微囊藻群体的竞争优势及其形成机制的研究进展

群体的形成、增大和形态的持久维持是微囊藻获得种群优势进而形成水华并维持优势的前提之一。该文首先介绍了微囊藻群体在藻类种群竞争方面的优势,然后在介绍已有的浮游动物牧食诱导微囊藻群体形成的基础上着重综述了微囊藻毒素及重金属离子等环境因子促进微囊藻群体的早期形成、增大和形态的持久维持的最新研究进展。作者推测微囊藻群体的形成可能是在藻类快速生长的基础上,浮游动物的牧食压力、微囊藻毒素及重金属离子等环境因子共同作用下联合驱动的结果。因此,开展环境因子协同作用对微囊藻早期群体形成诱发效应的研究对揭示水华暴发机理具有非常重要的实际意义,同时可为水华的预警及控制提供科学的参考数据。     

微囊藻毒素对水稻根系生长和抗氧化系统的影响

以水稻幼苗为材料,研究了不同质量浓度(1、100、1 000、3 000μg·L-1)微囊藻毒素(MCs)在胁迫期和恢复期对水稻幼苗根系生长、吸收活力、抗氧化系统的影响以及MCs在水稻根部的积累.结果表明,胁迫处理7 d,MCs在水稻根部的积累量与MCs质量浓度呈正相关.1μg·L-1MCs处理促进了根系生长,根系活力上升,过氧化氢酶(CAT)活性上升有效维持H2O2于正常水平;100μg·L-1MCs处理下,根系生长受抑,根系活力下降,CAT无显著变化;在高质量浓度(1 000μg·L-1、3 000μg·L-1)MCs处理下,不仅根系生长受抑、根系活力下降,且CAT活性受抑,H2O2大量积累,膜质过氧化加剧.相比胁迫期,恢复7 d后各处理组水稻根系MCs的积累量均低于胁迫期.100μg·L-1MCs处理组根系各生长指标、根系活力、丙二醛(MDA)、H2O2和CAT的变幅减小,优于胁迫期,显示出一定程度的恢复,而1 000μg·L-1和3 000μg·L-1MCs处理组,根系生长与根系活力均低于胁迫期,氧化胁迫进一步加剧,表明高质量浓度(1 000μg·L-1和3 000μg·L-1)MCs对水稻根系造成的伤害不可逆.     

荔枝落叶对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响

利用浮游植物荧光分类仪对暴露于不同浓度荔枝落叶浸出液下铜绿微囊藻的生长、最大光合作用效率(Fv/Fm)、实际光合作用效率(YⅡ)、光能利用效率(α)、最大相对电子传递速率(r ETRmax)和光饱和系数(Ik)进行了为期15 d的检测,研究浸出液对铜绿微囊藻生长和光合作用的影响.结果发现,浸泡5 d的荔枝落叶浸出液可以抑制藻的生长,呈明显的浓度抑制型变化,随着时间的延长,抑制作用下滑.荧光参数Fv/Fm、YⅡ和α与浸出液浓度由负相关转为正相关或保持正相关关系,浸出液可能早期对藻光合作用发生胁迫,或通过提高光能利用效率来度过胁迫环境,r ETRmax、Ik和叶绿素a浓度与浸出液浓度由负相关转为显著负相关关系.三维荧光图谱结果表明,第15 d时,在投量为2.0 g·L-1时,色氨酸及酪氨酸荧光峰强度约为1.2g·L-1投量情况下的1/3,同时腐殖酸的荧光峰强度减弱.进一步研究藻细胞生长的半抑制浓度EC50值表明,与传统的农作物秸秆控藻比较,其EC50值较低,可能荔枝落叶化感控藻效果较强,只需较低的浸出液浓度而能达到较好的控藻效果.     

