电磁环境胁迫对铜绿微囊藻氧化应激和光合固碳酶的影响作用研究

研究了3种典型电磁环境(射频电磁辐射(RF-EMF)、极低频电磁场(ELF-EMF)、交变电场(AEF))胁迫对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞氧化应激(超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA))和光合固碳酶(核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)、果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(FBA))的影响作用.结果表明,短期和长期RF-EMF、ELF-EMF及AEF暴露胁迫铜绿微囊藻细胞,总体能极显著提高藻细胞的SOD活性(p0.01).铜绿微囊藻经RF-EMF、ELF-EMF及AEF短期暴露处理后,均极显著提高了藻细胞内MDA含量(p0.01);铜绿微囊藻经RFEMF、AEF长期暴露处理后,藻细胞内MDA含量极显著降低(p0.01).RF-EMF暴露处理铜绿微囊藻,总体能显著提高藻细胞Rubisco酶活性(p0.05).长期RF-EMF、AEF和ELF-EMF暴露下的铜绿微囊藻,总体表现出FBA酶活性极显著降低(p0.01).以上结果说明,RF-EMF、ELFEMF、AEF均能够诱导铜绿微囊藻发生氧化应激反应.而RF-EMF能够对铜绿微囊藻细胞参与光合作用的关键酶(Rubisco和FBA)产生一定的调控作用,表明射频电磁波能够在一定程度上影响铜绿微囊藻细胞的光合作用.     

孟氏浮游蓝丝藻在模拟水体中的垂直分布与浮力规律研究

采用大型室内湖泊模拟装置对孟氏浮游蓝丝藻在富营养化湖泊中的垂直分布与迁移特征进行了模拟,并通过10 L玻璃瓶实验对孟氏浮游蓝丝藻浮力对光的响应进行了分析.湖泊模拟实验结果表明,光照后,表层孟氏浮游蓝丝藻开始向下层迁移,光照8h后,藻丝在深2～3m左右水层形成稳定聚集层;藻丝容易集聚层在光照度为10μmol·(m2·s)-1左右水层,处于该水层上部的藻丝漂浮百分率<50%趋向于沉降,处于该水层下部的藻丝漂浮百分率>50%趋向于漂浮;无光照后,藻丝开始往水体表层聚集,无光照12h后,约20%的藻丝聚集在水体表层,无光照48h后,约50%的藻丝聚集在水体表层;说明浮游蓝丝藻白天主要分布在水体2～3m处,在早晨或连续的阴天后,可能在水体表层形成水华.10 L玻璃瓶实验结果表明,强光照[100μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-70%间变化,弱光照[25μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝漂浮百分率在30%-50%间变化,说明强光照[100μmol·(m2·s)-1]/无光照周期下藻丝具有明显的沉降与漂浮特征.1昼夜内,藻细胞蛋白质和伪空胞的变化不明显,糖含量在14%-35%间变化,藻丝的浮力对光照的响应可能通过藻细胞的糖含量变化实现.     

铜绿微囊藻与藻际细菌Ma-B1菌株的相互作用

藻与细菌通常共生于淡水生境,形成藻-菌共生体系,藻际细菌是水体生态系统中的重要组成部分,对藻的消长起重要的调控作用,但有关藻际微环境中藻与细菌的互作机制还不清楚. 采用传统的细菌平板培养方法,从太湖优势水华藻——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞表面分离出一株藻际细菌Ma-B1,基于生理、生化试验和16S rRNA基因序列分析,初步鉴定为甲基营养芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus). 通过测定细胞生长,分析藻-菌相互作用机理. 结果表明:一定浓度(＞60 μg/mL)的Ma-B1的胞外代谢物可显著抑制铜绿微囊藻的生长(培养基为BG11,28 ℃/日,22 ℃/夜,3 000 lx,光暗比为14 h∶10 h);铜绿微囊藻的胞外滤液(500 μL/mL)对Ma-B1的生长有一定的促进作用,但其总滤液(500 μL/mL)显著促进Ma-B1的生长;Ma-B1细胞对铜绿微囊藻的生长没有显著影响,而高浓度(藻菌比10∶1)的铜绿微囊藻细胞则可显著抑制Ma-B1的生长. 铜绿微囊藻与Ma-B1之间存在复杂的相互抑制或促进关系,共同影响着藻、菌在自然水体生态系统中的消长.      

