繁茂膜海绵生物修复和生物监测近海养殖水体的可行性研究

论文摘要

养殖生物的病害和养殖水域的环境污染是制约海水养殖业健康发展的关键因素。海绵是海洋中最低等的滤食性动物,具有独特的泵水、滤食能力和免疫防御机制。本文研究中国繁茂膜海绵（Hymeniacidon perleve）滤食病原细菌、清除有机质废物和间接降低水体中无机N、P盐浓度的规律,以及海绵监测海水中病原细菌的能力,分析了海绵生物修复和生物监测近海养殖水体的可行性。为了海绵监测养殖水体中病原细菌,获得了繁茂膜海绵的18sRNA和3个14-3-3 cDNA部分序列。使用Real-Time PCR技术评价病原细菌诱导海绵14-3-3 mRNA表达量的变化。本文首次证明了海绵具有区分海水中感染型细菌和非感染型细菌的能力。海绵滤食大肠杆菌和鳗弧菌Ⅱ的实验表明:海水中大肠杆菌浓度迅速降低,鳗弧菌Ⅱ的生长受到一定程度抑制。用海绵过滤分别被荧光染料DiI染色的大肠杆菌和鳗弧菌Ⅱ,在激光共聚焦显微镜下观察发现海绵原细胞内有被染色的细菌及细菌碎片,表明海绵阻留并消化这两种细菌。对于含有多种微生物的天然海水,海绵展示了滤食总细菌和大肠杆菌、弧菌的能力。海绵清除有机质的实验证明,海绵能有效清除500 mg/L浓度以下的有机质,其饱和清除能力为25.50 mg TOC /g-新鲜海绵。首次发现海绵清除TOC和大肠杆菌的过程符合公式:K’??exp（pt） = ln（A1– Ct）– ln（Ct– A2）。设计并验证了10 L“微藻-海绵”集成系统清除海水中50%无机N盐和90%无机P盐。综上所述,繁茂膜海绵是修复和监测近海养殖水体的较为理想生物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 简介
• 1.2 海绵
• 1.2.1 海绵的分布和生活环境
• 1.2.2 海绵的生物进化位置和特点
• 1.2.3 海绵的组织结构及功能
• 1.2.4 海绵的泵水和滤食
• 1.2.5 海绵的生态环境作用
• 1.3 近海养殖水域的环境污染问题
• 1.3.1 近海养殖水域的环境污染问题及原因
• 1.3.2 导致的危害
• 1.3.3 近海养殖水域的污染监测与控制
• 1.4 近海养殖水体的生物修复
• 1.4.1 生物修复
• 1.4.2 近海养殖水体的生物修复
• 1.4.3 海洋动物修复近海养殖水体
• 1.4.4 海绵修复近海养殖水体
• 1.5 近海养殖水体的生物监测
• 1.5.1 环境监测和生物监测
• 1.5.2 生物标示物监测
• 1.5.3 海绵的生物标示物监测
• 1.5.4 14-3-3 蛋白作为生物分子标示物
• 1.6 本论文使用的繁茂膜海绵
• 1.7 研究目的及总体方案
• 第二章 繁茂膜海绵的185RNA 和3 个14-3-3 cDNA 部分序列的克隆和分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 诱导繁茂膜海绵表达14-3-3 mRNA
• 2.2.3.2 提取繁茂膜海绵的总RNA
• 2.2.3.3 纯化海绵总 RNA
• 2.2.3.4 RT-PCR 扩增海绵185RNA 和14-3-3 cDNA 部分序列
• 2.2.3.5 PCR 产物的纯化
• 2.2.3.6 序列测定
• 2.2.3.7 序列分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 繁茂膜海绵18sRNA 部分序列结果和分析
• 2.3.2 繁茂膜海绵3 个14-3-3 cDNA 部分序列结果和分析
• 2.4 小结
• 第三章 繁茂膜海绵14-3-3 mRNA 监测养殖海水中病原细菌的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和方法
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 体外反转录繁茂膜海绵18sRNA 和14-3-3 mRNA
• 3.2.3.2 制作繁茂膜海绵18sRNA 和14-3-3 mRNA 的标准曲线
• 3.2.3.3 繁茂膜海绵14-3-3 mRNA 监测养殖海水中病原细菌
• 3.2.3.3.1 病原细菌诱导海绵14-3-3 mRNA 表达
• 3.2.3.3.2 鳗弧菌Ⅱ诱导海绵14-3-3 mRNA 表达
• 3.2.3.3.3 提取纯化繁茂膜海绵总 RNA
• 3.2.3.3.4 评价海绵14-3-3 mRNA 的表达
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 体外反转录获得海绵18sRNA 和14-3-3 mRNA 标准品
• 3.3.2 繁茂膜海绵18sRNA 和14-3-3 H mRNA 的标准曲线
• 3.3.3 繁茂膜海绵监测养殖海水中病原细菌
• 3.3.3.1 评价纯化后海绵总RNA 的质量
• 3.3.3.2 海绵14-3-3 mRNA 的表达区分感染型病原细菌
• 3.3.3.3 鳗弧菌Ⅱ密度和作用时间与繁茂膜海绵14-3-3 mRNA 表达量的关系