基于Monte Carlo模拟法对水源水体中微囊藻毒素的健康风险评估

调查水源水体中微囊藻毒素MCs(MC-RR、MC-LR和MC-YR)的污染情况,结合调查情况应用蒙特卡洛法(Monte Carlo)模拟量化人群通过饮水途径摄入微囊藻毒素的风险.在珠江西航道沿线设置5个采样点,在2016年1~6月期间共采集90份水样,根据国标(GB/T 20466-2006)推荐的HPLC方法检测水体中的微囊藻毒素,运用专业风险评估软件@Risk7.0,构建非参数概率评估模型,对通过饮水途径摄入微囊藻毒素(暴露)风险进行概率评估.对随机采集90份水源水体中微囊藻毒素MCs质量浓度检测值进行分布拟合,并运用Chi-Squared、Anderson-Darling、Kolmogorov-Smirnov这3种统计方法进行拟合度检验,根据3种评估拟合结果,确定最佳拟合分布模型.结果表明,在检测的90个水样品中,MC-RR的检出率最高,达到51.11%,质量浓度范围为0.001 7~0.386 3μg·L~(-1);其次为MC-LR和MC-YR,检出率分别是47.78%和21.11%,质量浓度范围分别是0.028 5~0.279 6μg·L~(-1)和0.003 0~0.136 2μg·L~(-1),水源水体中3种微囊藻毒素以MC-RR为主,最大检出质量浓度为0.386 3μg·L~(-1),MC-YR的含量最低.采用软件@Risk7.0分布拟合结果显示,MC-LR质量浓度最适的拟合分布为Ext Value Min模型(0.113 91,0.098 462),MC-RR质量浓度最适的拟合分布为Logistic(0.058 064,0.053 044).健康风险评估表明,MC-LR对人体健康危害的风险高于MC-RR的风险,儿童比成人更易于受到MCs污染的威胁.MC-LR对儿童健康危害的致癌年风险数值大于美国环保署(USEPA)推荐的最大可接受风险水平1×10-4;MC-LR对成人的致癌暴露年风险数值大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平5×10-5,表明水源水体中的MCs对人体健康存在潜在的危害,有必要加强饮用水源水体的保护与监控,为有效控制水源地水质污染和更好地保障人民健康奠定基础.     

铜绿假单胞菌对铜和铅的吸附

研究了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)对Cu和Pb的吸附特性.结果表明,相同条件下,该菌株对Cu~(2+)的吸附率低于Pb~(2+).对于单一重金属体系,吸附率均随时间的延长先上升后平稳变化,2 h达到稳定.吸附率随投菌量的增加先迅速增加,之后趋于平稳.对于Cu~(2+),投菌量为1 g·L~(-1)时吸附率达到稳定,而Pb~(2+)的吸附效果达到平稳时的投菌量为0.5 g·L~(-1).单位质量菌体对Cu~(2+)、Pb~(2+)的吸附量随投菌量的增加而下降.pH为3时,菌体的吸附效果较差,当pH为5~8时,2种重金属的吸附效果较高.对于活菌,Pb~(2+)对菌体吸附Cu~(2+)有抑制作用,而Cu~(2+)对菌体吸附Pb~(2+)的影响无明显规律.对于失活菌,P.aeruginosa吸附Pb~(2+)和Cu~(2+)的效果均随共存重金属浓度的增大而降低,但Cu~(2+)对Pb~(2+)的影响比Pb~(2+)对Cu~(2+)的影响更显著.扫描电镜观察发现,吸附后的菌体较吸附前聚集性更好.总体而言,P.aeruginosa能对水体中共存的Cu~(2+)和Pb~(2+)有较好的吸附效果.     

