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.      

微囊藻聚集与迁移机制的研究进展

微囊藻为蓝藻水华最常见的优势种群,其暴发频度和生物量占比最大。微囊藻的聚集有助于其垂直迁移上升至水面,在湖流的辐合或辐散作用下,其团聚体因迁移碰撞还将二次聚集,继而暴发蓝藻水华。研究表明微囊藻的聚集机制与胞外酶活性、产碱性磷酸酶附生菌、细胞表面粘附和凝集素交联细胞等有关,尤其是与胞外聚合物密切相关。而它的迁移机制与细胞镇重物糖类的合成和消耗、水体湍流度,特别是与气囊的合成和破裂紧密相关。文章综述了近年来微囊藻聚集与迁移机制,讨论了微囊藻聚集和迁移的影响因素及危害,展望了微囊藻聚集与迁移研究的未来方向,以期为科学地管理和控制蓝藻水华暴发提供理论依据。     

浅水富营养化湖泊蓝藻垂向分布特征及其动力机制研究—以太湖为例

蓝藻垂向运动的表征对于理解浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的形成过程至关重要.本研究以太湖为研究区,通过野外实验观测,分析蓝藻生物量及颗粒物粒径分布的垂向变化特征,结合一维蓝藻平流运动模型,研究在不同扰动强度和群体粒径下的蓝藻垂向运动规律.结果表明,在低风速条件下（风速小于3 m·s^-1）,太湖水体中蓝藻生物量在垂向上分布不均匀,其垂直分布剖线在水表或水柱某一深度形成峰值.当水华发生时,直径> 75 μm的蓝藻群体主要聚集在水表,其剖线在水下形成不明显的峰值;在水华未发生时,75~175 μm直径范围内的蓝藻群体主要聚集在水深1.2 m处,175~250 μm直径范围内的大粒径蓝藻群体仍聚集在水表.垂向运动模拟表明,直径> 100 μm的蓝藻群体随光照变化在水柱中进行周期性上浮下沉运动,直径< 100 μm的蓝藻群体,由于垂向迁移速度较小,在弱扰动条件下聚集在真光层深度附近.不同粒径蓝藻群体的垂向运动规律不同,导致蓝藻生物量垂直剖线在水表和水下形成两类特征峰.     

光照对微囊藻比重的影响及其调控机制

富营养化湖泊中,浮力调控机制是微囊藻在种间竞争中占据优势的重要原因,而其浮力则受细胞比重的调控。该文探究了微囊藻的比重及其调控因子对光照强度的长期和短期响应。结果表明,10 d的长期实验中,在0～5 500 lx范围内,光照强度越强,比重越大,且与光照强度呈正相关,其中5 500 lx光强下微囊藻培养10 d后的比重增量是200 lx的2.73倍。随着光照强度增加,在比重的调控因子中胞内碳水化合物含量增加,伪空胞含量和胞内蛋白质含量减少。相关性分析显示,碳水化合物增加和伪空胞减少是比重增加的主要原因,尤其是碳水化合物的积累增加了微囊藻的下沉动力。24 h的短期实验结果显示,在光周期内所受光照强度越强,微囊藻的碳水化合物含量积累越多,其比重明显上升;经历暗周期后,光周期内光照强度越强,胞内碳水化合物消耗越多,其比重下降更明显。该研究显示长期和短期条件下高光强都能诱导微囊藻比重增加,但在短期高光强作用下胞内碳水化合物含量虽然积累很快,但同时也促进了其在暗周期的消耗,这为进一步揭示微囊藻的垂直迁移的形成机制提供了参考。     

连续水流和间歇水流对微囊藻生长的影响

为了解不同的水体流动方式对铜绿微囊藻生长的影响。实验在控制温度和光照条件下,室内采用野外原水培养基模拟连续水流和间歇水流微囊藻的生长。实验结果表明,间歇水流下微囊藻在各流速下的生长差异较小,连续扰动下微囊藻在各流速下的生长差异较大,在流速为35 cm/s时达到最大值;间歇性扰动条件下微囊藻密度较连续性水流条件下高。这可能是在间歇扰动下水流主要影响藻细胞对营养盐的吸收,连续扰动的低流速下主要是通过对营养盐的吸收对微囊藻产生影响,在高流速下是水流对藻细胞的机械破坏为主;同时培养基中藻细胞形成群体产生微环境有利于微囊藻的生长。水体流动的方式不同,水流对微囊藻细胞生长的作用将发生改变,这为扰动控制蓝藻生长提供科学依据。     

低强度超声波处理微囊藻的生物效应研究

该研究采用低强度超声波直接作用微囊藻,其沉降性和凝聚性均得到显著提高,从而有利于进行沉淀去除。低强度超声波是一种温和的除藻方式,经过低强度超声波作用后,微囊藻的细胞壁、细胞膜和类囊体均完整,细胞膜通透性、生长速度和细胞活性均无显著影响;但胞外聚合物和藻青素增多,细胞发生轻微质壁分离,抗氧化酶活性和丙二醛含量有不同程度提高,其中丙二醛含量极显著增加。据分析,促使微囊藻发生凝聚和下沉的原因可能是微囊藻细胞内含物少量外渗和伪空泡破裂导致,也可能是微囊藻应对低强度超声波的自我保护机制。     

