滇池微囊藻沉降细胞生理特性及沉降比率动态变化研究

通过比较滇池漂浮细胞与沉降细胞生理活性差异,比较表层水样与底层水样沉降比率、活细胞的比例,揭示沉降细胞的生理特征,进而调查沉降比率与叶绿素a含量的动态变化,探讨藻细胞沉降与微囊藻水华发展趋势的关系.野外水样在室内放置2 h后,漂浮细胞与沉降细胞在水柱中基本稳定.沉降细胞PSⅡ的最大光化学效率、细胞膜完整性与漂浮细胞无显著性差异(p0.05),但沉降细胞电子传递速率,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(磷酸)[NAD(P)H]依赖型氧还脱氢酶活性显著低于漂浮细胞(p0.01).比较表层样品与底层样品,底层样品沉降比率显著高于表层样品(p0.01),噻唑蓝(MTT)阴性细胞比率也显著高于表层样品(p0.01).这些结果表明,沉降细胞受到损伤,代谢活性下降.在2007年10月~2008年5月研究期间内,表层水样沉降比率在冬季最高达40%,沉降比率的动态变化与水体叶绿素a浓度变化呈负相关(p0.05).藻细胞的沉降是微囊藻水华衰退的重要原因,沉降比率的研究将有助于了解水体微囊藻水华发生发展,沉降细胞生理特性研究为将沉降比率引入微囊藻水华发展趋势预测提供了理论依据.     

温度对水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻生长、光合作用及浮力变化的影响

通过批量培养实验,测定培养过程中藻的生物量、光合放氧速率及浮力等的变化,研究了2种典型水华蓝藻-水华微囊藻及孟氏浮游蓝丝藻在不同温度下的生长和光合作用特征及浮力调控的机制结果表明,水华微囊藻在温度低于13℃时几乎不能生长,高于16℃能缓慢生长,且随着温度升高,生长速率增大;孟氏浮游蓝丝藻在温度为10℃时就能缓慢生长,当温度高于16℃时即能够较好生长;2种藻的生长速率在10～28℃范围内都随温度升高而增大.2种蓝藻在10℃以上均能进行光合作用,且在实验温度范围内(10～28℃)随温度的升高而增强当温度从28℃转至13℃以下温度培养时,2种蓝藻的浮力下降明显,细胞内伪空胞、糖及蛋白质的变化表明,糖的积累使细胞密度增大是细胞浮力下降的主要原因;在72h之内,水华微囊藻和浮游蓝丝藻细胞内糖含量分别增加了2.2倍和2.5倍,这说明温度降低至13℃以下,水华微囊藻下沉趋于休眠,而孟氏游浮蓝丝藻则趋于底栖继续生长;温度升高至13℃以上,水华微囊藻趋于复苏和上浮,而孟氏浮游蓝丝藻趋于浮游.     

TTC-脱氢酶还原法测定铜绿微囊藻活性

利用氯化三苯基四氮唑(TTC)-脱氢酶还原法定量地测定了铜绿微囊藻细胞的活性,并对影响活性测定的因素进行了分析与研究.结果显示,TTC浓度大于0.6%时会抑制酶活性,最适TTC浓度为0.2%;脱氢酶还原反应在Tris-HCI缓冲液中能正常进行,而在磷酸盐缓冲液中受到抑制,最适pH值为7.5～8.0;培养时间和培养温度对TTC脱氧酶还原反应的影响较大,最适培养时间为8～16h,最适培养温度为30～35℃;反应不需加入非离子去垢剂,吐温20和曲拉通X-100对脱氢酶反应会产生较强抑制作用.TTC还原所生成的三苯基甲 (TPF)可采用50%乙醇提取.研究显示TTC脱氢酶还原法可以很好地进行藻细胞活性定量化测定.     

鄱阳湖灰化苔草浸泡液对铜绿微囊藻的化感作用

在室内控温、控光条件下,研究鄱阳湖洲滩优势植物灰化苔草浸泡液对铜绿微囊藻生长的影响。试验得到,灰化苔草浸泡液对铜绿微囊藻的抑制作用较高;枯灰化苔草浸泡液对铜绿微囊藻的抑制率在81%~88%,随浸泡液植物生物量含量的增加而增加,当浸泡液植物生物量含量大于24 g/L后对铜绿微囊藻抑制率差异较小;鲜灰化苔草浸泡液对铜绿微囊藻的抑制率大于90%,浸泡液植物生物量含量超过6 g/L时,对铜绿微囊藻抑制率差异较小;灰化苔草浸泡液中化感物质使微囊藻细胞直径较对照组减小8%~12%,藻细胞发生固缩现象;微囊藻细胞超氧化物歧化酶(SOD)活性在0.57~1.14 U/106cell之间占对照组的30%~60%,藻细胞内氧化活性降低,胞内过氧化氢物不能及时去除在胞内积累,单位藻细胞丙二醛(MDA)增加3~4倍,藻细胞膜脂过氧化使藻细胞生长受到抑制。实验结果得到鄱阳湖洲滩优势植物灰化苔草在夏季将对蓝藻水华产生抑制作用,这为开发和利用鄱阳湖岸滩优势植物苔草生态控藻提供基础实验数据。     

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.     