固相萃取-高效液相色谱法测定武汉东湖水体中微囊藻毒素

建立了固相萃取-高效液相色谱法(SPE-HPLC)测定东湖水样中微囊藻毒素(MC)的方法,考察了不同流动相、淋洗液和洗脱液对MC-RR和MC-LR测定的影响。结果表明,MC-RR和MC-LR的方法检出限分别为0.0789μg/L和0.0234μg/L,其线性定量范围分别为0.1～10.0mg/L和0.06～10.0mg/L;样品测定回收率为78.4%～97.4%,RSD小于6.3%。该法灵敏度高,快速准确,用于实际水样测定的结果令人满意。     

微囊藻毒素-LR的全内反射荧光免疫传感器研究

在开发全内反射荧光免疫传感器的基础上,研究水中微囊藻毒素-LR(MC-LR)的检测方法。建立了基于MC-LR平面波导免疫芯片的制备方法,并结合流动分析和荧光检测开发检测系统,针对MC-LR的免疫检测条件进行优化。结果表明,全内反射荧光免疫传感器对MC-LR抗体的检测限为0.001μg/mL;在间接竞争免疫检测模式下,最优检测条件是预反应时间5min、预反应温度37℃、进样停留时间500s;在最优检测条件下,对MC-LR的检测限为0.100μg/L,线性区间为0.200~4.000μg/L;全内反射荧光免疫传感器检测MC-LR的加标回收率均在100.0%±20.0%,平行测定的相对标准偏差小于5%。     

实时荧光定量PCR法快速测定水中微囊藻

以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）16S rRNA基因片段为靶序列设计一对特异性引物，采用Real-time PCR法，对铜绿微囊藻进行定性、定量检测。试验表明，仅含铜绿微囊藻DNA模板的样品有特异性扩增，扩增产物熔解曲线平稳，峰尖且窄，熔解温度为（87±1）℃。以重组质粒pMD-18T-16S为标准品，检测区间为1．1×102 copies/mL～1．1×108 copies/mL，所得标准曲线符合制备实时定量PCR标准曲线的要求，对标准品进行测定，方法检出限为11 copies/mL。用该标准曲线对实验室培养获得的铜绿微囊藻DNA样品进行定量检测，与显微镜计数结果基本一致。     

活性炭纤维对水中微囊藻毒素的吸附性能

利用活性炭纤维对水中微囊藻毒素MC—LR的吸附，研究了吸附过程的热力学与动力学特性。结果表明，活性炭纤维对MC—LR的平衡吸附量在相同温度下随MC-LR初始浓度的增加而显著增大，并随着温度升高而增加，最大吸附量达246μg／g。不同温度条件下，活性炭纤维对MC-LR的吸附均较好地符合Langmuir等温吸附模型。通过热力学分析发现，△H=15．7kJ／mol、△G〈0、△S〉0，表明该吸附是自发的、吸热的过程，温度升高有利于吸附反应。动力学研究表明，该过程符合一级动力学方程。吸附反应速率受颗粒内扩散和液膜扩散共同影响。活性炭纤维经再生后，平衡吸附量变化较小，具有良好的重复使用性能。     

不同填料载体生物膜对微囊藻毒素的去除效果

利用自行设计的生物膜培养装置,通过对4种不同填料载体进行连续曝气循环培养生物膜,对湖水中的溶解态微囊藻毒素(MCs)的去除作用进行了研究。结果表明,填料载体上生物膜从形成到稳定大约需要3周;生物膜形成后对MCs的去除效率由高到低的顺序是:颗粒活性炭柱>多密孔球型滤料柱>塑料悬浮填料柱>陶瓷滤球柱。在实验水质条件下,当水力停留时间(HRT)=5 h,进水MCs浓度为21.5～47.25μg/L时,颗粒活性炭、多密孔球型滤料柱对MCs的去除率最高可达100%,塑料悬浮填料柱对MC-LR和MC-RR的去除率分别为70%和88%。当HRT=2.5 h时,塑料悬浮填料柱对MC-RR的去除率为MC-LR的2倍。生物膜对MCs的降解效果随温度(5～20℃)和溶解氧的升高而增加。塑料悬浮填料作为合适的生物膜挂膜填料载体对水源水的生物预处理具有良好的应用前景。