不同形态磷源对铜绿微囊藻与附生假单胞菌磷代谢的影响

实验研究磷酸二氢钠、β-甘油磷酸钠(Na-β-glycerophosphat,NaGly)、磷酸钙和卵磷脂(lecithin ,LEC) 4种不同形态的磷源对铜绿微囊藻的生长代谢及其与附生假单胞菌磷代谢关系的影响.测定了微囊藻的生长,水中磷浓度的变化,碱性磷酸酶活性(alkalinephosphataseactivity ,APA)和微囊藻中总磷含量的变化.结果表明,附生假单胞菌的存在能促进铜绿微囊藻的生长,并可以将微囊藻不易直接吸收的磷形态转化为磷酸盐等物质供微囊藻利用.碱性磷酸酶在微囊藻和X菌利用大分子有机磷的过程中起重要作用.     

铜绿微囊藻与附生假单胞菌静态吸磷的比较

利用磷饥饿的铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)和附生假单胞菌(Pseudomonassp.)进行静态吸磷的比较研究,并分析不同温度对吸磷速率的影响.结果表明,铜绿微囊藻和附生假单胞菌都有快速吸收外界磷的能力,铜绿微囊藻的最大吸磷速率为1.11mg/(mg穐),附生假单胞菌最大吸磷速率达到4.79mg/(mg穐).静态吸磷在1h内基本达到平衡,铜绿微囊藻最大磷含量为1.03%,附生假单胞菌最大磷含量能达到3.01%,提高温度有利于铜绿微囊藻和附生假单胞菌对外界磷的吸收.在铜绿微囊藻和附生假单胞菌竞争吸收外界磷时,附生假单胞菌的吸收速率和细胞内最大磷含量均明显高于铜绿微囊藻.     

游离附生假单胞菌对铜绿微囊蓝细菌中32P释放的影响

采用同位素示踪法，分析游离附生假单胞菌(Pseudomonas sp-)对富集^32P的铜绿微囊蓝细菌(Microcystis aeruginosa)中磷释放的影响．研究结果表明：在微囊蓝细菌生长的延迟期和对数期．游离附生假单胞菌的加入抑制了微囊蓝细菌中^32P的释放，而对蓝细菌的生长没有明显的影响；在微囊蓝细菌生长的稳定期和衰减期，假单胞菌促进其蓝细菌细胞内^32P的释放，同时也加速微囊蓝细菌的衰亡．假单胞菌对微囊蓝细菌^32P释放的促进作用是由于自身的吸磷能力导致的．假单胞菌的吸磷量由假单胞菌生物量和细胞内磷浓度决定，假单胞菌在微囊蓝细菌的整个生长阶段生物量不断增加，而体内^32P浓度在开始阶段很低．直到微囊蓝细菌进入稳定期才达到相对稳定。     

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.     

扰动对外源性磷在模拟水生态系统中迁移的影响

采用同位素示踪法,模拟研究不同扰动强度对外源性磷在水体、铜绿微囊藻和底泥中迁移的影响.水体中外源性磷首先由快速的物理化学分配进入铜绿微囊藻和底泥中,然后其在水体中的迁移主要受铜绿微囊藻生长状况的影响.实验表明,当扰动强度为30r/min时,铜绿微囊藻生长得最好.单位质量铜绿微囊藻中最大外源性磷含量与扰动强度无关,但扰动能加快铜绿微囊藻对外源性磷的吸收速率.水体中溶解的外源性磷含量随时间持续下降,微囊藻的衰亡能促进水体中磷向底泥中迁移.最终绝大部分外源性磷迁移到底泥中.增加扰动能有效降低水体中溶解性磷的浓度,在扰动为30r/min时,水体中外源性磷从2.183mg/mL下降到0.0180mg/mL.     

