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绿藻表面分泌的胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)影响水体污染物迁移转化行为,对于可作为水体砷污染净化生物的绿藻影响状况如何?EPS在微藻与溶液界面最大的影响作用是改变微藻的稳定性,而目前关于EPS对砷污染水体中绿藻的自聚集行为影响以及界面调控等行为仍不清楚。本论文选取典型释放EPS的绿藻蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)为研究对象,结合各种分析技术,主要包括傅里叶红外(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR )、动态光散射(Dynamic light scattering, DLS )、电泳迁移率(Electrophoretic mobility, EPM )、粘度测定仪等,分析绿藻在EPS去除过程中藻类自聚集性能的差异,揭示EPS对绿藻自聚集行为的界面调控;针对水体砷污染对藻类光合活性影响的毒作用问题,选取蛋白核小球藻为受试对象,通过测定藻半致死剂量浓度(Half-effective concentration,EC50 )、叶绿素 a 浓度(Chlorophyll a, Chl a )、光系统 Ⅱ (Photosystem Ⅱ, PSⅡ)及透射电镜(Transmission electron microscope, TEM)比较分析不同价态砷 As(Ⅲ)和As(V)对蛋白核小球藻光系统Ⅱ (PSⅡ)及亚细胞结构影响特征;进一步探讨胞外聚合物对蛋白核小球藻耐砷的行为及机制,主要研究结果如下:(1)绿藻表面分泌的EPS能加剧藻粘附团聚。完整藻细胞以及提取纯化的EPS都具有羟基(-OH)、羧基(-COOH)、氨基基等官能团,两种绿藻表面均呈现负电荷,其表面 Zeta 电位(pH=6.9±0.1,Eh=-6.0±4.0mV)分别为-15.5±0.6和-19.2±0.2mV。去除EPS后蛋白核小球藻和莱茵衣藻表面Zeta电位分别降低了 14.4%和22.1%,表面粘度(25℃)分别降低了 4.6%和20.2%,水力学粒径分别降低了 13.6%和31.0%。Zeta电位绝对值的增大意味着藻细胞间静电排斥力增强,藻体系变得更为稳定,去除EPS藻细胞粘度降低,减弱藻细胞的自聚集行为,水力学粒径降低,进一步证实胞外聚合物能增强绿藻自聚集行为。(2) As(Ⅲ)对蛋白核小球藻光系统Ⅱ (PSⅡ)电子传递的抑制作用和亚细胞形态损伤程度大于As(V)。蛋白核小球藻对无机砷具有较强的耐受性,高砷暴露下,小球藻叶绿素a合成、光系统Ⅱ (PSⅡ)最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光量子产量(Yield)及相关参数与无机砷浓度呈显著负相关,As(Ⅲ)对小球藻光合活性抑制显著高于As(V)。As(Ⅲ)和As(V) 150.0 mg·L-1暴露96 h对小球藻光系统Ⅱ影响差异最大,PSⅡ中最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光量子产量(Yield)、最大电子传递速率(rETRmax)和线性斜率(α)分别降低了 77%、91%、92%、85%和19%、50%、51%、23%。透射电镜进一步表明小球藻亚细胞结构形态受砷胁迫叶绿体出现层间空泡化、类囊体基粒片层受挤压、蛋白核缩小并出现脂质滴。与As(V)相比,As(Ⅲ)处理后叶绿体片层之间空泡状结构更为严重,类囊体基粒片层受挤压程度高于As(V)。(3)蛋白核小球藻表面分泌EPS能增强藻的耐砷性。EPS对蛋白核小球砷毒性介导差异最大的砷暴露浓度为112.5 mg.L-1 As(Ⅲ)暴露48 h后完整细胞(+EPS)和去除EPS细胞(-EPS)最大光量子产量(Fv/Fm)分别降低了 29.9%(p<0.01)和 36.1% (p<0.01),As (V)胁迫下完整细胞(+EPS)和去除 EPS 细胞(-EPS)最大光量子产量(Fv/Fm)分别降低了 22.9%(p<0.01)和27.2%(p<0.01)。傅里叶红外分析在As(Ⅲ)和As(V)吸附蛋白核小球藻后,藻表面1415 cm-1处基团分别转移到1394cm-1和1395 cm-1,表明羧基基团(-COOH)是与As(Ⅲ)和As(V)在小球藻表面吸附的共同作用基团。揭示藻细胞表面EPS主要通过多糖物质中羧基(-COOH)与无机砷相结合,抑制砷进入藻细胞,进而缓解砷对小球藻的毒性,减弱砷对藻光合抑制。