鄱阳湖洲滩菰浸泡液对铜绿微囊藻生长的影响

为了解鄱阳湖洲滩优势植物菰浸泡液对铜绿微囊藻生长的影响,通过控温、控光的无菌培养条件下,分析菰浸泡液中铜绿微囊藻细胞密度和藻细胞的理化指标的变化。实验结果表明,菰浸泡液对铜绿微囊藻的抑制率较高;培养到第7天时铜绿微囊藻的抑制率在81%～95%之间,并随菰浸泡液生物量含量的增加而增加,当菰浸泡液生物量8 g/L时铜绿微囊藻抑制率无显著差异(p0.05)。菰浸泡液对藻细胞产生化感作用可能的原因是化感物质使藻细胞内丙二醛(MDA)含量增加,细胞膜破坏,藻细胞直径缩短,这可能是化感物质导致藻细胞死亡的原因;在培养过程中观测到藻细胞胞外多糖含量增加,这将有利于微囊藻群体的形成而抵御化感抑制。可见,鄱阳湖洲滩优势植物菰浸泡液可抑制铜绿微囊藻的生长,防止藻类水华;该研究也可为菰在水环境中控藻提供基础数据。     

淀山湖水质富营养化和微囊藻毒素污染水平

研究淀山湖不同季节水体中总磷(TP)、总氮(TN)、pH、水温、透明度(SD)、叶绿素a(Chl-a)含量和优势藻种等富营养化相关指标;在培养条件下,研究不同温度、光照、氮磷浓度对铜绿微囊藻的生长及微囊藻毒素LR(MC-LR)产生的影响;研究藻细胞密度和微囊藻毒素LR浓度的相关关系.结果表明:淀山湖水质已呈富营养化状态,春末和夏季水质和水文条件适合藻类生长.湖水TN和TP年平均值分别达1.93mg/L和0.18mg/L,TN和TP的年超标率达93.5%和92.2%.TP的高峰期比施肥的高峰期延迟出现约一个月,说明沿湖农业对富营养化指标的影响较大.淀山湖常年生长的藻类分别是蓝绿藻、硅藻、隐藻和裸藻等,夏季水华中可见污染指示藻如微囊藻、鱼腥藻和针杆藻等产毒藻.培养条件下,铜绿微囊藻在25℃和3000lx时生长最快,但产毒量却分别在20℃和5000lx时达到最大值;合适其生长和产毒的氮、磷浓度分别为650μmol/L和6.5μmol/L.现场和实验室条件下,均发现磷为藻类生长的限制因子,微囊藻毒素-LR浓度与藻细胞密度或铜绿微囊藻细胞密度之间存在正相关关系,提示可以用藻细胞密度来估算水中毒素的浓度.     

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.     

金鱼藻与铜绿微囊藻共生情况下的化感作用

研究了金鱼藻(Ceratophfllum demersum)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)共生时二者之间的相互作用.通过追踪测定铜绿微囊藻的藻细胞密度、叶绿素a浓度、藻胆蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及丙二醛(MDA)含量,研究了金鱼藻对铜绿微囊藻的化感作用机制,以及铜绿微囊藻对金鱼藻生长的胁迫.结果表明,金鱼藻对铜绿微囊藻有明显的抑制作用,作用96 h后藻细胞完全死亡;排除营养和光的竞争影响,认为抑制作用主要是由化感作用引起的.培养过程中,铜绿微囊藻叶绿索a和藻胆蛋白(包括藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白和藻红蛋白)都有不同程度的损伤;作用末期,藻蓝蛋白的损伤程度最大,叶绿素a次之.藻细胞SOD活性以及MDA含量均呈先升高后降低的趋势.铜绿微囊藻对金鱼藻也有一定胁迫作用,使其生长量减少,叶绿素a、类胡萝卜素含量降低.     

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.     

