表面活性剂胁迫对小球藻吸收氮磷的影响及分子机制
批准号:
21277114
项目类别:
面上项目
资助金额:
78.0 万元
负责人:
葛飞
依托单位:
学科分类:
水污染与控制化学
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
陶能国、刘云、张继红、梁志杰、李琪、彭方、唐斐、曾惠
中文摘要
藻类广泛存在于水环境,其生物膜体系在城市污水脱氮除磷过程中具有良好运用前景。水处理中与氮磷共存表面活性剂等有机污染物,但目前关于表面活性剂胁迫对藻类吸收氮磷的影响缺乏深入认识。本项目以小球藻为代表,研究表面活性剂胁迫对藻类吸收氮磷的影响及分子机制。在了解其吸收不同形态氮磷动力学特征的基础上,考察表面活性剂胁迫下小球藻吸收氮磷的效率。通过测定细胞膜性状,细胞核、线粒体及叶绿体的形态,以及叶绿素含量和净光合作用速率,明确表面活性剂胁迫下氮磷吸收过程中藻细胞性状的变化。构建氮磷诱导小球藻抑制性差减文库,通过全文库测序进行表达序列标签的同源比对和功能分类,筛选出小球藻氮磷吸收的关键基因,并以此为靶基因采用Real-time PCR技术分析表面活性剂对其转录量的影响,从分子水平上深入阐明胁迫机制。研究成果可丰富水环境中藻类对氮磷的吸收理论,对指导藻类脱氮除磷的实际运用具有重要意义。
英文摘要
Algae is ubiquitous in aquatic environment, and algal biofilm system can be utilized in removal of nitrogen and phosphorus in municipal waste water treatment. Though surfactants usually coexist with nitrogen and phosphorus in water treatment, the effect of surfactants on the sorption of nitrogen and phosphorus is very limited. This proposal aims to investigate the effect and its molecular mechanism of surfactant stress on sorption of nitrogen and phosphorus with selecting Chlorella vulgaris (a single-celled green alga) as model. Based on the acquaintance of dynamic characteristics in sorption of nitrogen and phosphorus with different forms, the sorption rate will be investigated under the stress of surfactants with different kinds of charge. Meanwhile, the variation of algal cell (cell membrane and cell nucleolus, chondriosome and chloroplast, content of chlorophyll and net rate of photosynthesis) will be detected. Furthermore, the key genes of Chlorella vulgaris, which are related to metabolism of nitrogen and phosphorus, will be identified by sequencing and databases searching of isolated Expressed Sequence Tag (EST)from the constructed suppression subtractive cDNA library induced by nitrogen and phosphorus.The transcription differences of the key related genes in the sorption of nitrogen and phosphorus under the stress of surfactants will be analyzed, which can elucidate the stress mechanism at molecular level. The results are important to enhance the sorption theory of nitrogen and phosphorus by algae in environment, meanwhile are important to guide the application of algae in removal of nitrogen and phosphorus in water treatment.
利用藻类进行污水脱氮除磷已引起广泛的关注。然而污水中一些共存的表面活性剂等有机污染物会影响藻类对氮磷的吸收去除,但目前关于表面活性剂胁迫对藻类吸收氮磷的影响缺乏深入认识。因此本项目研究了不同电荷表面活性剂对小球藻生长动力学及氮磷吸收动力学的影响,同时探究了不同碳链长度的表面活性剂对小球藻氮磷吸收的影响,并从细胞性状以及蛋白水平和基因水平上深入探究了表面活性剂胁迫下小球藻对氮磷的吸收机理。主要结果如下:(1)阳离子表面活性剂(QACs)相对于阴离子和非离子表面活性剂对小球藻生长及氮磷吸收的抑制作用最为明显,且随着QACs碳链长度的增加抑制作用增强。(2)低剂量QACs可增强藻细胞的光合活性,从而诱导藻体产生兴奋效应,促进对氮磷的吸收。且随着QACs碳链长度的增加,使小球藻产生兴奋作用的浓度越低。(3)高剂量QACs改变了细胞表面的光滑程度,随着CTAC浓度增加(0-0.5 mg/L),细胞表面逐渐向内凹陷,细胞分泌的胞外聚合物EPS含量降低,致使CTAC穿过细胞膜,造成细胞膜损伤(膜通透性由1增加至2.89倍),且降低了小球藻光合活性(叶绿素含量,光合荧光强度和ATP合成量下降),从而抑制藻细胞的生长和对氮磷的去除。(4)蛋白组学和同位素分馏的研究表明,小球藻对氨氮的吸收主要与谷氨酸代谢,谷氨酸代谢可直接将吸收的氨氮转化为谷氨酸和谷氨酰胺中间代谢产物;其次,小球藻对磷的吸收转化主要与光合作用中ATP的合成相关,能在ATP酶的作用下将磷转化为ATP维持细胞代谢所需的提供能量。而CTAC的加入,使小球藻氮磷代谢均受到抑制。主要表现为 CTAC吸附于小球藻表面后,小球藻摄取氨氮的流速下降,吸收进入细胞内的氨氮减少,且参与氮代谢的谷氨酰胺合成酶和谷氨酰胺还原酶的活性受到抑制。此外,CTAC抑制正磷酸盐的吸收,导致细胞内的酸性磷酸酶活性增加用以水解胞内储存的磷来维持生长。研究结果发表在Bioresource Technology和Aquatic toxicology等SCI学术期刊,参加四次国内外学术会议,进行口头汇报交流。
