藻源型溶解性有机氮的产生及不同时期藻类有机物的特性

研究了铜绿微囊藻藻细胞全生命周期中氮的转化过程以及藻类有机物的性质,结果表明:溶解性有机氮(DON)在藻类生长周期中总体呈现上升趋势,藻细胞在其生长初期释放量小于0.05mgDON/107cells,衰亡期释放能力约为0.40mgDON/107cells;胞外有机物(EOM)中分子量分布在对数期和衰亡期以100kDa为主,稳定期以100kDa范围内.三维荧光光谱分析表明,EOM中荧光物质主要为类腐植酸和溶解性微生物代谢产物;而IOM主要由类芳香蛋白和溶解性微生物代谢产物组成.     

铁对太湖常见藻类生长及Ca2+、Mg2+离子吸收的影响

相对于海水来说,淡水中铁的含量较高,但铁对淡水藻类的生长和营养吸收的影响还少有人进行研究.文章选取太湖水体中三种常见藻类铜绿微囊藻、小颤藻、四尾栅藻作为试验材料,重点研究培养基中铁浓度对其生长和吸收Ca2+、Mg2+离子的影响.结果表明,高铁浓度(30 000 nmol/L)抑制铜绿微囊藻的生长,但对小颤藻和四尾栅藻的...     

不同磷质量浓度体系中pH变化对铜绿微囊藻和四尾栅藻竞争的影响

铜绿微囊藻和四尾栅藻分别是太湖中最为常见的蓝藻和绿藻.微囊藻在湖泊中形成优势是微囊藻水华发生的重要条件.在模拟太湖水的竞争实验(ρ(磷)分别为0.012,0.112,0.412和1.612 mg/L)中,四尾栅藻均形成优势,而且在稳定期时pH达到10以上.但用0.04 mol/L HCl将pH都降到5.8后,2种藻的增殖都出现明显的变化,在ρ(磷)低于0.412 mg/L时,四尾栅藻优势变得更加明显;而在ρ(磷)为1.612 mg/L时,铜绿微囊藻则形成优势.说明pH对蓝藻和绿藻竞争的影响在不同ρ(磷)的水体中是不同的.      

磷对四尾栅藻代谢有机物生成规律的影响

通过改变培养基中ρ(TP),并结合TOC(总有机碳)分析、考马斯亮蓝法、蒽酮硫酸法和茚三酮法研究不同ρ(TP)对水华中常见绿藻——四尾栅藻的生长规律及其IOMs(胞内有机物)和EOMs(胞外有机物)中TOC、蛋白质、碳水化合物和氨基酸代谢规律的影响. 结果表明,随着ρ(TP)的增加,四尾栅藻生长的指数期变长. ρ(TP)为0.01 mg/L时有利于四尾栅藻EOMs中碳水化合物的形成与积累,ρ(碳水化合物)在指数期达到最大,为89.25 mg/L;ρ(TP)为0.20 mg/L时则有利于四尾栅藻EOMs中氨基酸的形成,并且ρ(氨基酸)在稳定期达到最大,为13.72 mg/L. ρ(TP)为0.01 mg/L时有利于四尾栅藻IOMs中氨基酸的形成,ρ(氨基酸)在指数期达到最大值(21.85 mg/L). 利用EEM(三维荧光)对四尾栅藻的EOMs和IOMs进行表征发现,ρ(TP)的改变会对四尾栅藻IOMs和EOMs中不同物质的峰强产生影响;同时,随着藻细胞的生长,ρ(TP)也会影响四尾栅藻EOMs中的物质组成.      

荷花不同部位浸出液对3种淡水藻类生长的影响

文章探讨了荷花不同部位(茎和叶)浸出液对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻及四尾栅藻生长的影响,为利用荷花化感物质减少湖泊富营养化提供基础。结果表明荷花不同部位的浸出液对3种藻类均有抑制作用,荷花叶浸出液抑制效果好于荷花茎浸出液。荷花不同部位浸出液对藻类的半浓度效应(EC5)0各不相同,荷花叶浸出液对四尾栅藻的EC50为4.21 g/L,抑制效果最好;铜绿微囊藻及蛋白核小球藻的EC50值分别为5.35 g/L、9.92 g/L;荷花茎浸出液对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻及四尾栅藻的EC50值分别为9.52 g/L、7.28 g/L、6.90 g/L。     