枯草芽孢杆菌对铜绿微囊藻抑制效果的研究

为探讨枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的抑制效果,在实验室条件下,研究了枯草芽孢杆菌不同生长时期(延迟期、对数期、稳定期和衰亡期)无菌滤液对铜绿微囊藻生长的影响、枯草芽孢杆菌抑制铜绿微囊藻生长的作用方式以及无菌滤液影响下铜绿微囊藻丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和光合色素含量的变化.结果显示:枯草芽孢杆菌对数期、稳定期和衰亡期滤液抑藻效果明显好于延迟期,作用第8d,对铜绿微囊藻的去除率分别达到81.19%、91.41%、91.82%;4个处理组铜绿微囊藻的叶绿素a含量均显著低于对照组.添加稳定期滤液后,铜绿微囊藻MDA含量显著升高,SOD活性先升高后降低;在对光合色素的影响中,类胡萝卜素受到的影响不如叶绿素a显著.结果表明,枯草芽孢杆菌对铜绿微囊藻的抑制效果是通过分泌胞外物质实现的,且分泌物具有很强的热稳定性.推测该胞外分泌物能够破坏光合色素,影响光合作用,抑制藻细胞的生长;同时抑制SOD活性,使细胞膜脂过氧化程度不断加深,进而破坏藻细胞的完整性,表现出对藻很强的抑制效果.     

假单胞菌摄磷和释磷条件的研究

考察了碳、硫等物质对废水生物脱磷优势菌假单胞菌磷代谢的影响．结果表明，缺磷环境导致假单胞菌产生过量摄磷现象；假单胞菌无论是经过无碳厌氧、无碳好氧还是无硫厌氧、无硫好氧培养后，转接到富磷培养基内好氧培养时，都产生过量摄磷现象．随着在富磷培养基内的好氧培养时间延长，细菌的摄磷量下降．     

氮磷限制对铜绿微囊藻生长和产毒的影响

采用分批培养的方式研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)在氮、磷单因子营养限制条件下的生长和产毒情况.结果表明,氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒都有明显的抑制作用,而磷限制对其生长和产毒没有明显的抑制作用.在氮限制条件下,铜绿微囊藻的生物量仅为控制组的30%～50%,产毒量也仅为控制组的10%～60%;并且氮限制会促进细胞分裂,缩短细胞的生长周期.这可能是因为氮是铜绿微囊藻生长和产毒所必需的元素,直接控制着铜绿微囊藻的生长和产毒;所以若培养基中的氮浓度比较低,会直接导致微囊藻的生物量较少和产毒量比较低.磷限制甚至磷被耗尽时对铜绿微囊藻的生长和产毒都影响不大,这可能与铜绿微囊藻体内储存的含磷颗粒物有关.实验结果表明,在本实验条件下,水体中氮限制对铜绿微囊藻的生长和产毒影响较大.     

光照与磷对铜绿微囊藻生长的交互作用

采用单种分批培养的方法研究了光照与磷对铜绿微囊藻比生长速率、细胞叶绿素a和P含量的交互作用。通过光照强度和培养基P浓度的双因素试验设计,设置了4种培养基P浓度,每种P浓度下又设置了6种光照强度。结果显示:铜绿微囊藻生长的饱和光照强度为40～100μmol(/m·2s),培养基P浓度对其生长速率的影响符合Monod方程;随着光照增强,细胞叶绿素a含量呈下降趋势;提高P浓度,细胞叶绿素a含量会升高,但在较低P浓度下,铜绿微囊藻也能维持一定的细胞叶绿素a含量;细胞P含量的变化趋势与比生长速率的变化趋势相似。因此,光照和P浓度对铜绿微囊藻的生长、细胞叶绿素a和P含量均存在交互作用,且微囊藻生长变化与另外两种特征变化存在一定的关联。     

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.      