藻华高风险期微囊藻在洱海中的垂直分布特征及其影响因素

大量微囊藻浮力调节及其垂向迁移是形成蓝藻水华的重要机制之一.为研究微囊藻的垂直分布特征及影响因素,以洱海北部湖心为监测点位,采用野外采样室内分析的方法,于2016年9—12月对微囊藻生物量、伪空胞体积、粒径等指标进行了测定.结果表明:9—11月微囊藻生物量逐月增长并于11月达到峰值（1.77 mg/L）,在12月出现下降（月均值为0.34 mg/L）;9月、11月微囊藻伪空胞体积（18.0~22.6 μm3/cell）较高,10月、12月较低（10.2~17.3 μm3/cell）;9—11月微囊藻的垂向迁移速率（5.4~14.5 m/d）、漂浮百分率（57%~96%）及群体粒径（91~305 μm）逐渐增大,12月明显减小.微囊藻生物量、伪空胞体积及群体粒径的垂直分布规律均表现为表层最高,中层次之,底层最低.9—11月,微囊藻在洱海中出现垂直分层现象,伪空胞提供的浮力作用和藻群体粒径作用大于风力扰动作用,促使微囊藻在水柱中主动迁移并聚集在水面;而在12月,风力扰动对微囊藻垂直分布的影响远超过浮力及粒径的作用,微囊藻在水柱中趋于均匀分布.研究显示,藻华高风险期微囊藻在洱海呈弱分层分布,且浮力及群体粒径是影响其垂直分布的主要因子.      

不同光照下微囊藻垂直迁移模拟研究

通过室内模拟不同光照条件下微囊藻水华的垂直迁移过程,分析了光强对微囊藻细胞在水柱中聚集和悬浮的影响。结果表明:不同光源下水柱中微囊藻细胞发生垂直迁移,并明显聚集于中下层;I2光源下微囊藻细胞垂直迁移速度高于其他处理,高达2.59 m/h;微囊藻细胞在弱光条件下,通过形成伪空泡使其细胞密度降低、浮力增大,从而悬浮于水柱中,寻找适宜生境;野外水域中以微囊藻为优势藻种的蓝藻水华正是通过在强光条件下伪空泡破裂下沉、弱光条件下伪空泡增多上浮的趋利避害机制而产生。     

铜绿微囊藻高温胁迫后的生长补偿效应

为探究藻类受高温胁迫后的恢复生长情况,以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为材料,设置了40 ℃高温组及25 ℃对照组,分别处理3、6和12 d后转入25 ℃进行恢复培养30 d,测定生长过程中的细胞密度以及Chla(叶绿素a)、CAR(类胡萝卜素)、Pro(可溶性蛋白)、Sug(可溶性糖)和丙二醛的含量. 结果表明:40 ℃高温下铜绿微囊藻的生长受到显著抑制,胁迫至第12天时,细胞密度、ρ(Chla)和ρ(CAR)分别比对照组降低了81.08%、97.89%和90.31%. 解除胁迫后,40 ℃处理3 d组呈现一定的超补偿,细胞密度、ρ(Chla)和ρ(CAR)在恢复培养30 d的平均补偿指数分别为1.63、0.90和2.12;40 ℃处理6和12 d组呈现低补偿,恢复培养至第30天时,ρ(Pro)分别比对照组降低了14.86%和48.75%,ρ(Sug)分别比对照组降低了18.77%和53.73%. 胁迫时间越长,丙二醛含量越高,长时间(12 d)的高温胁迫会对细胞造成永久伤害. 采用Logistic方程拟合生长曲线,40 ℃处理6 d组在恢复培养24 d后出现明显的超补偿,细胞密度增大,预计39 d后超过40 ℃处理3 d组. 高温诱发超补偿生长与自然界中藻类暴发的过程具有密切关系,这种内源性因素及藻体生理特征的变化可为湖泊水华发生的理论研究提供依据.      

抗生素菌渣催化热解特性的研究

为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。     

温度对生态浮床系统的影响

通过构建生态浮床净化临江河重污染河水,全面考察了温度对浮床系统的影响.结果表明,温度对生态浮床系统有明显的影响作用,对生态浮床系统氮、磷净化效果的影响呈抛物线型.在水温为2~29℃时,生态浮床对TN和TP的去除率随温度的增加而明显增加;当水温超过29℃时,系统对TN和TP的去除率随温度的增加呈下降趋势;且温度对TN去除效果的影响要大于对TP的影响.研究表明,浮床系统的最佳运行水温为25~29℃,此时浮床植物的平均株高为209.9cm,对氮、磷的平均累积量分别为69.84,19.73g/m2;浮床对TN和TP的去除率分别为38.7%~44.1%和38.6%~43.6%.     

