稻草秸秆发酵液的抑藻效应及其机理

为有效利用农业废弃物稻草秸秆进行抑藻,本研究对不同稻草秸秆进行了特定方式的发酵,测定了发酵液对常见淡水藻类的化感效应,探讨了其中抑藻作用强的发酵液抑藻机理.结果表明：与普通稻草秸秆发酵液相比,水稻分蘖枝发酵液对铜绿微囊藻的抑制效果显著好于普通稻草秸秆发酵液（P<0.05）,作用72h水稻分蘖枝发酵液抑制率为93.21%,168h为97.96%,而稻草秸秆发酵液120h抑制率为68.20%,168h抑制率反而显著下降,只有27.65%;前者Eh₅₀为14.073h,后者为21.036h;水稻分蘖枝发酵液对蓝藻（铜绿微囊藻）和绿藻（蛋白核小球藻、斜生栅藻）3种淡水藻均有良好抑制作用,对铜绿微囊藻抑制作用最佳（P<0.05）.在水稻分蘖枝发酵液胁迫下,铜绿微囊藻叶绿素a以及藻蓝蛋白（PC）和别藻蓝蛋白（APC）含量下降,藻细胞叶绿素自发荧光值持续降低,藻细胞结构破坏.推测水稻分蘖枝发酵液的抑藻机制之一是将藻细胞光合系统作为其攻击的靶点从而抑制藻类生长,并最终破坏细胞结构,引起细胞凋亡.     

乳酸对铜绿微囊藻的抑藻效应及机理

以铜绿微囊藻为实验对象,研究了乳酸对铜绿微囊藻的抑藻效果及可能的抑藻机理.结果表明乳酸对铜绿微囊藻的生长有很强的抑制作用,72h,除最低浓度实验组对铜绿微囊藻的抑制率为60%外,其余浓度实验组的抑制率均达到了80%以上;在乳酸胁迫下,藻液中核酸和蛋白质含量增加,电导率上升,细胞中丙二醛(MDA)和氧自由基(O₂^·)含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性下降;透射电镜图片显示,细胞的超微结构发生了明显改变.推测乳酸可能的抑藻机理是改变了藻细胞膜的通透性及其细胞结构,降低了其抗氧化能力,最终使得藻细胞裂解死亡.     

水网藻种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究

研究了不同浓度水网藻种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用以及对叶绿素a和抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD)的影响.结果表明,水网藻种植水对铜绿微囊藻的抑制效果明显,20%～80%浓度的种植水第8 d的平均抑藻率达到98.9%,藻细胞几乎全部死亡.在种植水的作用下藻细胞叶绿素a含量迅速降低,叶绿素a遭到破坏.实验前2 d由于受到活性氧的刺激铜绿微囊藻抗氧化酶活性增加,且都高于对照组,随着抗氧化酶活性达到极限,活性氧开始积累并破坏细胞的正常代谢,抗氧化酶活性迅速降低,80%浓度的实验组至第8 d时SOD、CAT、POD活性分别仅为31、6、5 U.mg-1.水网藻种植水经过高温处理后对铜绿微囊藻基本没有抑制作用,说明种植水中的抑藻物质具有热不稳定性.     

铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲化感作用的诱导效应

通过研究不同初始密度铜绿微囊藻与黄菖蒲共同培养的种植水对铜绿微囊藻生长特性的影响,分析了铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲化感作用的诱导效应。结果显示,初始藻密度分别为0,1.0×105,1.0×106和1.0×107 cell/mL时,相对应的黄菖蒲种植水对铜绿微囊藻的抑制率及铜绿微囊藻MDA浓度先逐渐增加然后降低;同时,铜绿微囊藻叶绿素a浓度呈现先降低后增加的趋势;各个处理组中,铜绿微囊藻SOD活性也表现出明显的差异,表明铜绿微囊藻胁迫对黄菖蒲的化感作用具有一定的诱导效应,具体表现为:一定范围内,铜绿微囊藻初始密度越高,其胁迫效应促使黄菖蒲释放越多的化感物质,导致其种植水化感抑藻能力增强,但是在铜绿微囊藻密度过高时,黄菖蒲种植水的化感抑藻能力开始降低。     