富营养化水体中微囊藻、菌、病毒数量关系初步研究

通过测定铜绿微囊藻、菌、病毒的数量以及总磷、总氮的浓度变化,研究了富营养化水体中藻、菌、病毒之间的数量关系。结果表明:病毒和第二天的藻细胞数呈显著负相关(r=-0.655,P0.01),其显著水平高于与当天藻细胞数的相关性(r=-0.578,P0.05),菌和第二天的藻也具有显著负相关性(r=-0.500,P0.05),回归分析表明,病毒的波动能够解释51.9%的藻细胞数的变化,菌的波动能够解释46.4%的藻细胞数的变化,藻细胞数与菌数的回归方程的确定系数低于藻细胞数与病毒数的确定系数。此外,藻和总磷存在极显著负相关性(r=-0.747,P0.01),病毒和总磷之间存在极显著正相关(r=0.857,P0.01)。上述结果说明,浮游病毒和浮游细菌丰度是影响藻类数量的重要因子,且富营养化水体中的浮游病毒可以通过裂解宿主细胞而加速了磷元素的循环。     

臭氧灭活水中铜绿微囊藻影响因素研究

为研究臭氧在水体中杀灭铜绿微囊藻的效果,利用中性红染色法探讨了不同因素(臭氧投量、作用时间、pH值、温度、浑浊度、初始藻细胞密度等)对臭氧灭活铜绿微囊藻效果的影响.结果表明,随着臭氧投量和作用时间的延长,藻灭活率明显增加.当浑浊度0.5~20NTU,温度5~35℃, pH值6.0~9.0,同时浊度越低,灭活效果越好;随温度上升,臭氧灭活铜绿微囊藻能力减弱;碱性较酸性条件下臭氧杀灭铜绿微囊藻的能力更强.藻样初始浓度对杀藻效果影响较大,细胞密度增大,杀藻效果急剧下降.当初始藻细胞密度为1.0×107cells/L,臭氧投量为2.0mg/L,作用时间40min以上时,在饮用水消毒的浊度、温度、pH值范围内,铜绿微囊藻的灭活率在99.0%以上,繁殖能力降低到0.     

苦草与铜绿微囊藻的相互化感作用

在排除细菌作用和营养竞争的实验室条件下,对苦草和铜绿微囊藻进行混合培养和分开培养,探讨了苦草和铜绿微囊藻的相互化感作用.结果表明,苦草的存在对铜绿微囊藻的生长有明显的抑制;铜绿微囊藻对苦草生长的抑制,必须与藻对苦草的遮光作用相结合才能完成.藻的丙二醛(MDA)积累和藻叶绿素a含量降低表明,苦草释放的化感物质可能造成了铜绿微囊藻细胞内活性氧的增多,影响了正常的光合作用,导致藻细胞死亡.铜绿微囊藻则是通过减弱光照和减少苦草叶绿素a含量,导致苦草生物量减少.     

菖蒲对铜绿微囊藻的化感作用

采用两厢培养池研究了菖蒲(Acoruscalamus)对铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)的化感抑制作用.结果表明,在排除藻菌作用和营养竞争前提下,共培养条件下的菖蒲可抑制微囊藻的生长,使藻液光密度(OD₆₈₀)降低;抑制效应取决于菖蒲和微囊藻之间的相对生物量,实验条件下100g菖蒲在初始藻液光密度为0.2时有最强抑藻效应;抑藻化感物质的释放与菖蒲根茎密切相关,根茎受损的菖蒲无抑藻效应;在抑藻过程中对藻细胞的生理指标分析表明,菖蒲的存在降低了藻细胞内的蛋白含量,使SOD、MDA和CAT等抗氧化系统酶的活性增加,化感物质造成活性氧的过量积累可能是微囊藻死亡的原因之一.     

