系统的响应，以及相关通路基因的差异表达情况，从生理生化和分子生物学水平上阐明改性粘土方法防控球形棕囊藻藻华的作用机理，为球形棕囊藻有害藻华的防治提供了参考。主要研究结果如下：

（1）高效改性粘土的筛选与研制 本研究使用多种材料对球形棕囊藻进行消除，比较消除效果及分析其对水质的影响发现：氧化复合改性粘土KHSO₅/PAC-MC是消除球形棕囊藻的最佳配方，对实验室培养球形棕囊藻以及现场球形棕囊藻均有良好消除效果，对囊体亦有一定破碎作用，其使用浓度为0.2 g/L时消除率、囊体破碎率均高于90%；添加改性粘土后水体中溶解无机磷（DIP）有一定程度降低，对水质环境无不良影响。

（2）高效改性粘土对球形棕囊藻生理生化性质的影响 氧化复合改性粘土不仅可以有效消除球形棕囊藻，而且能够有效抑制藻细胞的生长与新囊体的形成；添加改性粘土后各实验组的藻细胞ROS水平、SOD活性、CAT活性和MDA含量显著提高，表明改性粘土对藻细胞造成氧化胁迫，影响球形棕囊藻的正常生长、分裂与成囊；在光合作用方面，球形棕囊藻的最大光化学效率Fv/F_M与实际光化学效率ФPSⅡ下降，藻细胞光合活性减弱，表明高效改性粘土对球形棕囊藻的光合作用系统造成严重损伤。

（3）高效改性粘土对球形棕囊藻分子生物学影响 氧化复合改性粘土会导致水体中球形棕囊藻细胞基因转录表达发生变化，其中糖代谢、光合作用、胁迫适应等生理过程相关的基因表达出现显著性差异，说明氧化复合改性粘土导致藻细胞的正常生理过程受到影响，生理过程发生紊乱，生长增殖受到抑制；添加氧化复合改性粘土24 h后，球形棕囊藻糖胺聚糖降解相关基因显著上调，说明改性粘土能够加速球形棕囊藻外层胶质膜的降解，具有一定破囊能力。

综上所述，本论文研制出高效消除球形棕囊藻藻华的氧化复合改性粘土，在使用浓度为0.2 g/L时即可消除90%以上的藻细胞与囊体，通过氧化胁迫、降低光合活性、加速多糖降解等多种方式抑制球形棕囊藻的生长与成囊，有效消除球形棕囊藻藻华，为球形棕囊藻藻华的科学防控提供了技术支撑和理论参考。

第1章 绪论... 1

1.1 有害藻华概述... 1

1.1.1 有害藻华的成因及危害... 1

1.1.2 棕囊藻藻华的研究现状... 4

1.2 有害藻华的防治... 8

1.2.1 有害藻华的防治方法... 8

1.2.2 粘土表面改性理论及改性粘土类型... 11

1.2.3 改性粘土治理有害藻华技术的应用... 14

1.3 藻华生物氧化应激和光合作用系统对外界胁迫的响应... 15

1.3.1 氧化应激系统对环境胁迫的响应... 15

1.3.2 光合作用系统对环境胁迫的响应... 18

1.4 本文研究目标及内容... 20

1.4.1 问题的提出... 20

1.4.2 研究目标... 20

1.4.3 研究内容... 20

1.4.4 技术路线... 21

第2章 高效改性粘土的筛选与研制... 23

2.1 前言... 23

2.2 实验部分... 24

2.2.1 实验材料与方法... 24

2.2.2 球形棕囊藻消除实验与材料筛选... 25

2.2.3 高效改性粘土制备与相关参数表征... 25

2.2.4 球形棕囊藻生物量测定... 26

2.2.5 光合作用相关参数测定... 26

2.2.6 水质参数测定... 27

2.3 结果... 28

2.3.1 高效改性粘土筛选... 28

2.3.2 高效改性粘土对球形棕囊藻的消除效率... 33

2.3.3 对主要水质参数的影响... 38

2.4 讨论... 43

2.4.1 不同改性粘土的除藻效率及其对主要水质参数的影响... 43

2.4.2 高效改性粘土消除球形棕囊藻机制的探讨... 44

2.5 小结... 49

第3章 高效改性粘土对球形棕囊藻形态及生理生化性质的影响... 51

3.1 前言... 51

3.2 实验部分... 51

3.2.1 实验材料与方法... 51

3.2.2 球形棕囊藻形态学观察... 52

3.2.3 氧化应激系统相关参数测定... 52

3.2.4 光合作用相关参数的测定... 53

3.3 结果... 53

3.3.1 高效改性粘土作用下球形棕囊藻形态的受损情况... 53

3.3.2 高效改性粘土作用下球形棕囊藻氧化应激参数的变化... 55

3.3.3 高效改性粘土作用下球形棕囊藻光合作用参数的变化... 58

3.4 讨论... 61

3.4.1 高效改性粘土对球形棕囊藻形态的影响... 61

3.4.2 高效改性粘土对球形棕囊藻氧化应激系统的影响... 61

3.4.3 高效改性粘土对球形棕囊藻光合作用的影响... 63

3.5 小结... 65

第4章 高效改性粘土对球形棕囊藻分子生物学影响... 67

4.1 前言... 67

4.2 实验部分... 68

4.2.1 实验材料与方法... 68

4.2.2 样品处理与收集... 68

4.2.3 RNA提取与检测... 68

4.2.4 RNA-seq测序... 68

4.2.5 测试数据分析... 69

4.3 结果... 69

4.3.1 高效改性粘土对球形棕囊藻基因表达水平的影响... 69

4.3.2 高效改性粘土作用下球形棕囊藻差异基因及聚类分析... 71

4.3.3 高效改性粘土作用下球形棕囊藻重要生理过程及细胞结构基因转录表达的变化情况... 74

4.4 讨论... 82

4.4.1 对球形棕囊藻重要生理过程及细胞结构基因转录表达的影响... 82

4.4.2 高效改性粘土治理球形棕囊藻藻华的分子生物学机制探讨... 83

4.5 小结... 84

第5章 结论与展望... 85

5.1 结论... 85

5.2 创新点... 86

5.3 不足与展望... 86

参考文献... 87

致谢... 103

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果... 105