营养物质对铜绿微囊藻生长和藻际细菌的影响

菌-藻"体系在水生态平衡中发挥重要作用,为探明蓝藻水华时期的菌藻关系,研究了原位营养刺激后藻际微生物对铜绿微囊藻生长的影响.结果表明,LB培养基可抑制铜绿微囊藻生长,抑藻率为86.49%;而乙酸钠、葡萄糖和柠檬酸钠可促进藻细胞生长,增长率均在50%以上.对LB培养基和蛋白胨刺激后的藻际细菌进行溶藻菌的筛选,共分离出6株具有强效抑藻作用的菌株,其中Bacillus sp.A1抑藻率高达97.55%.16S rRNA高通量测序表明,向铜绿微囊藻中投加营养物质均可改变藻际细菌群落结构并增加物种丰富度,添加LB培养基和蛋白胨可促使藻际细菌群落数量剧增.生理生化响应表明,藻细胞受LB培养基和蛋白胨胁迫后,活性氧（ROS）水平和丙二醛（MDA）含量激增,细胞氧化损伤严重;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性先急剧上升后下降,抗氧化酶系统受损.扫描电镜显示,LB培养基可使藻细胞逐渐萎缩,最终破碎;而藻际细菌显著增多.因此,在蓝藻水华暴发的水体进行适当的外部营养刺激可在一定程度上实现溶藻菌原位抑藻.     

50种常用香料对铜绿微囊藻的生态毒性效应

为探究香料对铜绿微囊藻生长的影响,以常用的50种典型香料为供试目标物,测定不同暴露浓度下对藻生长的影响,并选择了对藻的生长有显著抑制作用的4种香料2-甲氧基萘、麝香草酚、月桂烯和吲哚测定不同暴露浓度下对藻的叶绿素a、可溶性蛋白含量、抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD）以及丙二醛（MDA）含量的影响.结果表明,2-甲氧基萘、麝香草酚、月桂烯和吲哚在高浓度暴露下能显著抑制铜绿微囊藻的生长,生物量增长抑制率的半效应浓度E_yC₅₀值分别为1.81,1.26,0.55,1.40mg/L,表现出明显的剂量-效应关系.在1mg/L的处理浓度下,2-甲氧基萘和麝香草酚显著抑制铜绿微囊藻叶绿素a和可溶性蛋白的含量（P<0.0001）;2-甲氧基萘暴露导致SOD活性显著降低（P<0.0001）,其他两种抗氧化酶则无显著影响（P>0.05）;麝香草酚显著抑制了POD活性（P<0.0001）,月桂烯也可降低SOD活性（P<0.01）;经吲哚处理的铜绿微囊藻,POD和CAT的活性显著低于对照组（P<0.0001）.研究表明,这4种香料通过抑制藻细胞抗氧化酶活性,过量累积MDA,破坏叶绿素含量和功能,进而导致藻类生长异常.2-甲氧基萘、麝香草酚和吲哚属于芳香族化合物,月桂烯为烯烃类化合物,不同结构的香料对不同的抗氧化酶活性的影响也不一样.2-甲氧基萘为合成香料,麝香草酚、月桂烯和吲哚均从自然界中发现,但目前后三种香料大多通过人工合成制备.研究结果丰富了香料的生态毒理效应基础数据,为其生态风险评估提供了依据.由于具有独特的芳香气味,芳香族化合物成为了香料中的一大类,且被广泛应用.但是芳香环性质稳定、难降解,因此我们需要更多关注芳香类香料的生态安全性.     

