黄淮海湿地系统典型挺水植物对水华藻类的化感效应

利用植物的化感作用可抑制有害藻类生长,控制水华发生,改善水质.文章在考察黄淮海湿地系统的基础上,选取典型挺水植物菖蒲(Acorus calamus)和香蒲(Typha latifolia),用0.1×Hoagland完全培养液进行种植,利用其种植水培养湿地典型水华藻类--铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kütz)和鱼腥藻(Anabeana Bory),研究菖蒲和香蒲的种植水对铜绿微囊藻和鱼腥藻生长的影响,评价挺水植物对水华藻类的化感效应.结果显示:菖蒲种植水对铜绿微囊藻的抑制作用较强;而香蒲种植水对鱼腥藻的抑制作用较强,但是对铜绿微囊藻的生长却有促进作用.结果表明两种挺水植物的种植水都含有影响水华藻类生长的化感物质.进一步的研究表明,两种植物种植水对以上两种藻类生长的影响具有显著的体积比浓度效应.因此,保护和恢复湿地挺水植物群落对改善水环境具有重要作用,但利用挺水植物化感效应进行水体环境净化时,应按水体中有害藻类的类型合理选择植物种类.     

两种外源性磷及振荡对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长的影响

为了探索富营养化水体“水华”形成机理 ,研究了甘油磷酸钠和磷酸二氢钾这两种外源性磷和振荡与否对铜绿微囊藻生长的影响 .试验结果表明 :在静止培养时 ,外源性磷能提高铜绿微囊藻的生长速率 ,提高的程度随着外源性磷浓度的上升而下降 .该有机磷比无机磷更有利于对数期铜绿微囊藻的生长 .同静止培养相比 ,振荡能大大降低铜绿微囊藻的生长速率 .在振荡时 ,只有添加高浓度的外源性磷才能促进铜绿微囊藻的生长 .因此 ,在“水华”暴发过程中 ,虽然水体中外源性磷数量是影响铜绿微囊藻生长的重要因素之一 ,但是其它的环境因子可能起到更重要的作用 ,模拟风搅动的振荡就是重要的环境因子之一 ,振荡对铜绿微囊藻生长产生的不利影响要远远大于外源性磷的种类和数量所产生的影响 .图 6表 2参 6     

磷及环境因子对太湖梅梁湾藻类生长及其群落影响

在太湖梅梁湾进行的围隔试验表明,藻类生长与水华形成受气候(如水温、风浪)与营养因子(如N,P)影响。统计分析发现各点硝态氮均与叶绿素a显著负相关,在不同围隔中水温、总磷、总氮等与叶绿素a显著相关。各围隔中优势种主要为蓝藻,尤其是微囊藻类。加磷对藻类生长与群落结构均有影响,但磷营养不是目前太湖水华爆发的关键因素。     

扰动强度对太湖水华微囊藻群体大小的影响

风浪扰动是影响湖泊生态系统的重要环境因素之一。为了解扰动强度对湖泊水华微囊藻(microcystis flos-aquae)群体大小的影响,本研究在室内模拟研究了不同扰动强度(0、50、100、200和400 r·min~(-1))对太湖水华微囊藻群体大小的影响。结果表明,实验组模拟风浪连续扰动24 h,随着扰动强度的增大,水华微囊藻群体先增大后减小,扰动强度50 r·min~(-1)和100 r·min~(-1)水华微囊藻群体分别从10.72μm和10.58μm迅速增大为17.92μm和39.50μm,二者群体大小都显著大于对照组(P=0.006,0.000);而扰动强度200 r·min~(-1)和400 r·min~(-1)水华微囊藻群体大小与对照组差异不显著(P=0.161,0.727)。扰动结束时,扰动强度100 r·min~(-1)和200 r·min~(-1)的总胞外多糖含量显著高于对照组(P=0.001,0.006),而扰动强度50 r·min~(-1)和400 r·min~(-1)与对照组没有显著差异(P=0.180,0.089)。该研究结果表明,短时间内适当强度的扰动能促使水华微囊藻群体显著增大,而过强的扰动则没有显著的促进水华微囊藻群体在短时间内的快速聚集。该结果有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识。     