流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响

为讨论流体切应力对铜绿微囊藻细胞活性的影响,本文研究了铜绿微囊藻在0.0,0.3,0.6,0.9Pa切应力作用下的生长情况,并分析了藻细胞生理指标以及藻液指标的变化情况.结果显示,低于0.6Pa的切应力能使藻细胞密度和光合色素含量不断增加,从而促进铜绿微囊藻的生长繁殖.其中0.6Pa对藻细胞生长最有利,此条件既能提高藻细胞光合作用强度和营养盐利用率,又未过度破坏细胞结构.但0.9Pa高切应力将通过对藻细胞结构的破坏来影响膜渗透性,进而抑制铜绿微囊藻生长与代谢.研究表明,流体切应力对铜绿微囊藻细胞的影响体现为“低促高抑”,即适度切应力能够增强铜绿微囊藻细胞的活性,而高切应力会抑制其生长.本文结果将为湖泊水库等水体铜绿微囊藻水华的预防和治理提供了新的思路和方案.     

洋河水库微囊藻空间分布特征及其影响因素分析

通过野外调查及现场风速实时监测,对2010年夏季我国河北洋河水库微囊藻的空间分布特征及其影响因素进行了研究.结果表明,在水平空间上,西洋河口(主要入湖河口)微囊藻细胞密度最高,库心、北库心、坝前西、东洋河口等位置次之,坝前东(取水口)处微囊藻细胞密度最低,整体呈由水库西北向东南方向降低的趋势.Pearson相关性检验表明,洋河水库微囊藻细胞密度与ρ(TP)显著相关(P<0.05),但与ρ(DTP)、ρ(TN)及ρ(NO3--N)相关性不显著(P>0.05).风场分析表明,洋河水库水华发生季节东南风风频明显大于西北风,说明洋河水库微囊藻水平空间分布主要受入湖河流氮、磷污染及风场分布共同影响.西洋河口和库心的微囊藻昼夜垂向分布特征表现为早晨主要集中在水体的表层(10 cm),中午主要分布在水体0～3.5 m的水层,而傍晚时则可能下沉至底层,昼夜变化规律明显,并且其垂向分布特征主要受藻细胞的光合作用和风浪的混匀作用共同影响.      

紫外线对铜绿微囊藻的抑制效果及特性研究

采用紫外平行光仪辐照方法,研究紫外线对"水华"蓝藻中常见的铜绿微囊藻生长的抑制效果,并探讨紫外线对藻沉降性能、叶绿素、藻胆蛋白的影响,以及藻生长光照条件对紫外线抑藻效果的影响.结果表明,紫外线对铜绿微囊藻的生长具有显著抑制作用,150 mJ/cm<'2>紫外剂量下,藻细胞个数被控制于初始水平,藻生长受抑制,如增加紫外剂...     

杂食性鱼类排泄物中藻类光能活性研究

借助叶绿素荧光技术,通过对杂食性鱼类鲫鱼(Crucian Carp)和金鲫鱼(Gold Crucian Carp)摄食微囊藻(Microcysis aeruginosa)后排泄物的培养,从鱼类排泄物藻类叶绿素荧光活性的角度探讨了杂食性鱼类在控藻上的应用.结果表明,鱼类摄食对微囊藻生长及叶绿素荧光参数均有显著影响(P<0.05).鲫鱼组的叶绿素荧光参数ΦPSII从第3d开始,Fv/Fo、Fv/Fm、ETR和qP从第5d开始随培养时间的延长而增加,而NPQ始终呈下降趋势.金鲫鱼组的叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)在培养期间一直呈降低趋势.鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度在培养期间先下降再上升,最后恢复至对照组水平,且Chl a浓度同部分叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII)呈现极显著正相关(P<0.01);金鲫鱼组的Chl a浓度与细胞密度于实验期间均下降,实验期间一直低于对照组,且两参数均与叶绿素荧光参数(Fv/Fo、Fv/Fm、ΦPSII、ETR、qP)呈极显著正相关(P<0.01).可见,微囊藻经鲫鱼摄食后,其叶绿素光合及生长活性经过短暂的下降后会逐渐恢复,而金鲫鱼可有效降低微囊藻活性,但金鲫鱼作为一种观赏鱼类,不适宜在大面积水体放养.     