壳聚糖纤维对芦荟大黄素吸附及其抑藻机理研究

针对蓝藻水华问题,选取壳聚糖纤维和芦荟大黄素为原材料,制备了负载芦荟大黄素的壳聚糖纤维（CS-AE纤维）.研究了壳聚糖纤维对芦荟大黄素的吸附效果以及复合材料对铜绿微囊藻的生长抑制能力.结果表明,芦荟大黄素可以有效地负载到壳聚糖纤维上,吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温线模型,属于化学吸附.吸附平衡时间为240 min,最适吸附温度为30℃,芦荟大黄素的初始浓度为100mg·L^-1时,实际吸附量为19.06 mg·g^-1.抑藻实验表明,CS-AE纤维能够有效地抑制铜绿微囊藻的生长,当投加量为0.6 g·L^-1时,第12 d的抑藻率可达77.6%.实验期间,处理组中藻细胞膜结构发生改变,丙二醛（MDA）含量显著增加;叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆蛋白含量逐渐下降,其中对藻胆蛋白的抑制率显著高于对叶绿a和类胡萝卜素的抑制率.藻细胞的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性均呈先升高后降低的趋势;此外,CS-AE纤维能够有效去除藻毒素.综上推断,CS-AE纤维通过破坏铜绿微囊藻的细胞结构,光合系统,以及...     

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.     

铜绿微囊藻细胞培养与藻毒素LR提取的研究

铜绿微囊藻菌CCAP1450/4在室内人工培养的结果表明,较大的无机培养液表面、连续适当光照20uE/（m²·s）及适宜的温度（25℃）有利于该藻菌的生产．通过超声波击碎细胞,离心过滤C₁₈净化柱分离,得到藻毒素．应用高效液相色谱分离主峰纯化藻毒素藻毒素在紫外光谱238nm处出现吸收高峰表明,铜绿微囊藻菌CCAP1450/4中藻毒素的主要成分是藻毒素LR．本研究还探索了简便、快速人工培养铜绿微囊藻菌及高效、叶靠分离纯化藻毒素LR的方法．     

固定化果胶酶抑制铜绿微囊藻生长研究

为证实固定化果胶酶抑制蓝藻生长的作用,在实验室条件下,以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）为受试藻种,用共培养法观察了固定化果胶酶对藻细胞群体的作用、用电镜观察了共培养后藻细胞的损伤状况,测定了对其生理生化特征的影响.结果表明固定化果胶酶与藻共培养液第3 d明显黄化,且黄化程度与固定化果胶酶的用量和培养时间呈正相关系;电镜照片显示固定化果胶酶对藻细胞有损伤作用,轻微损伤的藻细胞出现质壁分离,表面粗糙、凸凹不平,形状不规则,严重损伤的藻细胞表面发生深度皱缩或细胞结构完全解体;随着固定化果胶酶与铜绿微囊藻共培养时间的延长,藻细胞生长量、叶绿素a含量显著降低,表明藻细胞受到胁迫和伤害,藻细胞正常的光合作用受到严重影响.丙二醛（MDA）值显示藻细胞抗氧化防御体系被破坏,细胞内发生严重膜脂过氧化.固定化果胶酶能有效抑制铜绿微囊藻细胞的生长,铜绿微囊藻生长抑制率可高达96%.     

藻源性颗粒有机物对磷饥饿微囊藻磷富集与生长的影响

以藻源性颗粒有机物为切入点,分别以正磷酸盐（K₂HPO₄）、多聚磷酸盐（Na₅P₃O₁₀）、磷酸单酯（G-6-P）、磷酸二酯（卵磷脂）为参考,对比研究了不同形态的磷对磷饥饿微囊藻生长及对磷富集的影响.研究发现密度为（1.9±0.1）×10⁶cells/mL磷饥饿处理的微囊藻对不能直接利用的Na₅P₃O₁₀、卵磷脂的短期富集作用分别为2.034mg/L、1.030mg/L要明显高于K₂HPO₄的0.491mg/L、G-6-P的0.034mg/L和藻源性颗粒物的0.573mg/L,可能与这些磷素不能迅速进入细胞内,因而被大量的积聚在细胞膜与细胞壁之间有关.微囊藻通过释放碱性磷酸酶等酶系可以大量快速的利用藻源性颗粒物,藻源性颗粒物组中微囊藻生长率0.148d^-1稍低于K₂HPO₄组的0.156d^-1,但均高于其他实验组.实验结束时微囊藻对藻源性颗粒物的利用率57.8%高于K₂HPO₄组的32.5%和卵磷脂组的24.4%.通过液相核磁分析,藻源性颗粒物中磷的组分主要为正磷酸盐、磷酸单酯,并通过计算验证了其对磷饥饿铜绿微囊藻的磷富集与生长的影响.综上,藻源性颗粒物有着极强的生物可利用性,对蓝藻的爆发和持续性有着重要影响.     