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DOI:
10.1016/j.aquatox.2013.04.010
发表时间:
2013-08
期刊:
Aquatic toxicology
影响因子:
4.5
作者:
[Z. Liang;Fei Ge;Hui Zeng;Yin Xu;Fang Peng;Minghung Wong]
通讯作者:
Z. Liang;Fei Ge;Hui Zeng;Yin Xu;Fang Peng;Minghung Wong
Role of extracellular polymeric substances from Chlorella vulgaris in the removal of ammonium and orthophosphate under the stress of cadmium
普通小球藻胞外聚合物在镉胁迫下去除铵和正磷酸盐的作用。
DOI:
10.1016/j.biortech.2015.04.080
发表时间:
2015-08-01
期刊:
BIORESOURCE TECHNOLOGY
影响因子:
11.4
作者:
[Chen, Biao, Li, Feng, Yang, Yixuan]
通讯作者:
Yang, Yixuan
DOI:
10.2166/ws.2014.119
发表时间:
2015-04
期刊:
Water supply
影响因子:
1.7
作者:
[Peixia Cheng;Fei Ge;Xingwang Liu;Xiaoshuang Zeng;Biao Chen]
通讯作者:
Peixia Cheng;Fei Ge;Xingwang Liu;Xiaoshuang Zeng;Biao Chen
DOI:
10.2166/wst.2016.437
发表时间:
2016-12
期刊:
Water science and technology : a journal of the International Association on Water Pollution Research
影响因子:
--
作者:
[Yixuan Yang;Fei Tang;Xiaoling Su;Hua Yin;Fei Ge]
通讯作者:
Yixuan Yang;Fei Tang;Xiaoling Su;Hua Yin;Fei Ge
Nutrient removal by Chlorella vulgaris F1068 under cetyltrimethyl ammonium bromide induced hormesis
十六烷基三甲基溴化铵诱导毒物兴奋作用下小球藻 F1068 的营养去除
DOI:
10.1007/s11356-016-6999-0
发表时间:
2016-07
期刊:
Environmental science and pollution resource
影响因子:
--
作者:
[李峰, 葛飞, 刘娜, 匡扬铎]
通讯作者:
匡扬铎
共 11 条
污染物的环境界面行为与调控技术
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批准号:2026JJ10008
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:葛飞
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依托单位:
湖南水稻产区土壤复合污染多介质环境行为、生物效应与阻控机制
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批准号:U21A20293
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项目类别:--
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资助金额:260万元
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批准年份:2021
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负责人:葛飞
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依托单位:
聚苯乙烯微塑料对纳米氧化锌在小球藻—大型蚤食物链传递的影响及作用机制
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批准号:22076160
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2020
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负责人:葛飞
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依托单位:
纳米ZnO存在下小球藻胞外聚合物的产生特性及其对氮磷吸收的影响
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批准号:21577117
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2015
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负责人:葛飞
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依托单位:
多环芳烃/表面活性剂复合污染体系对小球藻生长的影响及机制
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批准号:20877065
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2008
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负责人:葛飞
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依托单位:
国内基金
海外基金