高锰酸钾预氧化对藻活性和胞内外有机物的影响

以实验室纯培养的铜绿微囊藻为研究对象,针对不同生长期藻的特性,采用高锰酸钾预氧化剂,研究投加量对铜绿微囊藻胞内、外有机物DOC浓度的影响;高锰酸钾氧化后铜绿微囊藻细胞及其活性的变化;预氧化对以聚合氯化铝(PAC)作为混凝剂的混凝工艺去除不同生长期铜绿微囊藻的影响.结果表明.低浓度的高锰酸钾对藻细胞光合作用有一定的抑制作用,高浓度(≥10mg/L)的高锰酸钾预氧化会使藻细胞失活并释放大量胞内有机物.当高锰酸钾投加量为2mg/L时,投加30mg/L PAC,第9d、21d、28d、36d培养期的藻去除率分别为81%、99%、58%、35%;在不同高锰酸钾投加量下,第21d(对数期)的藻液,采用高锰酸钾预氧化强化混凝除藻效果最好,其原因可能与不同生长期胞外有机物(EOM)浓度及组分不同有关.藻处于衰亡前期和衰亡后期EOM含量显著增大,过高浓度的EOM影响了氧化剂的氧化效率,使得预氧化效果不明显.稳定期和对数期藻液中EOM含量较低,此时氧化剂与藻细胞接触,易刺激藻细胞分泌物质,而一定浓度的EOM可以起到助凝的作用,使得预氧化后强化混凝效果良好.高锰酸钾还原产物是水合Mn O2,会促进混凝并可以附着在藻细胞表面提高藻细胞沉降性.     

铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的氮营养动力学特征

利用批量培养试验比较研究了氮限制条件下铜绿微囊藻(Microcystis aerugiuosa)和斜生栅藻(Scendesmus obliquus)对氮的生长反应,并应用Monod方程计算了2种藻的营养动力学参数(μ_max和K_s). 结果表明,ρ(氮)为0～2.00 mg/L时铜绿微囊藻比增长率快速增长;ρ(氮)为0～4.00 mg/L时斜生栅藻比增长率快速增长. 铜绿微囊藻的最大比增长率(μ_max)为0.23 d-1,半饱和常数(K_s)为0.14 mg/L;斜生栅藻的μ_max为0.41 d-1,K_s为0.24 mg/L. 根据生长动力学参数可以预测,当氮缺乏时,铜绿微囊藻容易形成优势,当氮丰富时,斜生栅藻容易形成优势.      

氮磷对微囊藻和栅藻生长及竞争的影响

为了揭示不同营养条件下,藻类优势种的形成规律,选取了3种具有代表性水体的营养盐浓度,对于蓝藻水华的常见种铜绿微囊藻和绿藻水华的常见种四尾栅藻进行了竞争实验.通过竞争抑制参数对相互间的竞争关系进行了分析.结果表明,在贫营养水平下,栅藻的存在能够刺激微囊藻的生长,N/P值越小,刺激作用越明显,微囊藻也能刺激栅藻的生长;富营养水平下,竞争抑制作用与N/P有关;超富营养水平下,栅藻对微囊藻的抑制能力约为微囊藻对栅藻的抑制能力的3倍,N/P值的变化对竞争抑制作用的影响不明显.在较低氮磷浓度的水体中,微囊藻容易成为优势种,而在较高的氮磷浓度的水体中,四尾栅藻更容易成为优势种.     

Fe(Ⅲ)对太湖铜绿微囊藻和四尾栅藻竞争的影响

采用批量培养的方法研究Fe(Ⅲ)及其不同化学形态与EDTA,柠檬酸和羟基等配体作用对铜绿微囊藻和四尾栅藻的生长和光合作用的影响.结果表明, 当Fe(Ⅲ)浓度(18 μmol/L)高于强有机配体EDTA浓度(2.69 μmol/L)时,Fe(Ⅲ)主要以胶体和沉淀形态存在,但Fe3+及Fe(Ⅲ)的羟基配合物等藻类易于利用的化学态能维持较高的浓度,铜绿微囊藻和四尾栅藻都生长良好;Fe(Ⅲ)浓度(≤1.0 μmol/L)低于强有机配体的浓度(2.69 μmol/L)时,有机配体可以与Fe(Ⅲ)形成稳定的鳌合物; 可利用态的Fe(Ⅲ)浓度较低,铜绿微囊藻和四尾栅藻的生长、单位细胞叶绿素a质量、最大光合作用速率、呼吸速率、光限制部分P-I曲线斜率都下降,但铜绿微囊藻变化较快,表明Fe(Ⅲ)与强有机配体络合造成的限制有利于四尾栅藻占据优势.      