• 3.4 小结
• 第四章 繁茂膜海绵滤除灭菌天然海水中病原细菌的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料和方法
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 海绵滤除灭菌天然海水中大肠杆菌的动力学
• 4.2.3.2 海绵滤除灭菌天然海水中鳗弧菌Ⅱ的动力学
• 4.2.3.3 海绵滤除大肠杆菌和鳗弧菌Ⅱ的机制
• 4.2.3.4 海绵对病原细菌清除率的计算
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 海绵滤除灭菌天然海水中大肠杆菌的动力学
• 4.3.2 海绵滤除灭菌天然海水中鳗弧菌Ⅱ的动力学
• 4.3.3 海绵滤除大肠杆菌和鳗弧菌Ⅱ的机制
• 4.4 小结
• 第五章 繁茂膜海绵滤除实际养殖天然海水中病原细菌的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料和方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.2.3.1 细菌的检测方法
• 5.2.3.2 海绵滤除实际海水中病原细菌的能力
• 5.2.3.3 海绵滤除实际海水中病原细菌的机制
• 5.2.3.4 滤除实际海水中病原细菌的最佳海绵海水比例
• 5.2.3.5 海绵间歇和连续滤除实际海水中病原细菌的能力
• 5.2.3.5.1 间歇滤除病原细菌
• 5.2.3.5.2 在投加有机质饵料条件连续滤除病原细菌
• 5.2.3.6 实验室模拟海水养殖环境海绵滤除病原细菌的特征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 海绵滤除天然海水中病原细菌的能力
• 5.3.2 海绵滤除天然海水中病原细菌的机制
• 5.3.3 滤除天然海水中病原细菌的最佳海绵海水比例
• 5.3.4 海绵间歇和连续滤除天然海水中病原细菌的能力
• 5.3.4.1 间歇滤除天然海水中病原细菌的能力
• 5.3.4.2 在投加有机质饵料条件连续滤除病原细菌的能力
• 5.3.5 实验室模拟海水养殖环境下海绵滤除病原细菌的特征
• 5.4 小结
• 第六章 繁茂膜海绵清除海水中颗粒有机质特性的研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验材料和方法
• 6.2.1 实验材料
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 实验方法
• 6.2.3.1 实验饵料的粒径分布
• 6.2.3.2 海绵清除TOC 的特征
• 6.2.3.3 固定初始TOC 浓度条件下海绵清除海水的最佳比例
• 6.2.3.4 海绵连续清除TOC 的能力
• 6.2.3.5 实验室模拟海水养殖条件海绵清除TOC 的特征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 实验饵料的粒径分布
• 6.3.2 海绵清除TOC 的特征
• 6.3.3 海绵滤除TOC 和E.coli 的动力学模型
• 6.3.3.1 海绵滤除TOC 的动力学模型
• 6.3.3.2 海绵滤除E.coli 的动力学模型
• 6.3.4 固定初始TOC 浓度条件下海绵清除海水的最佳比例
• 6.3.5 海绵连续清除TOC 的能力
• 6.3.6 实验室模拟海水养殖条件海绵清除TOC 的特征
• 6.4 小结
• 第七章 繁茂膜海绵间接清除养殖海水中无机N、P 盐的研究
• 7.1 引言
• 7.2 实验材料和方法
• 7.2.1 实验材料
• 7.2.2 实验仪器
• 7.2.3 实验方法
• 2-N、NH₃-N、N0₃-N 和PO₄-P 浓度的标准曲线'>7.2.3.1 检测NO₂-N、NH₃-N、N0₃-N 和PO₄-P 浓度的标准曲线
• 7.2.3.2 海绵滤食微藻（新月菱形藻）的动力学
• 7.2.3.3 养殖繁茂膜海绵的无机N 盐释放
• 7.2.3.4 微藻-海绵集成系统清除养殖废水无机N、P 盐的能力
• 7.3 结果与讨论
• 2-N、NH3-N、N03-N 和P04-P 浓度的标准曲线'>7.3.1 检测N0₂-N、NH3-N、N03-N 和P04-P 浓度的标准曲线
• 7.3.2 繁茂膜海绵滤食微藻的动力学
• 7.3.3 养殖繁茂膜海绵的无机N 盐释放
• 7.3.4 微藻—海绵集成系统清除养殖废水无机N、P 盐的能力
• 7.3.4.1 清除灭菌海水中无机N、P 盐的能力
• 7.3.4.2 清除养殖废水中无机N、P 盐的能力
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 8.1 结论
• 8.2 创新点
• 8.3 后续工作建议
• 附录
• 附录 1: 实验使用的仪器
• 附录 2: 实验使用的培养基与试剂配方
• 作者简介
• 博士期间撰写和发表的文章
• 致谢