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藻毒素产生影响因子、化感抑制及预测模型研究

作　者: 吴溶
导　师: 崔莉凤
学　校: 北京工商大学
专　业: 环境工程
关键词: 微囊藻毒素影响因子化感抑制作用粗糙集分析藻毒素预测模型
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水体富营养化因产生藻毒素已经对饮用水安全构成严重危害。其中微囊藻毒素(Microcystins,MC)是水体富营养化产生最常见的藻毒素。藻毒素MC由于具有肝毒性和肿癌促进作用直接影响鱼类和人畜的安全,已引起各界的广泛关注。研究藻毒素MC产生的影响因素、利用化感作用抑制MC产生及提出MC预测模型对于控制藻毒素污染,减轻其对人类的危害具有重要意义。本文首先对MC的高效液相色谱(HPLC)检测条件及固相萃取(SPE)富集提取条件进行了优化。在比较不同条件下的分离度、峰形、提取率基础上,建立了高效、灵敏的SPE-HPLC提取检测MC的方法。此方法较水中MC测定的国家标准方法,不仅省去三氟乙酸的使用,运行时间还得以缩短,大大降低MC检测的成本。且本方法还具有很好的重现性、准确度和精密度。对MC-LR和MC-RR的准确度及精确度分别可达1.06%、2.75%和1.35%、0.42%。根据圆明园实际水样的MC含量测定可知,此检测方法适合实际水样中MC含量的测定。其中MC-LR及MC-RR的加标回收率分别是90.10%和91.31%。研究围绕影响微囊藻毒素产生的环境因子(包括温度、光照、起始氮磷浓度)展开。比较不同设定条件下藻密度的数量及细胞相对生长速率得出,铜绿微囊藻的最适生长条件为:温度25℃,光照强度6000lx,起始氮磷浓度分别为1.45mg/L,0.15mg/L(此时氮磷摩尔比为16:1);而MC产生的最适条件是:温度28℃,光照3000lx,起始氮、磷浓度分别为1.45mg/L,0.15mg/L。实验结果表明,温度、光照及氮磷营养都是影响微囊藻生长及MC产生的重要因素。且较高的温度,低光强更利于藻毒素的产生。而氮磷比16:1适于微囊藻的生长及MC的产生。由于微囊藻毒素严重危害人类健康,故考虑利用植物化感作用抑制MC的产生。本文主要利用植物金鱼藻与狐尾藻共同培养及初次尝试植物浸出液的方式来研究植物化感作用对铜绿微囊藻生长及藻毒素MC产生的影响。测定加入植物和植物浸出液与铜绿微囊藻共同培养过程中藻密度、水中氮磷含量及MC含量。分析比较两组实验结果可知,金鱼藻、狐尾藻活体及其浸出液与铜绿微囊藻共培养时,其化感作用都能有效地抑制微囊藻的生长和MC的产生。其中利用狐尾藻浸出液与铜绿微囊藻共同培养时,对微囊藻生长及MC产生的化感抑制能力较高,其化感抑制敏感指数RI值可分别达到-0.844、-0.542。通过显微镜观察发现受到化感抑制作用的藻细胞结构受到破坏。另外本文还针对圆明园实际水样进行化感抑制作用实用性的探索研究。其结果表明狐尾藻浸出液中的化感物质可有效地抑制圆明园水样中的藻类生长及MC的产生。利用GC-MS对植物中化感物质进行分析得出,金鱼藻中可能含有的物质N-苯基-1-萘胺及脱氢枞酸乙脂,狐尾藻中可能含有的对羟基苯甲酸、邻苯二酚、3,4,5-三羟基甲酸都曾有文献指出对藻类生长有明显的化感抑制作用。由于微囊藻毒素实际测定过程的复杂性及必要性,可利用其他指标参数来预测MC的含量。通过测定纯铜绿微囊藻的培养过程中各指标参数与MC含量,进行单因子相关性分析及粗糙集分析。其中单因子分析表明藻细胞数、叶绿素-a、溶解氧及水中总氮含量与MC含量的相关性都较好,其R~2均大于0.75。同时粗糙集分析可以看出,温度、叶绿素-a、光照、水中总氮含量对于MC产生的重要度均大于75%,其都是影响MC产生的重要因素。综合影响藻毒素MC产生的因素可知影响MC产生的主要因素包括温度、叶绿素-a、光照、水中总氮含量。综合分析微囊藻毒素产生的环境因子及影响微囊藻毒素主要因素,建立藻毒素MC的预测模型。结合铜绿微囊藻生长与MC产生的关系及铜绿微囊藻生长模型建立MC预测模型为。其主要适于藻类生长期时的藻毒素预测。利用圆明园实际水样的模拟富营养化过程中的指标参数来验证此模型的准确度,其平均相对误差为10.3%,可认为此模型基本合理。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-22