水杨梅对铜绿微囊藻和斜生栅藻的抑制作用

通过排除光抑制、营养限制因素试验,研究水杨梅对斜生栅藻和铜绿微囊藻生长的抑制作用以及对叶绿素a的影响,并考察水杨梅对水中氮磷的去除能力。结果表明:水杨梅持续释放化感物质,在高藻密度条件下,对两种藻类的抑制率可达60%以上,同时能有效地降低水中的总氮、总磷。在试验周期内,覆盖组对共培藻类斜生栅藻水中总氮、总磷去除率超过83%和35%,对共培藻类铜绿微囊藻水中总氮、总磷去除率达到60%、40%以上,表明水杨梅对藻类有较好的抑制作用,可促进富营养化水体的修复,可作为抑藻浮岛植物的选择之一。     

光照与磷的交互作用对两种淡水藻类生长的影响

采用一次性单种培养的方法,研究了磷和光照对铜绿微囊藻和四尾栅藻生长以及叶绿素形成的影响.结果表明,光照水平的提高能够提高藻类最大比增长率,延长藻类指数生长期;但达到一定水平后,光照水平的增加会抑制单细胞藻类体内叶绿素的合成.在试验设定的浓度范围内,磷对藻类最大比增长率的影响不大;而不利于藻类叶绿素的形成.对于铜绿微囊藻的生长,磷与光照表现出明显的交互作用,但对于四尾栅藻,二者的交互作用并不明显.     

铜绿微囊藻培养过程中氨基酸的释放特征及其对水体有机质的贡献

为深入分析铜绿微囊藻水华暴发对水体有机质、氨基酸含量及组成的影响,进一步揭示蓝藻水华暴发对湖泊内源氨基酸和有机质的贡献及养分循环机制,采集太湖北部富营养化区域梅梁湾中的水样,用于在室内培养太湖蓝藻水华优势种——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),采用邻苯二甲醛(OPA)柱前衍生-反相高效液相色谱法(HPLC)分析铜绿微囊藻生长、衰亡过程中氨基酸的摩尔浓度及其组成特征的变化,探讨藻类产生的氨基酸和有机质对湖泊水体中有机质、TC(总碳)及DTN(溶解性总氮)的贡献. 结果表明:铜绿微囊藻在生长过程中产生的氨基酸对水体中TC、DTN、TOC(总有机碳)的贡献率分别为23%~37%、46%~93%和46%~83%;在衰亡期,水体中难降解氨基酸(如甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸和赖氨酸)的摩尔浓度(c)为60.4 μmol/L,显著高于同时期易降解氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸和精氨酸)的摩尔浓度(40.9 μmol/L);c(D-氨基酸)/c(L-氨基酸)由初始的0.28降至0.09,表明在铜绿微囊藻对数生长至衰亡期间,水体中有机质的降解程度逐渐降低. 研究显示,在水体有机质降解程度降低的同时,氨基酸摩尔浓度逐步增加,因此大量未降解的氨基酸沉积下来成为水体有机质来源之一.      

水生植物群落对水华藻类的化感抑制研究

选择5种高等水生植物水芹(Oenanthe javanica)、菖蒲(Acorus calamus)、水蕴草(Elodea densa)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑藻(Hydrilla verticillata),构建3种不同类型的水生植物群落,A:菖蒲+穗状狐尾藻+水蕴草;B:水芹+穗状狐尾藻+黑藻;C:水芹+水蕴草+黑藻。研究3种群落种植水对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的化感抑制作用。结果表明:3种群落7 d、14 d、21 d种植水均显著降低水华鱼腥藻和铜绿微囊藻的细胞浓度和叶绿素a含量(P<0.05),表明水生植物能够通过不断向水体中释放化感物质来有效地抑制藻类的生长。对水华鱼腥藻的抑制,群落A与B、B与C差异极显著(P<0.01),群落A与C差异不显著(P>0.05),对铜绿微囊藻的抑制3种群落间存在极显著差异(P<0.01)。从对2种藻的抑制效果来看,群落A表现出较好的抑藻效果,7 d、14 d和21 d种植水对水华鱼腥藻的抑制率分别为74.59%、85.50%和84.38%,对铜绿微囊藻的抑制率分别为73.59%、80.46%和89.49%。3种植物群落释放的化感物质可以显著降低2种藻的叶绿素a含量,表明植物释放的化感物质可以通过破坏藻类的光合系统来控制其生长。     