1株微小杆菌对4种蓝藻的生长影响

利用过滤的天然珍珠养殖水参照BG11配制加富培养液,将1株能促进鱼害微囊藻生长的微小杆菌属菌株(Exiguobacterium sp.013,简写为E.sp.013)进行纯化扩大培养后与铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华微囊藻(Microcystis flosaquae)、平裂藻(Merismopedia sp.)和惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)按一定菌、藻密度比例同时接种后进行为期24 d的培养试验,利用特定生长率和细胞密度等指标观察并检验E.sp.013菌株对4种蓝藻生长的影响,同时检测培养液中优势菌群的数量变化趋势.结果表明:E.sp.013菌对铜绿微囊藻、水华微囊藻和惠氏微囊藻具有显著促生长和延长稳定生长期作用,对平裂藻不具有显著促生长作用,但对延长其稳定生长期具有显著效果;试验培养过程中E.sp.013菌落数量占所有菌落总数的比例始终高于46％,处于绝对优势地位,表明E.sp.013菌具有调控其他菌群的能力.     

农药敌敌畏对铜绿微囊藻生长的影响

分别以2株铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)--单细胞株PCC7806和群体株XW01为材料,研究了不同质量浓度有机磷农药敌敌畏(DDV)对水华蓝藻微囊藻生长的影响.结果表明,在BG11培养液中,高浓度(≥50 mg·L-1)DDV抑制群体株XW01生长,低浓度(≤10 mg·L-1)DDV则促进XW01生长.单细胞株PCC7806比群体株XW01对DDV的作用更敏感,≥10 mg·L-1DDV即可抑制PCC7806的生长.低浓度DDV的促生长作用并不是DDV增加磷营养所致.在缺磷培养条件下,低浓度(≤50 mg·L-1)DDV对微囊藻具有更明显的促生长作用.DDV对微囊藻胞内和胞外碱性磷酸酶活性均有促进作用. DDV残留一旦进入水体将可能对蓝藻水华的形成产生一定的促进作用.     

一株椭圆小球藻对微囊藻生长的竞争抑制研究

采用Chl b/Chl a比值指示2种藻相对数量的方法研究了一株椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)与铜绿微囊藻(M icrocystis aeruginosa)之间的生长竞争关系。结果表明,分别在20和30℃条件下,BG-11培养基中和发生水华的天然湖水中小球藻的生长均远高于微囊藻。在低光照下,小球藻也同样具有较高的生长竞争能力。小球藻不是通过产生毒害物质而获得生长竞争优势,2种藻对氮磷吸收利用的研究结果显示:在高氮含量的BG-11培养基中,2种藻对氮的利用无显著差异,但小球藻对磷的吸收能力远高于微囊藻;将BG-11培养基中氮含量减少至原来的1/10,与微囊藻相比,小球藻对氮磷均具有较高的吸收。可见,小球藻是通过竞争氮磷营养而抑制微囊藻生长。因此,利用椭圆小球藻的种间生长竞争优势来抑制微囊藻具有潜在的可利用性。     

温度对金钟藤光合特性的影响

研究了在温度升高(15~35℃)的过程中,离体金钟藤(Merremiaboisiana(Gagn.)vanOoststr.)的一些光合生理指标的变化。结果表明,在15~30℃时,随着温度升高,金钟藤的最大光合速率、光补偿点、气孔导度、胞间CO2摩尔分数、光量子利用率、蒸腾速率都随之升高。在外界环境的光照,CO2摩尔分数和湿度一致的条件下,温度升高能促使金钟藤生长加速,合成更多的有机物。所以,全球气候变暖可能是金钟藤爆发成为有害植物的重要原因之一。     

光合细菌对铜绿微囊藻生长的抑制效应

为了探讨光合细菌对水华藻类的控制作用,在实验室条件下,通过菌藻共同培养,研究了沼泽红假单孢菌(Rhodopseudomonas palustras)、球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)及其混合培养物对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长的抑制效应.实验结果表明,光合细菌混合培养物对铜绿微囊藻抑藻作用最强,培养5 d时,铜绿微囊藻生物量降低率达58.9%,培养时间、培养温度、菌体投加量及培养基pH值等对光合细菌混合培养物的抑藻作用均有不同程度的影响.光合细菌混合培养物发挥抑藻作用的适宜条件为培养温度25℃,培养时间≤5 d,光合细菌投加量(V_(光合细菌菌悬液):V_(藻培养液)=1:80),藻培养基pH为8.0左右.     

