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纳米材料的环境安全性与及生物效应因其广泛使用受到关注。藻类生物膜技术具有氮磷吸收效率高、低能耗和可资源化利用的优势,然而在藻类氮磷吸收的过程中,污水中的纳米颗粒物可影响藻类的生长及其胞外聚合物(EPS)的分泌。EPS是藻类在特定环境下产生的高分子物质,具有多种生物作用,如固定基质、阻止外源毒物对细胞的侵害等。目前对于纳米颗粒存在下,EPS在藻类氮磷吸收过程中的作用尚不明晰。本论文以单细胞绿藻小球藻(Chlorella vulgaris)为受试生物,以纳米ZnO为纳米颗粒代表,考察了纳米ZnO存在下EPS在小球藻生长及氮磷吸收过程中的作用,重点研究了纳米ZnO对EPS分泌的促进作用及其与氮磷吸收效率之间的关系;采用紫外光谱、三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,分析了纳米ZnO与小球藻EPS之间的相互作用。论文的主要结论如下:(1)纳米ZnO对小球藻的生长具有显著的抑制作用,EPS缓解了纳米ZnO对小球藻生物量、叶绿素合成和光合活性的抑制作用。当纳米ZnO浓度为0.15 mM时,含有EPS(EPS-C)和去除EPS(EPS-F)的小球藻平均生长速率分别为对照组(无纳米ZnO)的50.97%和41.05%;EPS-F中小球藻叶绿素a、b和总叶绿素的含量分别为对照组的45.54%、68.09%和51.29%,比EPS-C中相应组分分别降低了 16.30%、11.20%和14.90%;EPS-F小球藻的3个荧光光合参数最大光能转化效率(Fv/Fm)、相对光合电子传递速率(rETR)和PSII潜在活性(Fv/F0)分别为对照组的13.88%、5.83%和6.67%,比EPS-C的相应参数分别降低了18.18%、11.35%和16.67%。在实验周期的第7天,EPS-C和EPS-F的小球藻对NH4+-N的吸收率分别为对照组的73.64%和77.04%,且EPS-F的小球藻NH4+-N吸收率比EPS-C升高了 20.43%,表明EPS能维持细胞内NH4+-N含量的稳定,缓解纳米ZnO对小球藻吸收NH4+-N的抑制作用;而EPS-C和EPS-F的小球藻对PO43-P的吸收率分别为对照组的80.79%和79.20%,表明EPS对小球藻吸收PO43-P的影响较小。(2)纳米ZnO对小球藻EPS总量、EPS中多糖和蛋白质的分泌均具有促进作用,且对溶解态EPS(S-EPS)中蛋白质和结合态EPS(B-EPS)中的多糖促进作用更明显。当纳米ZnO浓度为0.04 mM时,在实验周期的第3天,EPS-F的小球藻中S-EPS和B-EPS含量分别为12.57 mg/L和5.69 mg/L,相对于对照组分别增加了 36.78%和16.84%;EPS-F的小球藻中S-EPS和B-EPS的多糖含量分别为3.05mg/L和2.57 mg/L,相对于对照组分别增加了18.33%和23.58%;EPS-F的小球藻中S-EPS和B-EPS的蛋白质含量分别为8.61 mg/L和3.15 mg/L,相对于对照组分别增加了 45.86%和10.17%;3D-EEM图谱表明,S-EPS中主要含有类色氨酸、类酪氨酸和类腐殖酸,B-EPS中主要物质则为类色氨酸和类酪氨酸。纳米ZnO能使EPS中类蛋白质(色氨酸、类酪氨酸)和类腐殖酸含量均有增加;EPS总量与小球藻NH4+-N吸收率之间呈现良好的正相关性(R2值为0.9466),而EPS总量与小球藻PO43--P吸收率之间的相关性比NH4+-N吸收率相关性小(R2值为 0.8128)。(3)纳米ZnO能与小球藻EPS发生相互作用。紫外光谱表明,EPS能使纳米ZnO的紫外吸收特征峰强度发生改变并蓝移;3D-EEM光谱表明,纳米ZnO能使EPS中类蛋白物质发生荧光淬灭现象,且类蛋白物质可与溶出的Zn2+相结合,其中类色氨酸与Zn2+的结合能力更强;FTIR光谱表明,EPS中蛋白质的-NH基团、C=O基团,多糖的-OH、C-O-C基团、羧酸的C-H基团和脂类的-CH3和-CH2基团能与Zn2+产生相互作用;XPS结果表明,EPS中-COOH、-OH和-NH2与Zn2+发生相互作用。