不同质量浓度的磷对铜绿微囊藻生长及细胞内磷的影响

通过室内模拟的方法研究了在磷质量浓度不同的水体条件下,在铜绿微囊藻水华形成过程中微囊藻的增殖特征及细胞内磷、可溶性磷的变化特征.在模拟的太湖水体中,随着外源磷的增加,藻生长最终限制因素由磷限制(ρ(TP)≤0.045 mg/L)发展到光限制(ρ(TP)≥0.445 mg/L),而ρ(TP)=0.445 mg/L是微囊藻最适生长浓度;同时,微囊藻细胞内磷含量(QP)、水体可溶性磷(DTP)也随藻类生长而发生变化,在水体ρ(TP)＜0.445mg/L时,细胞内磷对微囊藻增殖有促进作用,而在ρ(TP)＞0.445 mg/L的水体中,磷对微囊藻增殖有抑制作用.     

CO2/pH对三种藻生长及光合作用的影响

研究了在不同pH值和不同溶解性无机碳(DIC)浓度下太湖中惠氏微囊藻、四尾栅藻和菱形藻的生长和光合作用特征.研究表明, CO2/pH对3种藻的影响明显不同.惠氏微囊藻生长的最适pH值为8.0～9.0,pH7.0～9.0时具有较高的光合作用速率;四尾栅藻在偏酸性和偏碱性环境水体中均能较好生长,在本实验的pH值范围内均具有较高的光合作用速率;四尾栅藻在偏酸性和偏碱性环境水体中均能较好生长,在本实验的pH值范围内都具有较高的光合作用速率;菱形藻生长的最适pH值为7.0左右,在此pH值下光合作用速率也最高.惠氏微囊藻的K0.5(DIC)略小于四尾栅藻和菱形藻,表明对外源无机碳的亲合力要略大于四尾栅藻和菱形藻;但当DIC浓度达到饱和时,惠氏微囊藻和四尾栅藻的最大光合作用速率要远大于菱形藻.     

混合抗生素对铜绿微囊藻的生物效应

选取SP(螺旋霉素)和AM(阿莫西林)为目标化合物,研究二者的混合物对铜绿微囊藻的生长、Chla(叶绿素a)合成及微囊藻毒素合成与释放的影响. 结果表明:SP与AM以等毒性〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7,ρ(SP+AM)为4~15 μg/L〕混合时,铜绿微囊藻的生长及Chla的合成均受到抑制,并且ρ(SP+AM)越高,抑制作用越明显,在ρ(SP+AM)为15 μg/L时生长抑制率最大,为109.86%;SP与AM以等浓度〔ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶1,ρ(SP+AM)为1~10 μg/L〕混合,ρ(SP+AM)≤4 μg/L时促进铜绿微囊藻的生长,ρ(SP+AM)为1 μg/L时促进作用最明显,铜绿微囊藻的比生长率高出对照组39.13%;ρ(SP+AM)≥5 μg/L时则抑制铜绿微囊藻生长;而Chla的合成在各试验浓度下均受到抑制. SP与AM对铜绿微囊藻的联合毒性表现为拮抗作用. 混合抗生素在各试验浓度和混合配比条件下,均导致藻细胞内藻毒素合成量的上升,并引起胞外藻毒素的释放量增加,ρ(SP)∶ρ(AM)为1∶7且ρ(SP+AM)为5 μg/L组释放比例最高,达到37.96%. 因此,混合抗生素的存在可导致铜绿微囊藻对水环境的危害进一步加深.      