洋河水库微囊藻毒素及产毒株种群丰度的时空分布特征

在洋河水库设置6个采样点,于2015年5—10月采集水样,利用高效液相色谱测定了微囊藻毒素(MC-LR、MC-RR、MC-YR)的浓度,并采用基于mcy A和mcy B基因的荧光定量PCR技术检测产毒蓝藻与产毒微囊藻种群.同时,分析了水体中微囊藻毒素浓度和组成的时空分布特征,以及产毒蓝藻与产毒微囊藻丰度的动态变化.结果表明,洋河水库微囊藻毒素(Microcystins,MCs)浓度范围为0.24~10.99μg·L~(-1);水体中产毒蓝藻占总蓝藻种群丰度的7%~55%,产毒微囊藻占总微囊藻种群丰度的8%~59%,是主要的产毒蓝藻;微囊藻毒素浓度与产毒株种群丰度时空分布特征一致,季节变化规律为夏季秋季春季,空间分布表现为西洋河口附近区域高于东洋河口附近区域;而微囊藻毒素组成无显著时空差异,均以MC-RR和MC-LR 2种亚型为主.Pearson相关分析显示,产毒微囊藻种群丰度及其比例是影响微囊藻毒素浓度变化的主要因素,且其与总磷和叶绿素a浓度呈显著正相关(p0.01).     

1株太湖流域土著溶藻菌的溶藻特性研究

从太湖流域宛山荡蓝藻爆发地底泥样品中分离岀1株溶解铜绿微囊藻的细菌,编号为WS8。生理生化鉴定及16S rDNA序列分析结果表明,该菌与Bacillus amyloliquefaciens (GenBank登录号为KC441776)的16S rDNA序列相似度为99%。通过液体感染法(与铜绿微囊藻共培养)考察了该菌溶藻特性及溶藻机制。结果表明,溶藻菌WS8具有显著的溶藻效果。稳定期菌液溶藻效果最强,4 d溶藻率高达91.7%;菌液溶藻效果随投加比例的增加而增强,但投加量5%与10%处理组溶藻效果无显著差异,4 d溶藻率分别为91.3%及93.3%;菌液对高浓度水华藻的抑制作用较迟滞,对低浓度水华藻的抑制作用迅速,但4 d溶藻率并无显著差异;菌液对温度及pH适应能力较强,具有较好的工程应用价值,在30℃,pH 8时溶藻率最高。溶藻菌WS8的溶藻机制可归纳为:菌株分泌具有溶藻活性的胞外活性物质,该活性物质会引起藻细胞丙二醛含量升高,对藻细胞产生氧化损伤,破坏藻细胞保护酶,从而降低藻细胞生物量。     

龟石水库夏季富营养化状况与蓝藻水华暴发特征

龟石水库是贺州市主要的饮用水源,2014年夏季第一次暴发大规模的蓝藻水华.本研究通过分析水体的富营养化时空变化规律、外源污染来源以及浮游藻类群落结构动态变化特征,进而评价水体的富营养化状况,并提出合理的防控措施.结果表明,水库的氮磷浓度逐年升高,TN含量已远超过地表水Ⅱ类标准,部分样点的TP含量也超过Ⅱ类标准,且主要来源为规模化养殖和农业面源污染.水华期间浮游藻类细胞密度变化范围为8.60×10~6~5.36×10~8cells·L~(-1),水华优势种为惠氏微囊藻,密度最高达到5.36×10~8cells·L~(-1)以上,叶绿素a浓度最高为74.48μg·L~(-1),惠氏微囊藻细胞密度随时间推移呈现逐渐降低的趋势,并且垂直方向集中分布在表层及水下2 m处.水华期间浮游藻类总细胞密度与TN、TP、NO_3~--N和高锰酸盐指数呈现显著正相关,与透明度呈显著负相关.微囊藻毒素监测结果表明龟石水库水质未受到微囊藻毒素的污染.综合分析,对于中营养水平的龟石水库而言,蓝藻水华的防控既要关注气候和气象条件,更要尽量削减氮、磷营养盐入库量,维持较低营养盐水平是防范蓝藻水华的关键.     

深水循环混凝沉淀处理含铜绿微囊藻原水的效果和机理研究

为了探明深水循环混凝沉淀工艺处理含藻水的效果和机理,采用U形管模拟深水循环装置对含有铜绿微囊藻的原水进行预加压,再进行混凝沉淀处理,测定了40~80 m深水循环混凝沉淀的处理效果,探究了深水循环除藻机理,并评价了水质安全性.结果表明:随着循环深度的加大,深水循环混凝沉淀效果越好;在投药量30 mg·L-1时,60~80 m深水循环混凝沉淀对藻类去除率达到95%以上,浑浊度小于1.6 NTU,处理效果比原水直接混凝沉淀、预氧化混凝沉淀显著提高.深水循环利于藻类去除的机理是,藻细胞内气囊受深水水压作用而坍塌破裂,气囊内气体透过细胞壁扩散进入水中,藻体失去气囊浮力,由上浮转而下沉.深水循环及混凝沉淀阶段水中的藻毒素、DOC均未增加,说明深水循环混凝沉淀工艺处理含藻水是安全的.     