城市生活垃圾水蒸气催化热解的实验研究

采用自行设计的外热式催化热解实验装置,以城市生活垃圾为原料,对温度(600℃～900℃)、物料的组分、加热方式、水蒸气以及白云石催化剂等影响垃圾热解的因素进行了分析。结果表明,气化温度、水蒸气、催化剂对垃圾热解性能影相显著。随热解温度的升高,产气量不断上升,H2和CO的含量增加,当温度为900℃时,产气量达到0.96m3/kg,H2和CO含量分别达35.1%和31.8%;催化剂使用、水蒸汽通入显著改善产品气质量,特别是H2含量,可达45%左右;挥发分含量较高的物料热解性相对较好;快加热方式有利于提高产品气质量。     

曝气生物滤池Biostyr处理微污染水源

采用曝气生物滤池Biostyr对浙江省T市某水厂微污染水源水进行生物预处理,现场试验研究表明:在气水比为2∶1,滤速6m/h,水温24～32℃的运行条件下,其对水中各污染物的平均去除率为:高锰酸盐指数24.1%,氨氮81.7%,亚硝酸盐氮79.9%,浊度49.0%。完全能达到生物预处理目的。     

典型设施环境条件对土壤活性有机碳及腐殖物质碳的影响

为明确设施环境对土壤有机碳形态变化的影响,选取武汉城郊设施土壤为研究对象,分别设置环境温度(4、10和25℃)、土壤酸化(土壤pH分别为6.89、6.11和5.30)和土壤盐渍化[土壤w(可溶性盐分)分别为1.90、3.05和5.01 g/kg]3种典型设施环境条件,通过为期90 d的室内模拟强化试验,研究以上3种典型设施环境条件对土壤活性有机碳动态变化、腐殖物质碳组成及有机碳矿化率的影响.结果表明:与4℃的对照处理相比,随着设施环境温度升高,土壤w(MBC)(MBC为微生物生物量碳)和w(ROOC)(ROOC为易氧化有机碳)呈上升趋势,25℃时的最大增幅分别达19.43%和55.56%;而土壤w(DOC)(DOC为可溶性有机碳)总体呈先升后降的趋势,10℃下最大增幅为17.23%,25℃下最大减幅为60.89%.与对照土壤[pH为6.89,w(可溶性盐分)为1.90 g/kg]相比,土壤pH为5.30的酸化处理下w(MBC)和w(ROOC)平均降幅分别为29.80%和5.93%,土壤w(可溶性盐分)为5.01 g/kg的盐化处理下的平均降幅分别为35.64%和6.26%,而酸化和盐化使土壤w(DOC)较对照的平均增幅分别达58.19%和119.73%.此外,设施环境温度提高会降低土壤有机碳矿化率和HU(胡敏素碳)所占比例,其HA/FA(胡敏酸碳富里酸碳含量之比)较对照增加了1.05倍;而土壤酸化和盐化会使有机碳矿化率较对照分别增加3.78和7.80倍,其HA/FA较对照分别降低了65.72%和73.21%.可见,提升设施环境温度、减缓或改善设施土壤的酸化及盐化问题,均有利于设施土壤的固碳减排.      

温度对城市有机垃圾热解焦油成分的影响

以城市有机垃圾热解焦油为对象,研究了不同热解终温下(600~800℃)焦油的特性及其随温度的变化规律.结果表明:随着热解终温从600℃升高至800℃,焦油中C含量从74.49%增至83.42%;焦油的芳香化程度高于原料而低于热解炭,焦油的极性低于原料和热解炭,随着热解终温的升高,焦油的H/C和O/C逐渐降低;多环芳烃(PAHs)是焦油的主要成分,随着热解终温从600℃升高至800℃,其含量从54.06%增至83.45%;萘及其衍生物是焦油PAHs的主要成分,其含量在热解终温600、700、800℃时分别占PAHs的50.72%、46.80%、39.26%.研究结果证明了垃圾热解焦油可用作碳基复合材料和作为制备染料、树脂、溶剂、驱虫剂等的原料.     

山仔水库沉积物蓝藻复苏试验研究

采用正交试验考察了温度、光照、营养盐和物理扰动4个因素对山仔水库冬季沉积物中蓝藻复苏的影响,每个因素设置两个水平,培养周期为6 d,并以蓝藻复苏量为考察指标.结果表明,温度和光照为蓝藻复苏的主要影响因子,上覆水体的营养盐、物理扰动对沉积物中蓝藻门复苏的影响作用不显著,不同的蓝藻种属对温度和光照条件的响应程度不完全一致,蓝藻门微囊藻属(Microcystis)对温度和光照的复苏响应显著,颤藻属(Oscillatoria)仅对温度的复苏响应显著.同时,通过设置6.0~16.0 ℃之间6个温度梯度及50和2000 lx两个光照梯度,进行了沉积物柱状样复苏模拟实验.结果显示,山仔水库冬季沉积物微囊藻属和颤藻属在10 ℃左右开始复苏,微囊藻属对光的敏感性使其更容易处于优势地位.