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

凤眼莲对铜绿微囊藻生长及藻毒素与营养盐释放的影响

针对目前我国凤眼莲治理富营养化水体技术的规模化应用现状,考虑到大面积控养的凤眼莲与暴发的水华蓝藻(尤其是产毒铜绿微囊藻)会在湖湾区短期内密集共存的情况,开展了凤眼莲对产毒铜绿微囊藻生长、生理特性、藻毒素生产与释放影响的研究,另外,也考察了短期共存下藻类营养盐释放与凤眼莲对藻毒素积累的情况.半连续共培养实验结果表明,凤眼莲能够有效抑制铜绿微囊藻的生长,促进藻细胞的衰亡.虽然凤眼莲未对铜绿微囊藻光合系统Ⅱ的电子传递产生影响,但减少了其光合系统中的藻蓝蛋白(PC)含量和藻蓝蛋白/别藻蓝蛋白(PC/APC)水平,10%和20%水体交换率处理的PC/APC水平第8 d时分别降至相应空白对照的54.93%±7.07%和55.81%±1.97%.凤眼莲对铜绿微囊藻形成了一定的氧化伤害,最终促进其抗氧化系统中超氧化物歧化酶比活显著下降,丙二醛含量显著提高,10%和20%水体交换率处理的丙二醛含量第8d时分别升至相应空白对照的2.95倍±0.074倍和2.22倍±0.086倍.凤眼莲通过促进蓝藻的衰亡和分解,加速了营养盐的释放.12 d内,可溶性总氮浓度回升到初始水平,而水体可溶性总磷的释放速度比氮营养盐更快.另一方面,凤眼莲并没有促进铜绿微囊藻毒素的生产,也没有使水体藻毒素含量显著提高.相反,和自然衰减不同,短期内显著促进了水体藻毒素的降解,第12 d时10%和20%水体交换率处理的水体藻毒素分别下降至12.07μg·L-1±0.63μg·L-1和11.36μg·L-1±0.04μg·L-1.而凤眼莲整株的藻毒素短期积累量(FW)仅为5.95 ng·g-1±0.76 ng·g-1.增加水体交换率能够在一定程度上减缓凤眼莲对铜绿微囊藻的伤害,减缓营养盐的释放速度,但对水体藻毒素消减的影响不显著.     

水体及沉积物氮磷水平对附植藻类的影响

为了探讨湖泊富营养化过程中沉积物及水体氮、磷浓度对附植藻类的影响,通过室内模拟实验,研究了水体及沉积物氮、磷升高对苦草(Vallisnerianatans(Lour.) Hara)上附植藻类生长、群落组成及其体内氮、磷含量的影响.结果表明,在实验条件下,随着水中氮、磷含量升高,附植藻类生物量及附植藻类氮、磷含量均呈极显著增加(p0.01).随着水体可获得的氮、磷浓度升高,附植藻类的相对丰度有所变化,舟形藻(Navicula)、小球藻(Chlorella)及微囊藻(Microcystis)相对丰度随着氮、磷水平的升高而下降,直链藻(Melosira)则相反,但舟形藻、直链藻、微囊藻、小环藻(Cyclotella)和小球藻均为群落的优势属种.沉积物氮、磷含量升高对附植藻类生物量、优势种丰度及群落氮、磷含量影响较小,均未达到显著水平(p0.05).在实验条件下,沉积物氮、磷含量对附植藻类影响不大,而水体氮、磷浓度升高显著地促进了附植藻类生长.研究结果也为解释富营养化湖泊沉水植物衰退及消亡提供了一定的科学依据.     

基于高光谱特征提取的藻类叶绿素a反演模型

选取自然界中分布较广泛的小球藻和铜绿微囊藻为研究对象,进行室内藻类光谱试验,同步测定其ρ(叶绿素a),并分别建立基于混合高斯函数的小球藻和铜绿微囊藻高光谱信息模型. 在此基础上,利用模拟退火算法实现模型的非线性参数拟合,提取这2种藻的高光谱特征,通过非线性回归分析,反演得到分解后的高光谱信息模型的峰高(h_i)与ρ(叶绿素a)的定量模型,实现对水体中小球藻和铜绿微囊藻ρ(叶绿素a)的预测. 结果表明:藻类高光谱特征提取算法能有效揭示小球藻和铜绿微囊藻的光谱本质特征,并得出相应的小球藻和铜绿微囊藻叶绿素a反演模型.