水动力条件下蓝藻水华生消的模拟实验研究与探讨

蓝藻水华是当今世界共同面临的重大水污染问题之一。通过室内模拟实验,在温度、光照、初始pH值和营养盐等基本条件相同的前提下模拟水流流速分别为10cm/s、20cm/s、30cm/s、40cm/s时铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华的产生与消亡过程,在10～40cm/s流速区间里藻类生长周期随流速增大而变长,藻类最大现存量在40cm/s流速下最大,在10cm/s流速下最小,流速为30cm/s时藻类比增率最大,较适合藻类生存,在整个水华暴发过程中水体氮磷营养浓度呈下降趋势,水体的pH、DO和Ec变化不大。     

藻毒素与生物安全

"水华"(water blooms)是淡水中的一种自然生态现象。绝大多数的水华仅由藻类引起,如蓝藻(严格意义上应称为蓝细菌)、绿藻、硅藻等;也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。"水华"发生时,水一般呈蓝色或绿色。     

金鱼藻与环棱螺对铜绿微囊藻生长及光合活性的抑制作用

沉水植物和螺类是生物防治有害水华的重要手段,然而目前关于这两者对有害蓝藻的协同抑制效率和作用机制尚不清楚.本研究利用沉水植物金鱼藻与铜锈环棱螺在实验室内探究草-螺组合系统对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）生长的抑制效果.结果表明,金鱼藻组、 环棱螺组及草-螺组合系统均显著降低了体系内蓝藻Chl-a浓度、总Chl-a浓度和铜绿微囊藻密度,与初始相比,蓝藻活体Chl-a浓度分别减少99.24%、100.00%和98.61%,铜绿微囊藻密度分别减少98.64%、86.44%和97.71%.草-螺共培养和金鱼藻单独培养均可以显著抑制铜绿微囊藻生长,效果相似,而环棱螺单独培养可以使蓝藻Chl-a浓度和光曲线参数值降为零,同时使得微囊藻细胞全部失活.金鱼藻与环棱螺都可以 降低铜绿微囊藻光合活性,草-螺共培养系统可以最大程度降低藻类整体的生长潜能.研究发现,草-螺耦合系统对铜绿微囊藻的总体抑制效率略低于两者单独抑制效率,表明金鱼藻和环棱螺在此过程中存在微弱的拮抗作用,但由于草-螺耦合系统的抑制成效同样显著,且抑制途径 更多样,同时能更好地维持水体营养盐平衡.在实践过程中建议加强沉水植物和螺类的互利共生关系,可以起到更好的抑藻效果.     

鄱阳湖微囊藻毒素时空分布格局及其与理化和生物因子的关系

本文分别于2012年4月(春季)、8月(夏季)、10月(秋季)和2013年1月(冬季)在鄱阳湖进行了4次野外调查和样品采集,采用超高效液相色谱-串联质谱仪(UPLC-MS/MS)对鄱阳湖水柱中常见的3种微囊藻毒素(MC-RR、MC-YR和MCLR)的质量浓度进行定量分析,探寻了微囊藻毒素(microcystins,MCs)质量浓度的时空变化规律及其与湖泊环境理化因子和生物因子之间的关系.结果表明,MC-RR是鄱阳湖MCs的主要毒素种类.胞内微囊藻毒素(intracellular MCs,IMCs)与微囊藻生物量(r=0.47,P0.01)、颤藻生物量(r=0.68,P0.01)、蓝藻生物量(r=0.56,P0.01)、Chl-a(r=0.28,P0.01)之间均具有显著的正相关关系,但与鱼腥藻生物量之间没有明显的相关关系(P0.05),这说明微囊藻和颤藻是鄱阳湖微囊藻毒素的主要产毒藻类.IMCs与水温(r=0.51,P0.01)、透明度(r=0.69,P0.01)、Fe(r=0.43,P0.01)和Zn(r=0.43,P0.01)之间均呈现显著的正相关关系,与TN(r=-0.44,P0.01)、TP(r=-0.29,P0.01)、NO-2-N(r=-0.28,P0.05)、NH+4-N(r=-0.33,P0.05)、Ca(r=-0.34,P0.01)和Mg(r=-0.35,P0.05)均呈现显著的负相关关系,但与pH、PO3-4-P、NO-3-N、电导率、高锰酸盐指数、Cu离子之间的相关关系不显著(P0.05),这说明光照强度(透明度反映)、氮、磷、水温是控制鄱阳湖微囊藻毒素产生的重要因子,金属离子Ca、Mg、Fe、Zn在一定程度上能影响微囊藻毒素的产生.鄱阳湖IMCs和胞外微囊藻毒素(extracellular MCs,EMCs)呈现相似的季节变化趋势,即夏季最高,其次为秋季,冬季和春季较低.鄱阳湖IMCs的空间分布整体上呈现东部湖汊群、松门山周围以及蚌湖和蚌湖进入鄱阳湖的入湖口较高,其它区域较低的趋势,而EMCs的高值区位于松门山周围和蚌湖及其入湖口.     