铜绿微囊藻生长的营养动力学

应用Monod方程考察氮、磷营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.分别计算得到铜绿微囊藻对总磷的半饱和常数Ks_P与对总氮的半饱和常数Ks_N.结果表明:Ks_N>Ks_P,说明总磷对铜绿微囊藻生长的影响大于总氮.铜绿微囊藻的现存量(X)与特定增长率(μ)随着总磷或总氮浓度的升高而升高,但都存在拐点.当总磷或总氮为单一限制性底物时,铜绿微囊藻特定增长率快速增加的总磷与总氮浓度区间分别为:0.005～0.2mg/L与0.01～2mg/L;由于铜绿微囊藻对氮磷亲和力(半饱和常数)的不同,氮磷比对铜绿微囊藻生长的影响并不表现在一个确定值上,也不能用某一确定比例来衡量一个特定水环境中影响铜绿微囊藻生长的限制性营养元素,而应结合氮、磷浓度与氮磷比进行综合考察确定.     

Influence of phosphorus on Microcystis growth and the changes of other environmental factors

The growth processes of Microcystis aeruginosa （FACHB-41） in simulated Taihu Lake water with different phosphorus concentrations were investigated using laboratory microcosms. The algal biomass increased with the increase of phosphorus concentration when it was lower than 0.445 mg/L, while the dissolved oxygen （DO） and pH increased, dissolved inorganic nitrogen （DIN） and light intensity underwater（I） decreased. Responding to the changes of the “environmental factors”, the cellular carbohydrate and its ratio to cellular protein decreased generally as phosphorus increased. However, when phosphorus concentration was higher than l. 645 mg/L, the biomass, the “environmental factors”, the cellular carbohydrate and its ratio to cellular protein did not change likewise. Since the environmental factors and the physiological and biochemical responses are important factors, the change of environmental factors and cell physiology and biochemistry induced by phosphorus may become the key factors that steer the growth and dominance of Microcystis under certain conditions. To sum up, phosphorus not only stimulate the growth of Microcystis directly by supplying nutrient element, but also has complex interactions with other “environmental factors” and play important roles in the growth processes of Microcystis .     

Effects of nutrients on Microcystis growth more easily forming bloom

Different nutrient media experimentally were N, P and Fe-limited conditions and a serial of diluted BGll media. The cell change of morphology and life history, cell number, cell color and cell area of Microcystis were analyzed quantitatively. First, the effects of nitrogen, phosphorus and iron depletion were distinctively different. Phosphorus and iron depletion caused more special division cells,slowly growth increasing, the easier change of bigger cell area. Second, the nitrogen and iron depletion could make the color of alga from green to brown. Finally, according to the resource competition and Monod equation, Microcystis kinetics of phosphorus and iron were also examined. Ks and μmax of phosphorus absorption were 0.0352 μmol/L, 0.493 d^-1 respectively; iron absorption: 0.00323 μmol/L, 0.483d^-1. In a word, some evidences of the Microcystis bloom dominance in certain nutrient conditions were indicated in the experiments. The dominances were determined as the reviving under the adverse circumstances through the special division, the various nitrogen resources,and the lower kinetics of phosphorus and iron than that of most of other algae. The conclusions provided the scientific basis for preventing and managing Microcystis bloom in freshwater.     

海河天津段微囊藻及其毒素的空间分布及与水环境因子的关系

采取荧光定量PCR技术及ELISA酶联免疫吸附法,以mcyD基因和PC-IGS基因为靶基因对夏季蓝藻暴发期间海河天津市区段的产毒微囊藻种群丰度和毒素含量进行了研究.结果表明：夏季海河天津市区段微囊藻种群丰度具有明显差异性：产毒微囊藻种群丰度为1.16×10⁴~2.48×10⁷copies/mL占总微囊藻种群的4.25%~28.59%.藻毒素含量最高点为8号采样点天津站,每升水体中藻细胞共含毒素195.51μg,除去藻细胞水中毒素浓度为0.97μg/L.总的来说,海河天津市区段微囊藻总基因拷贝数较高,产毒微囊藻丰度在不同采样点间差异较大,影响水体中微囊藻丰度的最主要环境因素是pH值.海河水体中毒素含量没有超过安全阈值,但是单位体积水体中藻细胞内毒素含量很高,具有较高的毒素释放潜力,可能对下游河口生态系统造成潜在威胁.     

