[00148160]湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备

一、项目背景 水体富营养化的显著特征就是在春夏季节会出现大规模的水华,不仅严重破坏了水体中微生物的生态结构,同时会产生大量毒素,给公共安全带来重大的威胁。据国外的相关研究报道,浮游植物是水体中的初级生产者,是水体营养状况最直接的反映,并且对水体环境变化反应敏感,是水体监测的首选对象;另外,欧盟建立水框架指令中一项重要内容就是利用多度指标结合生物尤其微生物指标对各类水体进行一个综合的评价评级。当前,我国湖泊的富营养化问题是非常突出的,但是对富营养化湖泊中微生物群落进行系统性的生态学特征研究却非常有限。因此,了解富营养化水环境中微生物群落的变迁,尤其是对水华的“罪魁祸首”蓝细菌的追踪,显得非常的必要,这将有助于人们全面认识蓝细菌水华暴发的过程以及富营养化对整个水生态系统的影响。 随着近几十年来分子生物学的创立和快速发展,日趋成熟的分子生物学技术也越来越广泛地被应用在环境监测领域,使得水环境中自然细菌种类、数量及生理活性的原位测定得以实现。目前,PCR-DGGE、T-RFLP、16s rRNA 克隆文库等是研究微生物群落结构的常用技术,但是,随着第三代测序技术的发展,宏基因组研究是微生物群落作为整体进行研究的前沿学科,以功能基因筛选和测序分析为研究手段,能够解释微生物群落多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作关系及环境之间的关系。基于成熟的分子生物学手段,还能对特定基因进行表达分析,如基于mcyA-Cd基因片段,可对水体中产微囊藻毒素（MC）蓝藻的群落结构和丰度进行研究,从而揭示水体中蓝藻的群落结构和数量的动态变化规律,为水体富营养化水华形成提供预测性数据证据。通过分子生物学基因层面的全面诊断,更科学的解释水体“病变”的机理并更合理选择“治疗”手段。 二、技术原理及性能指标 1、技术原理： 所有生物几乎所有生理生化过程都是由基因调控的,环境因子影响着生物基因表达。当环境变化超过机体的承受水平时,某些酶的活性被抑制或消失,同时另一些酶的活性增强或被诱导,在代谢活动中蛋白质重新被合成,机体可通过驯化而适应环境压力的应答或对细胞适应新环境起重要的作用。 生态基因调控单元根据系统反馈的水环境状况,通过调控设备、高溶氧装置和气泡扩散装置对生态因子进行调控,改变水生生物有害基因表达,从而改善水体生态环境。 本发明涉及一种湖库流域的生态因子及基因表达纳米调控设备。主要由空压机、储气罐、气体处理单元、生态因子控制单元、水质监测及系统控制PLC、采样及监测单元、阵列可控纳米曝气盘、微气泡及微纳米气泡扩散装置、滤网所组成。本发明具有连接简便快捷、结构牢靠、外形美观的优点。能够安全、可靠、高效地抑制水体富营养化发生。 通过分子生物学手段对饮用水源地库区底泥微生物群落结构以及水体藻群落结构基因层面的分析,是对水体污染程度及治理修复后情况的一个重要评价方式,也是对饮用水源地生态修复工程实施效果的科学评价手段,通过选取良好的指示性因子,进而通过相关生态学统计方法对其进行优化筛选,依据科学的量化标准,建立生物完整性指标体系。 2、性能指标： 设备实施运行后,目标水体污染物指标有所改善,底部水体的氨氮去除率10%-60%、总磷去除率50%-70%,CODMn去除率 10%-50%,提升目标水体溶解氧10%-100%。 三、创新性与先进性 本设备技术的创新性与先进性在于： 1、区别于传统水生态调查手段,分子生物分析手段将提供较全面的饮用水源地“体检”信息,为预警及生态修复手段提供强有力的证据及指导方向; 2、为生态系统生态健康评价提供新思路; 3、本设备以采样及监测单元采集水体多个点位水质数据,通过水质监测及系统控制PLC可综合分析大范围水体水质状况 ; 4、生态因子控制单元通过控制输出气体的流量和压力,可控制阵列可控纳米溶氧盘的出气量和气体压力 ; 5、在水体污染物浓度较高、有毒有害污染物进入、藻类爆发等生态灾难发生时,可使用纯氧或臭氧对水体进行高效降解净化,对生物进行生态因子及基因表达调控。 四、技术的成熟程度,适用范围和安全性 目前,本设备已应用于多个工程,均获得良好效果,该项设备已非常成熟,已经进入产业化运用阶段。 本设备适用于各种类型水深及水质的的湖泊、水库。本设备实施运行后,不产生二次污染,不破坏原有生态系统。保证使用安全性。 五、应用情况及存在的问题 本设备应用于多个工程项目,且效果良好,优化了水质,长效抑制了库区藻类繁殖,节约了控藻费用及自来水厂加药费用,产生了巨大的社会、生态和经济效益。此项目设计更能满足市场的需求,将会为公司产生很大的经济效益,技术力量转化为产品预计创造：500万元。截止目前应用运行状况暂未出现问题。