典型植物化感物质对铜绿微囊藻生长的抑制效果评价

以铜绿微囊藻为研究对象,从抑制率,有效剂量,起效时间,抑制时效和使用成本等方面评价了酚酸类,生物碱类,脂肪酸和酯类共13种化感物质的抑藻效应.结果表明,生物碱类物质对微藻生长的抑制效果最强,其抑制率（>80%）高达酚酸类,脂肪酸和酯类化感物质的4~52倍,其抑藻时效也显著长于酚酸类,脂肪酸和酯类化感物质.生物碱类物质中,血根碱具有最大饱和抑制率（>90%）,但其单位剂量的抑藻率[11%/（mg/L）]仅为白屈菜红碱,芦竹碱和小檗碱的16%,49%和63%;白屈菜红碱对铜绿微囊藻的抑制作用最为灵敏高效,抑制铜绿微囊藻所需的最低剂量为0.2mg/L,最短时间为0.4d,且在2mg/L条件下便能维持7d以上的抑制时效.4种生物碱中,血根碱与白屈菜红碱的使用成本较高,超过芦竹碱和小檗碱的800倍.综合各项抑藻特性,植物化感物质的抑藻能力顺序前四为白屈菜红碱 > 小檗碱 > 血根碱 > 芦竹碱;抑藻成本顺序前四为：壬酸 < 芦竹碱 < 小檗碱 < PHBA.     

厌氧发酵液回流降解含重金属水稻秸秆

针对含重金属水稻秸秆厌氧发酵过程产生的含重金属发酵液的处置问题,将其作为接种物对水稻秸秆进行回流,探究其反复回用以处理含重金属水稻秸秆的可能性。研究结果表明:厌氧发酵液回流可降解含重金属水稻秸秆,接种厌氧发酵液有助于降解水稻秸秆中木质素和半纤维素,水稻秸秆厌氧发酵释放的重金属对其厌氧发酵过程未产生明显抑制作用。在固液比为3.3%条件下,接种发酵液后含重金属水稻秸秆总甲烷产量和总产气量分别达到121.2,282.6 mL/g VS。秸秆中Cu、Cd、Pb和Zn的释放率分别达到94.22%、54.21%、72.67%和98.55%,沼渣中重金属含量达到GB 8172—87《城镇垃圾农用控制标准》要求,可实现还田利用。发酵结束后,发酵液中Cu、Cd、Pb和Zn浓度分别为0.30,0.073,0.10,2.57 mg/L。结果表明,接种厌氧发酵液可以促进水稻秸秆中重金属释放,进而实现含重金属秸秆和发酵液的联合处置。     