  1.1 水体富营养化的现状与蓝藻水华  11-12
    1.1.1 富营养化的现状  11
    1.1.2 蓝藻水华及铜绿微囊藻  11-12
  1.2 微囊藻毒素  12-18
    1.2.1 藻毒素的结构与性质  12-14
    1.2.2 微囊藻毒素检测与提取  14-15
    1.2.3 影响微囊藻毒素产生的环境因子  15-17
    1.2.4 藻类生长模型及微囊藻毒素的预测  17-18
  1.3 化感作用对藻类及藻毒素的影响  18-20
    1.3.1 化感作用  18
    1.3.2 水生植物对藻类的化感抑制作用  18-19
    1.3.3 水生植物化感作用对藻毒素产生的抑制作用  19-20
  1.4 本课题的研究目的与内容  20-22
    1.4.1 研究目的  20
    1.4.2 研究内容  20-22
第二章微囊藻毒素检测、提取方法的建立  22-36
  2.1 概述  22
  2.2 实验材料  22-23
    2.2.1 铜绿微囊藻的预培养  22
    2.2.2 实验药品与仪器  22-23
  2.3 实验设计方法  23-25
    2.3.1 液相条件的确定  23-24
    2.3.2 提取方法的选择  24
    2.3.3 实际水样藻毒素的测定及加标回收实验  24-25
  2.4 实验结果与分析  25-35
    2.4.1 液相条件的确定  25-29
    2.4.2 提取方法的选择  29-33
    2.4.3 实际水样的微囊藻毒素测定及加标回收实验  33-35
  2.5 本章小结  35-36
第三章影响铜绿微囊藻生长及产毒的环境因子  36-47
  3.1 概述  36
  3.2 实验材料与方法  36-39
    3.2.1 实验仪器及药品  36
    3.2.2 各指标的测定方法  36-39
  3.3 实验方案设计  39-40
  3.4 实验结果与分析  40-46
    3.4.1 温度对铜绿微囊藻生长及产毒的影响  40-42
    3.4.2 光照对铜绿微囊藻生长及产毒的影响  42-44
    3.4.3 氮元素对铜绿微囊藻生长及产毒的影响  44-45
    3.4.4 磷元素对铜绿微囊藻生长及产毒的影响  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章化感抑制作用对微囊藻生长及产毒的影响  47-59
  4.1 概述  47
  4.2 实验材料与方法  47-49
    4.2.1 实验材料、仪器及指标测定方法  47-48
    4.2.2 实验设计方法  48-49
  4.3 实验结果与分析  49-58
    4.3.1 植物共培养实验  49-52
    4.3.2 植物浸出液实验  52-55
    4.3.3 圆明园实际水样化感抑制实验  55-56
    4.3.4 化感物质分离检测  56-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章微囊藻毒素的预测模型  59-73
  5.1 概述  59
  5.2 实验方法设计  59-60
  5.3 实验数据与讨论  60-71
    5.3.1 微囊藻毒素与其他表征指标的相关性分析  60-62
    5.3.2 粗糙集分析  62-63
    5.3.3 铜绿微囊藻代谢的Monod 模型构建  63-65
    5.3.4 微囊藻毒素预测模型的建立  65-67
    5.3.5 利用圆明园实际水样验证藻毒素预测模型  67-71
  5.4 本章小结  71-73
第六章结论  73-75
  6.1 总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-79
附录A 补充液相色谱图  79-83
附录B 8 月圆明园水样模拟富营养化实验相关数据及藻毒素MC 预测数据  83-86
在学期间发表的学术论文与研究成果  86-87
致谢  87

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