γ-辐照预处理太湖源水的研究

γ-辐照是一种高级氧化技术。为考察γ-辐照对水华爆发时期太湖源水预处理的效果,采集了此时期水样进行了预处理研究。结果表明:采集的水样处于富营养化状态;水样直接进行γ-辐照,其中的微囊藻毒素-LR和微囊藻毒素-RR得到有效降解。在10kGy的辐照剂量下,微囊藻毒素-LR和微囊藻毒素-RR的降解率均大于63%,降解后微囊藻毒素-LR质量浓度低于国家规定标准。碳酸钠的加入促进了微囊藻毒素的降解,但是效果不是很明显,降解率提高最大幅度为7.8%。γ-辐照对源水中的其他有机物质具有一定的去除作用。水样经辐照后,pH值的变化幅度最大为0.4,但pH仍在7.0~8.0之间。辐照技术在水华爆发时期水源地水预处理方面具有应用价值。     

不同温度下铜绿微囊藻和斜生栅藻的最佳生长率及竞争作用

以温度为主要控制因子,研究了单独培养和按不同接种密度比混合培养下铜绿微囊藻(Microcystis aerugino-sa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的生长状况。结果表明,在温度为7～35℃条件下,微囊藻比增长率随着温度的升高而增大,而栅藻增长率随着温度的升高先增大后减小。竞争体系对2种藻的比增长率均有影响,微囊藻在微囊藻与栅藻接种比例为10∶1的混合培养体系中增长最慢,栅藻则在微囊藻与栅藻接种密度比为1∶10的混合培养体系中增长最慢。不同温度条件下在2种藻不同接种密度比的混合培养体系中,微囊藻对栅藻的竞争抑制能力均大于栅藻对微囊藻的竞争抑制能力。藻种间的竞争抑制能力因温度的变化而得到不同程度的强化或减弱,铜绿微囊藻具有更强的竞争能力。     

基于实验室培养的一株铜绿微囊藻生长动力参数率定及生长数值模拟

铜绿微囊藻水华是目前湖库中主要的有害蓝藻水华,其预测预报方法研究对缓解水华危害具有重要意义。在CE-QUAL-W2模型的基础上,利用PIKAIA遗传算法模拟一种蓝藻水华典型优势种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的室内生长过程,分析不同生长动力学参数对其生长的敏感性,并确定敏感性参数的阈值。结果表明,CE-QUAL-W2模型能较好地模拟铜绿微囊藻的室内生长过程,最大生长率(AG)、沉降速率(AS)、最适光强(ASAT)、藻细胞氮含量(ALGN)、藻细胞磷含量(ALGP)和单位藻干重叶绿素a(Chl-a)含量(ACHLA)是影响铜绿微囊藻生长的敏感性参数。其中,与Chl-a峰值呈正相关的参数有AG和ACHLA,呈负相关的参数有AS、ASAT、ALGP和ALGN。与Chl-a峰现时间呈正相关的参数有AS和ASAT,呈负相关的参数有AG、ALGP和ALGN。ACHLA的变化只会使Chl-a同倍比放大或缩小,不改变峰现时间。这6个参数的较优取值如下:AG为7.526 8 d~(-1),AS为0.002 2 m·d~(-1),ASAT为102.774 4 W·m~(-2),ALGP为0.000 5,ALGN为0.041 3,ACHLA为0.125 8 mg·μg~(-1)。     