水中3种微囊藻毒素的高效液相色谱测定方法优化

对天然水体中3种痕量微囊藻毒素（MC-RR、MC-YR、MC-LR）的淋洗、洗脱、液相色谱测定等环节进行单因素不同水平考察,结果表明：以体积分数为45%的甲醇水溶液（含0.1%的TFA）为固相萃取淋洗剂、10 mL甲醇（含01%TFA）为固相萃取洗脱剂,体积分数为70%的甲醇水溶液（含0.1%TFA）为液相色谱流动相,可在6 min内有效分离MC-RR、MC-YR、MC-LR。将优化后的方法用于实际加标水样的测定,MC-RR、MC-YR、MC-LR的方法检出限分别为0.064 μg/L、0.098 μg/L、0.095 μg/L,加标回收率为87.0%~116%,RSD为10.2%~18.8%。     

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.     

绿狐尾藻对铜绿微囊藻和羊角月牙藻的抑藻效应

分别将不同起始浓度(10~5、10~6、10~7、10~8和10~9ind.·L~(-1))的铜绿微囊藻和羊角月牙藻分组与绿狐尾藻进行共培养,连续10 d,每天测定各组铜绿微囊藻或羊角月牙藻的光密度值,用以确定绿狐尾藻对两种藻类不同浓度的生长抑制情况.结果表明,2. 5 g·(200 m L)~(-1)的绿狐尾藻对起始浓度为10~7ind.·L~(-1)和10~8ind.·L~(-1)的铜绿微囊藻具有明显的抑制作用;而对实验所设的所有起始浓度的羊角月牙藻生长均没有显著的抑制作用.并且,采用溶剂浸提与气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定的方法,分析了绿狐尾藻粉末浸提液和绿狐尾藻生长液中可能存在的化感物质,通过分析,确定棕榈酸是绿狐尾藻分泌的化感物质之一,并且发现了3种可能是绿狐尾藻分泌的新型化感物质:3-乙基-3-甲基庚烷、磷酸三乙酯和酞酸二丁酯.     

多酚对真核微藻的重金属抗性影响及其机制

以真核微藻斜生栅藻为试验对象,对其在重金属Pb²⁺胁迫下,添加焦性没食子酸(PA)后的生物量变化及其机制进行了探究.结果表明:作用第4d,10.0mg/L单独Pb²⁺对斜生栅藻的抑制率为73.1%,但在Pb²⁺胁迫的同时添加不同浓度PA(1.0,5.0,10.0,15.0mg/L),可见明显的低促高抑现象,1.0～10.0mg/LPA添加组抑制率显著低于单独Pb²⁺胁迫组,P<0.05.其机制研究表明,Pb²⁺可严重损害藻细胞的结构,增加细胞的氧化压力,在早期诱导抗氧化酶如超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的显著升高;而添加PA后,除最高浓度组(15mg/L),其余各组4种抗氧化酶活力在实验测定时间内均保持在较高水平,尤其是5.0～10.0mg/L组,其光合效能以及对Pb²⁺的吸收率较单独Pb²⁺胁迫组均有显著性提高,P<0.05,且细胞的形...     