氮磷形态与浓度对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响

以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scendesmus obliquus）为研究对象,分别以硝酸钠、氯化铵和尿素为氮源,以磷酸氢二钾、甘油磷酸钠和三磷酸腺苷为磷源,配置不同浓度的氮磷培养基（氮浓度1.00,4.00,8.00mg/L,磷浓度0.20,2.00mg/L）,通过一次性培养实验研究2种藻氮、磷饥饿时对不同形态和不同浓度氮磷的生长响应.结果表明,2种藻对氮、磷的形态和浓度响应均不同,且藻种之间也有明显的响应差异.铜绿微囊藻在3种浓度硝酸钠培养下比生长速率无显著差异,而斜生栅藻的比生长速率在硝酸钠4.00mg/L时达到最高,说明1.00mg/L的硝酸钠已满足铜绿微囊藻对氮的生长需求,斜生栅藻对氮的需求高于铜绿微囊藻.铜绿微囊藻在1.00,4.00mg/L氯化铵和尿素培养下的比生长速率相同,且比生长速率和现存量均高于同浓度硝酸钠培养组,说明相比于硝酸钠,铜绿微囊藻更喜欢利用还原态的氯化铵和尿素.但当氯化铵浓度高达8.00mg/L时,铜绿微囊藻比生长速率低于相同浓度尿素和硝酸钠培养组,也低于低浓度氯化铵培养组,说明高浓度氯化铵不利于铜绿微囊藻的生长.然而,斜生栅藻在8.00mg/L氯化铵培养下比生长速率和现存量与尿素培养时无显著差异,而且均高于硝酸钠培养组,说明斜生栅藻对氯化铵的耐受能力比铜绿微囊藻高.3种形态的磷均能被铜绿微囊藻和斜生栅藻利用,但铜绿微囊藻用高浓度有机磷培养时的现存量更高,斜生栅藻则在高浓度无机磷培养下生长更好,说明铜绿微囊藻比斜生栅藻能更好的利用有机磷,高浓度的无机磷不利于铜绿微囊藻生长.太湖目前铵氮浓度降低显著,水体无机磷占比很低,溶解态有机磷浓度占比较高,这些都更有利于蓝藻形成优势.     

Growth and phosphate uptake kinetics of Microcystis aeruginosa under various environmental conditions

Growth and uptake of exogenous phosphate by Microcystis aeruginosa in batch culture under different temperature, photoperiod, and turbulence were studied by the method of phosphate isotope tracer. Relatively high temperature, long photoperiod and strong turbulence increased the cell density of M. aeruginosa in these batch cultures. The initial rapid uptake of phosphate by M. aeruginosa was independent of the temperature, photoperiod, and turbulence. Similarly, maximum exogenous phosphate uptake was not related to these environmental factors. However, elevated temperature and turbulence shortened the time, required to obtain maximum P accumulation. The growth of M. aeruginosa could alleviate the phosphorous leakage. Total amounts of exogenous phosphate uptake to M. aeruginosa and the phosphorus leakage of M. aeruginosa were significantly influenced by the growth state of M. aeruginosa closely correlated with the environmental factors. The maximum volume of exogenous phosphate uptake to M. aeruginosa was 46% of added exogenous phosphate in water with 16 hours of photoperiod. Thus, total amounts of exogenous phosphate uptake to M. aeruginosa were more strongly affected by the photoperiod length than temperature and turbulence.     

钙、镁离子在水流作用下对铜绿微囊藻生长的影响

为了解在"引江济太"过程中大量钙、镁离子的引入对铜绿微囊藻生长的影响,本实验在控制温度和光照条件下,室内模拟不同钙、镁离子浓度在两个特征流速5 cm/s和15 cm/s下微囊藻的生长。实验结果表明,微囊藻藻密度随钙、镁离子浓度的增加而增加,流速在15cm/s下微囊藻最大藻密度(9 236.4×104cell/mL)是流速为5 cm/s下最大藻密度(2 873.72×104cell/mL)的3倍,流速为15 cm/s下微囊藻最大比增长速率均较5 cm/s下的高。这可能是在水流产生的剪切力作用下藻细胞胞外多糖增加,粘附更多的钙、镁离子更利于钙、镁离子迁移到胞内,同时胞外附着的钙、镁离子尤其钙离子形成桥联,使微囊藻细胞形成群体产生微环境利于微囊藻的生长。水流对微囊藻利用钙、镁离子有重要的影响,这为有效调水抑制蓝藻生长提供科学依据。