静止水体中微囊藻属迁移轨迹的数值模拟

通过建立水质模型与微囊藻属浮力调节模型相结合的复合模型,模拟微囊藻属在静止水体中的迁移轨迹.模拟结果表明:微囊藻属在不同水深的水体中呈现不同的迁移轨迹.当水深较浅,大量光强可以直射水底时,不同直径大小的微囊藻群体均沉降在水底;当水深较深时,不同直径大小的微囊藻群体均在水深方向周期性上浮下沉运动.群体直径大小决定微囊藻属的垂向迁移幅度,直径越大的微囊藻群体在水深方向的迁移幅度越大.消光系数决定微囊藻属的迁移中心位置,消光系数小,微囊藻属在水深较深处运动;消光系数大,微囊藻属在靠近水面处运动.     

6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力研究

通过改进的压力毛细管法,研究了6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力,并研究了过滤（真空度为0.02 MPa）和离心（离心力低于500 r/min）2种细胞浓缩方法对细胞内伪空胞含量测定的影响.结果表明,对于分散的单细胞的微囊藻,无论是采用过滤还是离心的方法,都难以达到理想的浓缩效果;对于群体形态的微囊藻,可以采用离心的方法进行浓缩,对于丝状的浮游蓝丝藻,宜采用过滤的方法进行浓缩. 此2种浓缩方法对细胞伪空胞含量的测定影响很小,伪空胞破裂率<7％. 6株蓝藻均为浅水湖泊藻类,由于长期自然选择的结果,6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力比较接近. 5株微囊藻伪空胞的临界破裂压力为0.64～0.67 MPa之间;孟氏浮游蓝丝藻伪空胞的临界破裂压力为0.715 MPa,与深水湖泊或水库的蓝藻相比,6株蓝藻的伪空胞平均临界破裂压力均较小;在相同光照和温度条件下,单细胞微囊藻的膨压比群体微囊藻的膨压略大.     

压力下伪空胞破裂对3种水华蓝藻生长及光合作用的影响

采用批量培养方式,研究了伪空胞的破裂对3种典型水华蓝藻——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、螺旋鱼腥藻(Anabaena spiroides)和孟氏浮游蓝丝藻(Plankothrix mougeotii)生长的影响,同时分析了伪空胞破裂对3种藻光合作用及细胞形态的影响.结果表明,伪空胞破裂对3种藻的生长影响不同,铜绿微囊藻和孟氏浮游蓝丝藻的细胞生长不受伪空胞破裂的影响,而螺旋鱼腥藻生长初期出现了5 d的延滞期;伪空胞破裂对3种藻光合作用影响较小,其中铜绿微囊藻和螺旋鱼腥藻的光合作用没有受到影响,而孟氏浮游蓝丝藻在饱和光强时最大光合作用速率降低了12.6%.铜绿微囊藻、孟氏浮游蓝丝藻及螺旋鱼腥藻细胞在伪空胞破裂后恢复较快,在3～5 d内又重新生成了大部分的伪空胞.      

悬浮泥沙对蓝藻光合及细胞化学计量的影响

选取水华微囊藻Microcystis flos-aquae为实验材料,在含不同浓度的悬浮泥沙中培养,测定其光合特性和胞内营养元素含量.结果显示,除低浓度悬浮泥沙组外,水华微囊藻比生长速率和chla浓度均低于对照组,且随着时间的延长,含泥沙组水华微囊藻的光合活性F_v/F_m显著下降.水华微囊藻的最大放氧速率P_m和光饱和点I_k随着泥沙浓度的增加而减小,而暗呼吸速率R_d和光抑制作用β显著升高.此外,随着泥沙浓度的升高,水华微囊藻单位细胞C和P含量显著降低,而单位细胞N含量略微升高;由于胞内P含量变化较大,导致N/P比和C/P比显著升高,而C/chla比值随泥沙浓度的增加呈下降的趋势.由此可见,悬浮泥沙虽然因光衰减效应减少了水华微囊藻胞内C含量以及能量供给,但微囊藻通过调节自身生理机能和代谢策略,优先补给C和提高N的合成,节约P合成的能量,通过调节胞内C：N：P储存的优化分配,以适应含悬浮泥沙的外界环境维持生长.     

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...     