多甲藻和微囊藻竞争利用不同形态磷增殖研究

为了探究不同藻竞争利用不同形态磷对浮游植物群落结构影响,分别以楯形多甲藻不等变种（Peridinium umbonatum var.inaequale）和铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）进行PM4A板多磷源单培养实验,并向原位水样添加其两藻种进行5'-单磷酸腺苷（5'-AMP）和磷酸氢二钾（K₂HPO₄）增殖模拟实验.结果表明：不同的藻种对不同形态磷的竞争利用具有选择性,楯形多甲藻不等变种和铜绿微囊藻分别能够利用溶解性有机磷（DOP）35种和25种,两种藻能够较好的利用氨基酸和核苷酸.当以楯形多甲藻不等变种调控起始生物量占比（绿藻：甲藻：硅藻：蓝藻为38%：26%：20%：7%）,无论以有机磷还是无机磷为磷源,甲藻的竞争优势明显,生物量占比达37.11%~50.19%;当以铜绿微囊藻调控起始生物量占比（绿藻：蓝藻：硅藻：甲藻为38%：29%：20%：4%）,蓝藻竞争优势明显,生物量占比达52.25%~53.44%.在温度和光照等环境条件一定的情况下,磷源形态和藻类起始生物量结构共同影响浮游植物群落结构演替.     

鲴对食微囊藻鲢鳙排泄物及藻活性的作用研究

开展室内模拟实验,研究鲢、鳙和鲴不同混养系统中排泄物的量及微囊藻活性的变化.实验设置鲢鳙组合,鲢鳙鲴组合以及对照组,其中鲢鳙生物量放养比例为3：1,鲢鳙鲴组合中生物量放养比例为3：1：1,实验周期14d.结果显示,鲢鳙组和鲢鳙鲴组均能降低微囊藻密度,两组无显著差异（P>0.05）,但是均极显著小于对照组（P<0.01）.混养鲴鱼可以降低排泄物的量及微囊藻的被消化率,鲢鳙鲴组排泄物的量在第4d开始下降,实验结束时是鲢鳙组的16.08%.鲢鳙鲴组微囊藻的被消化率,第5d后快速增长,至实验结束达到85.9%,极显著高于鲢鳙组（P<0.01）.鲢鳙组和鲢鳙鲴组排泄物中的氨基酸和总氮含量相比未被摄食微囊藻减少率分别为33.17%、53.62%和34.97%、54.27%.鲢鳙鲴组和鲢鳙组排泄物光能活性（Fv/Fm、Fv/Fo、Yeld、qP及NPQ表示）和生长活性差异（EPS、Chla表示）较大,鲢鳙组微囊藻叶绿素荧光参数（除NPQ外）值经过短暂的下降后开始增长,而鲢鳙鲴组Fv/Fm、Fv/Fo、Yeld及qP在培养过程中下降显著,且至第5d后叶绿素荧光参数（除NPQ外）均极显著低于鲢鳙组（P<0.01）.鲢鳙鲴组NPQ呈上升的趋势,且第7d后极显著高于鲢鳙组（P<0.01）.在排泄物培养期间,鲢鳙鲴组排泄物中微囊藻的胞外多糖（EPS）含量、叶绿素a（Chl a）浓度不断下降,至实验结束极显著低于鲢鳙组（P<0.01）.结果表明,在鲢鳙控藻的基础上,混养鲴鱼可以减少鲢鳙摄食微囊藻后的排泄物,同时降低排泄物中微囊藻活性,减少了因鲢鳙排泄物引起的水环境污染和生态影响.     

基于秸秆后发酵产沼气的一次发酵时间优化

采用“一次发酵+ NaOH处理+二次发酵”工艺,以稻秸为原料,研究一次发酵时间对稻秸沼气发酵的影响.结果表明,一次发酵后的稻秸仍有一定的产气能力,干物质(TS)产气量为28.11~50.73mL/g TS,产气量大小与一次发酵时间成反比;一次发酵后的稻秸经NaOH处理后,稻秸物质结构受到明显破坏,有机物大量溶出,稻秸浸提液COD、总氮、铵态氮和硝态氮浓度分别较未经NaOH处理的稻秸提高128.56%~213.62%、93.92%~110.59%、53.90%~73.78%和112.08%~188.98%;NaOH处理并不能破坏稻秸的骨架结构,但稻秸官能团相对含量发生变化,加剧了纤维素、半纤维素和木质素结构的破坏.将一次发酵15,25和35d的稻秸经NaOH处理后用于沼气发酵,产气量较相应的对照分别提高了77.37%,119.41%和159.94%,一次发酵时间越长NaOH处理促进秸秆产气的效果越好.实验结束时,一次发酵15,25和35d的稻秸总产气量分别为202.78,205.15,210.21mL/g TS,三者间差异不显著,但较对照(CK)显著提高了11.89%、13.20%、15.99%,发酵周期较CK分别增加了-12,-2,8d.综上所述,采用“一次发酵+ NaOH处理+二次发酵”工艺时,一次发酵时间选择15d更合适.     