荸荠对铜绿微囊藻的化感抑制作用研究

采取植物种植水培养、植物浸提液培养及植物共培养3种培养方式研究了荸荠对铜绿微囊藻生长的影响.结果发现:荸荠植株种植水、荸荠浸提液以及荸荠与铜绿微囊藻共培养均对铜绿微囊藻的生长产生了化感抑制作用.100%浓度的荸荠浸提液对铜绿微囊藻生长抑制率达到91.40%,而荸荠与铜绿微囊藻共培养时对铜绿微囊藻生长的抑制率为86.83%.这两者之间的差异并不显著,直接验证了荸荠能够通过不断地向水体中释放化感物质来长久、有效地抑制铜绿微囊藻的生长.     

光照度对水华鱼腥藻细胞比重与藻丝长度的影响研究

为深入探索可获得光资源量(light availability)与水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)浮沉关键因子——细胞比重、藻丝长度,以及水华鱼腥藻沉降损失的关系,开展了纯培养试验.在温度(25±1)℃,光照度分别为100,500,1000,3000,5000lx的条件下,培养时间35d,结果显示:在1~10d内鱼腥藻细胞比重随光照度增大而增大,在10d左右达到最大值,随后各光照组下鱼腥藻细胞比重较稳定且相差不大;光照越强,水华鱼腥藻的藻丝越短,其变化趋势是先增大到最大值再减小;光照越强,水华鱼腥藻的藻丝长度越快增大到最大值;实验结束时高光照度下水华鱼腥藻沉降损失比率较小,均低于10%,低光照下水华鱼腥藻沉降性能较好,最高可达到57.3%.实验结果表明:可获得光资源量下降直接影响鱼腥藻比重和藻丝长度并进一步导致鱼腥藻的沉降损失比率增大,这为持续型垂直混合导致蓝藻消亡的原因提供了新解释.     

湖北枝江市石子岭水库蓝藻水华研究

2009年8月21日对枝江市作为饮用水源的石子岭水库浮游植物和水体营养盐状况进行了调查.结果表明,该水库已经发生了微囊藻水华;浮游植物群落结构定量分析和多样性指数计算表明石子岭水库明显富营养化,惠氏微囊藻是是群落中绝对优势种.同时浮游植物生态位测度值表明微囊藻等蓝藻在时下的生态因子作用下将呈现逐渐衰退,而绿藻种群扩张,水库中浮游植物明显呈现由蓝藻优势向绿藻优势群落演替趋势.测定叶绿素荧光参数,以了解微囊藻水华的生长状态,比较研究中午强光下和经过24 h暗恢复及与室内培养的惠氏微囊藻三者的差异,表明夏末秋初阶段水库中微囊藻受到了一定的光照胁迫.水库中营养盐分析表明过高的总氮、总磷浓度和适宜的N/P比可能是水华暴发的主要原因,同时也是导致石子岭水库浮游植物呈现特定的群落结构特征的关键因素.     

Decomposition and phosphorus release from four different size fractions of Microcystis spp. taken from Lake Taihu, China

Decomposition of Microcystis is accompanied by the release of phosphorus,during bacteria play an important role.A series of experiments were undertaken to evaluate the effect of bacteria on the decomposition of Microcystis taken from Lake Taihu,China,a lake that is suffering from dense Microcystis blooms.The 16 experiments involved four size fractions of colonial Microcystis with or without the addition of lake sediment and Gram-negative bacterial inhibitor NAN_3.The highest decomposition rates were reco...     

太湖蓝藻水华期间水体和底泥中产毒微囊藻与非产毒微囊藻种群丰度研究

运用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,QPCR)技术研究了太湖蓝藻水华期间不同湖区水体和底泥中产毒微囊藻与总微囊藻种群丰度.结果表明,湖区间产毒微囊藻种群和总微囊藻种群丰度明显不同:在水体中,竺山湾(N5)和梅梁湾(N2)产毒微囊藻和总微囊藻种群丰度高于贡湖湾(N4)和湖心(S4...