淡水湖泊营养状态监测新方法——叶绿素比值模型

选取铜绿微囊藻、鱼腥藻、蛋白核小球藻、汉氏菱形藻、薄甲藻和小定鞭金藻作为湖泊水体从富营养状态到贫营养状态的代表藻种,用热乙醇-反复冻融-分光光度法测定其叶绿素a、b、c的浓度,通过分析叶绿素(chl)的比值、藻类种群组成和水体营养水平之间的响应关系,建立了叶绿素比值模型作为评价水体营养状态的一种新方法.在计算单种藻类chlb/chla、chlc/chla比值的基础上,结合目前我国湖泊水体不同营养水平藻类种群组成的统计数据,得到不同营养状态下多种藻类同时存在时水体chlb/chla和chlc/chla比值的变化曲线.结果表明,在中营养和贫营养水体中,chlc/chla值随营养水平的降低呈明显单调上升的趋势;在富营养化水体中,chlb/chla值随营养水平的降低而呈明显单调上升的趋势.根据这个规律,提出了判断水体营养水平的新标准,即:当chlc/chla0.30时,水体为贫营养;当0.18chlc/chla0.30时,水体为中营养;当chlc/chla0.18时,水体为富营养,此时,需要借助chlb/chla的值进行进一步的判断:当chlb/chla0.14时,水体为轻度富营养化;当0.08chlb/chla0.14时,水体为中度富营养化;当chlb/chla0.08时,水体为重度富营养化.以白洋淀为研究案例,分析结果表明,叶绿素比值模型判断和综合营养状态指数法判断结果相符.因此,叶绿素比值模型可以作为简单、快捷、准确的评价我国淡水湖泊营养状态的方法.     

壳聚糖改性粘土絮凝除藻的机理探讨

粘土除藻是一种有前景和环境友好的应急除藻技术。对粘土进行改性以提高其除藻效果是该技术的发展方向之一。文章探讨了壳聚糖改性粘土絮凝除藻的机理。壳聚糖改性修饰后的粘土既能通过壳聚糖的粘结架桥作用絮凝藻细胞,又能通过粘土表面电性的改变凝聚带负电的藻细胞,使改性粘土的絮凝除藻能力大幅度提高。     

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.      

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.     

不同形态氮对洋河水库螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响

利用室内培养试验比较研究了硝酸盐氮和氨氮对洋河水库螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响. 结果表明:ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)均在0.05～10 mg/L内时,螺旋鱼腥藻的生长曲线无显著性差异,氨氮更有利于螺旋鱼腥藻的生长;在0.05～10 mg/L内,ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)的升高能明显促进惠氏微囊藻的生长,但高浓度的氨氮可能会抑制其生长. 当ρ(硝酸盐氮) 为0.05 mg/L时,螺旋鱼腥藻比生长速率(0.239 d-1)大于惠氏微囊藻(0.166 d-1); ρ(氨氮)为0.05和0.5 mg/L时,螺旋鱼腥藻的比生长速率分别为(0.266±0.012)和(0.303±0.005)d-1,大于惠氏微囊藻的比生长速率(0.096±0.004)和(0.272±0.008)d-1. 提示在ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)较低的培养条件下,螺旋鱼腥藻比生长速率更高,更易成为优势藻种. 洋河水库近2年优势种逐渐从螺旋鱼腥藻转变为惠氏微囊藻,可能是水体中ρ(氮)的变化所致.      

溶藻细菌DC21的分离、鉴定及其溶藻特性

从云南滇池中分离得到一株溶藻细菌DC21,经鉴定为葡萄球菌属的1种(Staphylococcussp.),可溶解铜绿微囊等9种藻.试验表明,经过滤、离心沉降及高温灭菌处理的滤液,均能强烈抑制铜绿微囊藻的生长,说明其溶藻作用的因子之一为该菌的胞外分泌物,且这种物质具有热稳定性.细菌DC21使藻的光合作用受到抑制;在试验的第1d,受试藻的超氧物歧化酶及过氧化氢酶活性显著增高,但在第7d,这两种抗氧化保护酶的活性显著下降;受试藻的丙二醛含量明显增高,说明该菌促使其发生了膜脂过氧化.     

缺磷及高光照条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响

通过试制隔栅搅拌模拟紊动装置,设置格栅转动频率为0,500,1000,1500Hz（对应紊流能量耗散率范围0～8.93×10^-3m²/s³）,研究高光照与缺P的不利环境条件下紊动对铜绿微囊藻生长的影响.结果发现,在高光照（8000lx）下,微囊藻生长明显受到抑制,静止条件下藻浓度仅为正常光照的47.7%,但紊动可一定程度上减缓高光环境的影响,其中高光照下1000Hz组藻浓度最高,相对静止提高了1.8倍.高光照试验组的叶绿素a含量是正常光照条件1.52~1.78倍,因此高光照并未促进藻细胞的生长分裂,而叶绿素a的大量累积可能是铜绿微囊藻应对高光照不利条件作出的抵御反应.在缺P条件下,藻生物量仅为正常营养条件1/6~1/4,但随紊动强度增加,藻生物量略有增加,而叶绿素较初始浓度增加明显,其中1000Hz组生长情况最好.水体紊动可缓解高光照、缺P等恶劣环境条件对铜绿微囊藻生长的抑制,叶绿素a的累积可能是藻细胞对不利环境条件的响应.