几种观赏型沉水植物对富营养化蓝绿藻类的抑制作用

一些大型沉水植物种类的存在对"水华"藻类的生长具有抑制作用,其主要机制是水生高等植物不仅与藻类竞争营养、光照和生长空间等生态资源,而且还可以向水中分泌具有抑制藻类生长的化感物质。通过连续滴加种植水的方式研究了3种观赏型沉水植物矮慈菇(Sagittaria pygmaea Miq)、杉叶藻(Hippuris vulgaris.)、石龙尾(Limnophila heterophylla)对5种富营养化淡水藻,蓝藻:铜绿微囊藻(Microcystis aerugnasa)、纤维席藻(Phormidium tenue);绿藻:衣藻(Chlamy domonas sajao)、四尾栅藻(Scenedesmus quaclricauda)、小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的抑制作用。研究结果表明:(1)矮慈菇种植水对铜绿微囊藻、四尾栅藻、纤维席藻的生长没有影响,对小球藻的生长具有促进作用,对衣藻的生长具有明显的抑制作用;(2)杉叶藻种植水小球藻、衣藻和纤维席藻的生长没有影响,对四尾栅藻的生长具有促进作用,对铜绿微囊藻生长具有明显的抑制作用;(3)石龙尾种植水对小球藻、四尾栅藻、纤维席藻都具有明显的抑制作用,对铜绿微囊藻的生长没有影响,对衣藻的生长具有促进作用。3种沉水植物中,石龙尾的抑藻能力最强,矮慈菇和杉叶藻次之,石龙尾的化感抑藻效应更具有广谱性,在富营养化水体中与蓝绿藻类的竞争更具有优势,比较适用于改善城市景观水体水环境质量。     

微囊藻毒素生物学功能的研究进展

在全球气候变化的大背景下,藻类水华暴发愈加频繁,产生的藻毒素对人类和动物的健康造成了严峻的威胁,其中以微囊藻毒素最为突出。阐明以微囊藻毒素为代表的藻毒素产生的原因无疑对水环境治理具有长远意义,然而微囊藻毒素的生物学功能至今尚不明确。微囊藻毒素的产生和多种环境条件相关,而微囊藻中也只有部分是产毒株系。尽管该毒素的毒理学靶点主要在人类和其他哺乳动物的蛋白磷酸酶,然而结合进化生物学和地质历史的证据可知,微囊藻毒素的出现比包括哺乳动物在内的后生动物的起源要早得多,因此微囊藻毒素并非藻类为了防御后生动物摄食而进化出来的,这引发了该毒素原本生物学功能的多年广泛研讨。本文综述了近年来关于微囊藻毒素生物学功能的新进展,并侧重在地质历史及当今全球气候变化背景下讨论该领域的研究意义。     

太湖中微囊藻群落的季节变化分析

采用显微观察和PCR-DGGE 2种方法分析太湖(河口、梅梁湾湾心、湖湾交汇处和湖心)4个代表性区域微囊藻群落的季节变化,研究太湖中微囊藻群落的季节变化规律.显微形态分析未发现微囊藻属的主要优势种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)存在明显的季节变化规律(P>0.05).DGGE条带测序结果的亲缘分析表明,太湖夏季和冬季样品中的微囊藻彼此分离成2大特征类群,而春季和秋季样品中的微囊藻彼此混杂.遗传距离分析结果显示,同一季节内微囊藻的遗传距离小于不同季节间的遗传距离(P<0.01),太湖夏季水华主要由亲缘关系很近的微囊藻类群构成.     

微囊藻毒素对几种淡水微藻的生长和光合活性的影响

微囊藻毒素(MC)是富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素,而MC对藻类生长效应的影响却鲜见报道.通过模拟培养实验,研究了不同质量浓度的MC-RR对淡水藻类的生长和光合效能的影响.结果显示,100 μg·L-1以下的MC-RR对产毒铜绿微囊藻Ds(Microcystis aeruginosa Ds)作用并不明显;相反,100 μg·L-1 MC-RR对铜绿微囊藻无毒株854(Microcystis aeruginosa 854)有显著的杀藻效应,表明MC可能改变浮游植物种群中产毒与非产毒微囊藻的比例.MC-RR对其它藻类的作用因种类不同而效果各异.100 μg·L-1 MC-RR可显著抑制细长聚球藻(Synechococcus elongatus)的生长,并诱使水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)发生溶藻效应;100 mg.L-1显著降低了聚球藻和束丝藻的光合活性,表明微囊藻毒素对藻类生长的抑制与其对光合活性的抑制有关.100 μg·L-1以下的 MC-RR对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)的生长没有明显影响;1 000 μg·L-1 MC-RR 则可促进这三种藻的生长,但对小球藻和鱼腥藻的光合效能没有明显影响.以上结果说明MC参与浮游植物的种间相互作用与种群调节.     

高效液相色谱-串联质谱法测定鲫鱼中的微囊藻毒素

有害藻类水华的频繁发生已成为国内外普遍关注的环境问题. 据2004年资料,已从不同藻株中分离、鉴定了70多种微囊藻毒素. 在已发现的蓝藻毒素中,微囊藻毒(Microcystins,MCs)是一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、造成危害最严重的藻毒素种类.     