基于Logistic方程描述的鱼食和阿特拉津共同作用对铜绿微囊藻生长的影响

在养殖水域中地表径流等可引起水域中除草剂浓度升高,威胁养殖水环境的生态平衡.为评价阿特拉津和鱼食在水环境中的生态风险,以ρ（阿特拉津）（0、5、10、20和40 μg/L）及鱼食（鱼食为MⅡ培养基中的氮、磷营养源）投加量（0.05、0.20 g;d < 0.85 mm）为变量,基于Logistic方程探讨阿特拉津和鱼食共同作用下铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的生长,并研究藻类生长对鱼食营养盐的利用.结果表明:在ρ（阿特拉津）为0~40 μg/L范围内,铜绿微囊藻生长曲线均可用Logistic方程描述（R2=0.975~0.996）;一般情况下,基于Logistic方程得到的比生长速率、增殖速率和抑制率拟合公式均可描述相应实测值的变化,相关性分析得到的拟合值与实测值相关系数（R2）分别为0.861~0.992、0.381~0.839和0.621~0.839.相同ρ（阿特拉津）下,鱼食投加量对藻细胞密度有显著影响（P < 0.05）,Logistic方程拟合得到的理论最大藻细胞密度（K）随鱼食投加量的增加而增大.相同鱼食投加量下,ρ（阿特拉津）为5~40 μg/L时对藻类生长有抑制作用,随ρ（阿特拉津）增加,抑制强度逐渐升高,藻细胞密度越低,最大藻细胞密度随ρ（阿特拉津）的增加而减小.藻细胞密度与PO₄3--P利用量之间关系可用方程N=a×△cb描述,R2为0.23~0.99;藻细胞密度与NH₄+-N利用量之间关系可用方程N=a+b×△c描述,R2为0.04~0.99;藻细胞密度与TN/TP、NH₄+-N/TN和PO₄3--P/TP的关系均可用幂函数方程N=a"xb'描述,R2分别为0.72~0.78、0.66~0.83和0.55~0.56.研究显示,Logistic方程可用于分析阿特拉津和鱼食对铜绿微囊藻生长的影响,且藻类生长与营养盐质量浓度之间存在一定的定量关系.      

水生植物群落对水华藻类的化感抑制研究

选择5种高等水生植物水芹(Oenanthe javanica)、菖蒲(Acorus calamus)、水蕴草(Elodea densa)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑藻(Hydrilla verticillata),构建3种不同类型的水生植物群落,A:菖蒲+穗状狐尾藻+水蕴草;B:水芹+穗状狐尾藻+黑藻;C:水芹+水蕴草+黑藻。研究3种群落种植水对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的化感抑制作用。结果表明:3种群落7 d、14 d、21 d种植水均显著降低水华鱼腥藻和铜绿微囊藻的细胞浓度和叶绿素a含量(P<0.05),表明水生植物能够通过不断向水体中释放化感物质来有效地抑制藻类的生长。对水华鱼腥藻的抑制,群落A与B、B与C差异极显著(P<0.01),群落A与C差异不显著(P>0.05),对铜绿微囊藻的抑制3种群落间存在极显著差异(P<0.01)。从对2种藻的抑制效果来看,群落A表现出较好的抑藻效果,7 d、14 d和21 d种植水对水华鱼腥藻的抑制率分别为74.59%、85.50%和84.38%,对铜绿微囊藻的抑制率分别为73.59%、80.46%和89.49%。3种植物群落释放的化感物质可以显著降低2种藻的叶绿素a含量,表明植物释放的化感物质可以通过破坏藻类的光合系统来控制其生长。