生活污水灌溉对麦秸还田稻田氨挥发排放的影响

以养分回用为目的,在原状土柱模拟试验条件下,采用间歇密闭式抽气法研究了生活污水灌溉对麦秸还田稻田田面水铵态氮浓度、田面水pH以及稻田氨挥发损失的影响.结果表明:1麦秸还田显著增加了田面水NH_4~+-N浓度,生活污水灌溉则显著降低了田面水NH_4~+-N浓度.2正常灌溉施肥秸秆不还田稻田处理的总氨挥发量为58.29 kg·hm-2,占总施氮量的24.29%;麦秸还田显著增加了稻田的氨挥发损失,氨挥发损失量增加了近一倍,达总施氮量的45.66%;而生活污水灌溉显著降低了稻田氨挥发损失量,氨挥发损失量降至总施肥量的17.26%(秸秆不还田)和32.72%(秸秆还田).秸秆还田与生活污水处理具有显著的正交互作用.在3个肥期中,分蘖肥期氨挥发损失率最高,占总氮肥用量的7.38%~24.44%.3无论秸秆还田与否,氨挥发通量与田面水NH_4~+-N浓度之间均存在极显著的正相关关系,与田面水pH值则相关性不显著.麦秸还田增加了稻田氨挥发损失,而麦秸还田与生活污水灌溉耦合能降低稻田氨挥发损失,同时污水中的氮可替代44.41%的化肥氮,减少稻季化肥用量,具有显著的生态环境效益.     

秸秆还田对水稻镉积累及其亚细胞分布的影响

镉(Cd)是人类一级致癌物,大米食用是以大米为主食人群摄入Cd的主要途径.秸秆还田是秸秆处理中主要方式,在Cd污染稻田被广泛应用,其对水稻Cd吸收及水稻体内Cd的分布产生的影响不可忽视.本研究选用Cd水稻土,通过盆栽和大田试验分析了不同的秸秆还田用量(0.0%、1.0%、2.5%和5.0%)对Cd的亚细胞分布以及在水稻籽粒中积累的影响.结果表明水稻根细胞中的Cd主要分布在细胞壁中,占总Cd的86%~95%,茎叶细胞的细胞壁与可溶部分中的Cd含量相当,分别占总Cd的30%~51%和35%~61%.秸秆按1%和2.5%比例还田能显著提高根中Cd含量,以及细胞壁中Cd含量及其分配比例,并降低水稻体内Cd由根向茎叶转运;但5%的秸秆还田,分蘖期根中Cd含量和细胞壁中Cd含量显著降低,Cd由根向茎叶转运系数提高,灌浆期的根中Cd含量和细胞壁中Cd含量均显著提高,转运系数没有显著变化.大田试验前茬的水稻秸秆和油菜秸秆中Cd含量均较高,分别是0.49 mg·kg~(-1)和0.67 mg·kg~(-1);油菜秸秆单独还田或与石灰一起还田均没有显著影响水稻糙米或秸秆中Cd的积累;水稻秸秆单独还田也没有显著改变水稻糙米或秸秆中Cd的积累,但与石灰一起还田时能显著降低糙米和秸秆中的Cd积累;生物炭添加能显著降低水稻体内的Cd积累,且与石灰一起添加降Cd效果更显著.因此,当用Cd污染稻田前茬所产水稻秸秆还田时,建议与石灰一起添加可达到显著降Cd的效果.该研究将为Cd污染稻田的水稻安全生产与秸秆循环利用提供理论与实践指导.