手性农药水胺硫磷对浮游生物氧化应激的对映体选择性影响

用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法对水胺硫磷(isocarbophos,ICP)2个对映体进行拆分与制备,分别以浮游植物水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)和浮游动物大型蚤(Daphnia magna)为实验生物,考察了ICP导致2种浮游生物氧化损伤对映体选择性差异.结果显示:除了10-4 mg·L-1和10-3 mg·L-1,10-2～1 mg·L-1的(+)-ICP对水华微囊藻叶绿素a含量表现为抑制作用;而10-4～10-1 mg·L-1的(-)-ICP对水华微囊藻叶绿素a含量表现为促进作用.且在10-4～1 mg·L-1浓度范围内,(+)-ICP使其超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性显著下降,且最大下降31.2％,而(-)-ICP未引起SOD活性发生明显变化;(+)-ICP各浓度组诱导水华微囊藻的过氧化氢酶(catalase,CAT)活性的上升程度显著高于(-)-ICP;2个对映体未引起水华微囊藻发生脂质过氧化.此外,ICP对大型蚤的毒性要远远高于水华微囊藻;在1～20μg·L-1浓度范围内,(+)-ICP未引起大型蚤SOD活性增加,而(-)-ICP则引起大型蚤SOD活性显著增加,且最高增加79.0％;2.5～10μg·L-1的(+)-ICP诱导大型蚤CAT活性上升而(-)-ICP则导致CAT活性下降;(+)-ICP随着浓度的增加引起明显的脂质过氧化.研究表明,ICP对2种浮游生物的氧化应激均存在对映体选择性差异,且对水华微囊藻和大型蚤的毒性均表现为(+)-ICP>rac-ICP>(-)-ICP,但是其对浮游动物的毒害风险远大于对浮游植物.     

人工打捞对铜绿微囊藻生长影响的模拟试验

采用一次性培养的方式,在铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长的对数期和稳定期进行人工打捞模拟试验,通过测定培养液中藻细胞密度,研究人工打捞对铜绿微囊藻生长的影响。结果表明:不同生长阶段的人工打捞对铜绿微囊藻的后续生长影响差异很大;在对数期进行人工打捞,铜绿微囊藻仍可以较好地生长,并且随着打捞强度的加大,微囊藻进入指数生长期的时间延长,所达到的种群最大密度呈升高趋势;而在稳定期进行人工打捞,铜绿微囊藻很快就进入稳定期,抑制了其后续生长。藻体内丙二醛(MDA)积累量和超氧化物歧化酶(SOD)活性测定结果表明,人工打捞消除了微囊藻生长过程中的密度制约,延缓了藻细胞的衰老。     

川西云杉人工林径向生长对气候变化的响应

大量研究已经发现全球气候变暖将促进川西高原高海拔区域天然林径向生长,然而,目前气候变化对区域人工林生长的影响程度尚不清楚.以道孚县川西云杉(Picea likiangensis var. rubescens)人工林为研究对象,以天然林为对照,采用树木年轮学方法构建树木年轮宽度指数年表,利用相关分析和滑动相关分析方法探讨近40年来人工林和天然林径向生长动态特征及其对气候变暖的响应规律.结果显示,1982-2018年期间,研究区呈现明显的气候变暖特征,年平均气温、最高气温和最低气温均呈现显著上升的趋势,增温速率分别为0.23、0.49和0.22℃/10年,而年降水量无显著变化趋势;川西云杉人工林径向生长对气候变化响应较为敏感,川西人工林径向生长与当年生长季(7-9月)和休眠期(前一年11月至当年4月)的温度呈显著正相关,与当年生长季(7-9月)的相对湿度呈显著负相关,而天然林仅与生长季(6-9月)的温度呈显著正相关,与生长季末期(9月)的相对湿度呈显著负相关;在1982-2018年期间,随着气温升高,人工林径向生长对温度响应的敏感性呈下降趋势,而天然林径向生长对7-9月温度响应的敏感性仍然较为稳定.因此,在未来气候变暖背景下,温度升高将继续增加天然林的生长,而对人工林生长的促进作用会随着对温度响应敏感性下降而逐渐减弱.(图6表1参35)