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镉(Cd2+)是最常见且毒性较强的重金属污染物之一,生物富集是去除Cd2+污染的常用方法。铜绿微囊藻是有害蓝藻水华中最为常见的优势藻种之一,因其特殊的细胞结构和生理特性而具有较好的重金属生物富集能力。另一方面,藻细胞的生长是实现重金属生物去除的基础。关于铜绿微囊藻生长的限制因素已有较为广泛的研究,而过去的研究主要关注氮和磷对其生长的影响,作为植物三大营养元素之一的钾（K+）的影响涉及尚少。随着工农业的发展,地表水中的K+已呈逐渐上升的趋势,这可能对水体中的初级生产者——浮游植物的生理生化过程产生影响,进而影响其他环境中污染物(例如Cd2+)的归趋。而目前,尚缺乏关于K+对浮游植物生理生化过程的调控、K+影响下浮游植物对去除其他污染物的效应和机制的研究。为了系统性地探究K+对铜绿微囊藻生理生化过程、对Cd2+的吸收能力是否具有调控作用及其内在机理,本论文首先研究了Cd2+对铜绿微囊藻的急性毒性;然后探究了不同K+浓度对铜绿微囊藻生长、光合、细胞结构、抗氧化系统、产毒性能的影响,并结合蛋白质组学中相对和绝对定量同位素标记（i TRAQ）技术揭示了其内在机理;在此基础之上,通过室内实验探究了不同K+浓度对铜绿微囊藻Cd2+去除能力的调控作用,并结合i TRAQ技术从细胞膜吸附、跨膜运输、胞内能量代谢过程响应三个角度进行了K+浓度调控铜绿微囊藻Cd2+去除能力的机理解析。最后,通过构建室内不产毒铜绿微囊藻光生物反应器（PBR）,进行含Cd2+矿山废水处理运行研究,通过分析运行过程中K+浓度的调控下PBR对矿山废水中Cd2+去除效率、铜绿微囊藻生物量、藻细胞官能团的响应,验证K+浓调控铜绿微囊藻Cd2+去除能力的潜在运用前景。主要研究结论如下:（1）在10-100μM的Cd2+暴露浓度下,铜绿微囊藻的生长受到了显著抑制,且Cd2+浓度越高,对铜绿微囊藻生长的抑制效应越强,其中100μM的Cd2+暴露下,藻细胞内叶绿素a的含量从初始的2.51×10-7μg?cell-1降低至1.7×10-7μg?cell-1;铜绿微囊藻细胞内的氧化损伤情况也表现出显著的Cd2+暴露时间-剂量正相关性,Cd2+对铜绿微囊藻的IC50为50μM。（2）K+浓度能够调控铜绿微囊藻的生长和微囊藻毒素（MCs）的合成。K+浓度的改变对铜绿微囊藻细胞生长速率、光合作用效率、细胞的完整性具有明显的影响。铜绿微囊藻生长的最佳K+浓度为0.46 m M,K+过低（K+=0 m M）或过高（K+=0.92m M）都不利于铜绿微囊藻生长、光合活性和细胞形态的完整性,最终使铜绿微囊藻的生物量分别降低了69%和19%;同时,K+缺失处理下铜绿微囊藻MCs释放量降低了75%。（3）K+浓度的变化可以显著调控铜绿微囊藻细胞内ABC转运体和光合作用通路关键蛋白质的表达量。在K+缺失处理中,铜绿微囊藻细胞膜上Fe3+转运系统底物结合蛋白（Afu A）的表达量被下调了51%,铁氧还蛋白（Fd）的表达量被下调了48%,整合所有数据分析得出,K+缺失处理所导致的Fe3+吸收量降低、ATP合成量不足、mcy基因相对转录丰度的下调,共同导致了铜绿微囊藻细胞内MCs的合成以及释放过程被显著抑制,其中胞内MCs的含量降低了45%,且藻细胞本身生物量的增长受限,共同导致了水相中MCs浓度的急剧降低,最终胞外MCs的含量仅为对照组（K+=0.46 m M）的25.89%。（4）K+的浓度能够显著调控铜绿微囊藻对Cd2+的吸收能力。在钾充足条件下（K+=0.46 m M）,镉主要通过重金属转运蛋白（如CAX1）进入铜绿微囊藻细胞并进行积累,显著抑制氨基酸生物合成（Biosynthesis of Amino Acid）通路,影响TCA循环、糖酵解等过程并造成细胞内的能量缺失,此外胞内积累的镉还会造成遗传物质的损伤,最终造成51%的细胞生长抑制率。相反,K+缺失引起铜绿微囊藻细胞膜上Cd2+转运蛋白（钙/质子反转运蛋白）的表达被显著下调31%,Cd2+外排蛋白（Na+/H+反向转运蛋白）的表达被显著上调39%,并由此显著削减了藻细胞内Cd2+的累积量,使细胞内Cd2+含量降低了71%。但是,K+缺失在降低铜绿微囊藻对Cd2+的去除能力的同时,也缓解了同等Cd2+暴露下铜绿微囊藻所受的胁迫。K+缺失环境中Cd2+暴露对铜绿微囊藻的毒性主要作用于光合作用系统,此时铜绿微囊藻细胞能够促进TCA循环、糖酵解等过程来增强抗逆性,最终使得细胞死亡率从K+充足条件下的51%降低至9%。（5）充足的K+供应能够提升不产毒铜绿微囊藻PBR的Cd2+去除效率。充足的K+供应下,模拟废水和稀释的含Cd2+矿山废水中铜绿微囊藻均能维持稳定生长,而在K+供应不足时,模拟废水和稀释废水中铜绿微囊藻生物量在第41 d比K+充足时分别下降了45%和42%;此外,在两种进水处理下,K+充足时铜绿微囊藻细胞膜上的羧基的含量总体高于K+不足时细胞膜上的羧基的含量,最终模拟废水中K+充足时的Cd2+去除率达70%,较K+缺少处理高21%。