生态沟渠净化稻田排水动力学分析和生物相特征

本研究以太湖流域常见的菱角、水葫芦、梭鱼草、圆币草等水生植物和人工水草、塑料立体弹性填料为生态强化载体,构建"水生植物-载体生物膜-菌藻"复合型生态系统,研究了稻田排水中的氮、磷等营养元素的去除特性,构建氮、磷污染物的降解动力学模型,并调查了沟渠内"微生物-藻类"生物相特征.结果表明,生态沟渠运行期间,随着水稻进入不同的生长阶段,系统内氮、磷等营养元素的去除率都呈普遍下降趋势,总磷、氨氮、总氮、硝态氮平均去除率分别达到87.1%、92.3%、77.5%、88.6%,其中氨氮的去除率最高,化学需氧量(CODMn)的去除效果并不显著,各实验周期的污染物降解趋势均符合一级动力学降解模型.经生物相分析揭示:随着复合生态系统运行延续,系统内微生物、藻类的种类及Shannon-Weiner index等多样性指数呈不断增长趋势,表明复合生态系统水质改善后更适于多种类细菌与藻类生存与繁殖;复合生态系统中的菌、藻、水生植物及其表面附着的生物膜对污染物的去除具有协同作用,强化了生态沟渠的自净能力.     

富硒藻类研究进展

微量元素硒不仅是人和动物必需的营养元素,也是植物生长发育不可缺少的元素。硒酸盐在水体中溶解度高于其他环境介质,导致水生生物对无机硒(硒酸盐)有更高的利用率。藻类能吸收无机硒,可将无机硒有效地转化为有机形态。藻体内的硒主要以硒蛋白、硒核酸、硒多糖等生物大分子以及硒代半胱氨酸和硒代蛋氨酸等生物小分子有机化合物存在。在水生生态系统中,藻类是硒的主要吸收者。富硒藻类通过食物链将硒传递至浮游动物、贝和鱼等动物体内,能提高其抗氧化能力,从而导致其对重金属耐受性增强。本文综述了藻类在自然界硒生物有机化中的地位和作用,藻类对硒的富集方式及代谢途径,硒在藻类中的生物学效应,富硒藻类的开发利用现状及今后的发展方向,较全面地综述了富硒藻类研究进展。     

镉对斜生栅藻诱导型反牧食防御群体形成的抑制作用

水域生态系统的镉污染因对生物具有强毒性而引起人们广泛关注。浮游藻类的反牧食防御在维持种群动态和群落结构方面具有重要作用,但目前关于镉污染对藻类反牧食防御的影响并不清楚。采用在斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)培养液中添加浮游动物——大型溞(Daphnia magna)信息素的方法诱导藻类反牧食防御,同时将其暴露在不同镉浓度环境下(0~0.32mg·L~(-1)),以探究藻类反牧食防御对镉胁迫的响应变化。结果发现,添加大型溞信息素对斜生栅藻生长速率、最大光化学效率(F_v/F_m)和实际光合效率(φ_(PSII))均没有显著影响;无镉环境中添加大型溞信息素后,栅藻种群分别在第2天和第3天形成大量的四细胞和八细胞群体,其群体比例分别达到42.7%和46.4%,最大每群体细胞数可达到(3.3±0.20);在0.10~0.32mg·L~(-1)镉浓度范围内,栅藻细胞生长速率和光合作用均受抑制,其多细胞群体比例也显著下降;当镉浓度较低时(≤0.08mg·L~(-1)),栅藻种群繁殖和光合效率均没有明显变化,但其多细胞群体比例显著降低,诱导型反牧食防御被抑制。以上结果说明浮游藻类的诱导型反牧食防御对镉污染具有较强的敏感性,低浓度镉暴露可对其产生较强的抑制作用,这将导致镉污染水域中的可诱导型藻类更易被小型浮游动物捕食,进而影响食物链的能量流动。     

温度、碳、氮、磷对一株芽孢杆菌生长的影响

用生物学方法防治藻类危害已逐渐受到人们的重视[1] ,有研究表明 ,水体生态系统中的细菌在控制水华、维持藻类生物量的平衡中起着非常重要的作用[2 ,3] ,它可通过直接接触[4 ,5] 、分泌胞外物质[6 ] 以及与藻类竞争营养物质[7] 等方式溶藻或抑制藻类生长 ,保障水体生态系统中营养物质的循环 .本实验室从采自太湖的微囊藻藻样上分离出四株细菌并已鉴定到属[8] ,对它们生长特征进行研究将有利于发现细菌与微囊藻生长代谢之间潜在的联系 .依据Ｏｄｕｍ提出的Ｌｅｉｂｉｇ最少律 (ｌａｗｏｆｍｉｎｉｍｕｍ) ,限制藻类生产量的物质是Ｃ、Ｎ、Ｐ[…     

淡水水体溶解有机氮对有毒藻种的生物有效性

溶解有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)是多数天然水体中溶解氮的主要组成部分。天然水体DON是许多微生命体包括有毒藻种的氮营养源,在供水安全以及水体富营养化等方面的生态环境效应不容忽视。文章系统地介绍了淡水水体DON含量与来源、生物有效性与估算方法,以及对有毒藻种生长的影响。DON的来源是影响水体中DON含量动态特征的关键因素。DON来源包括陆地径流,植物碎屑,土壤淋溶液,沉积物释放,大气沉降,藻类、大型植物、细菌与细胞死亡或自我分解,微型及大型浮游动物捕食和排泄、分泌物释放等。研究表明约有12%～72%的DON可迅速被生物所利用,具显著差异,究其原因可能是其来源组成、化学本质(分子质量与极性)、测试生物组成、是否有细菌作用等因素造成的。不同藻种具有不同氮源利用能力,DON对藻类生长具有直接或间接的作用,并可能影响藻类群落结构(有毒藻类成为优势种)。考虑到水环境保护与饮用水安全供水的重要性,未来研究应重视淡水水体DON生物有效性与其化学本质的揭示,尤其是对有毒藻种。     

藻类对甲基汞的富集与传递研究进展

甲基汞是一种高毒性的污染物,其易累积在水生生物体内,从而对水生生态系统和人体健康产生危害.作为水生生态系统的初级生产者,藻类控制着进入食物链的甲基汞浓度和总量.藻类对甲基汞的显著富集作用及水生食物链传递过程导致其在高营养级生物中显著累积.因此,厘清藻类在甲基汞的富集与食物链传递过程中的作用对于揭示甲基汞的生物累积和预测甲基汞的环境风险具有重要意义.本文概述了藻类对甲基汞的富集与食物链传递特征与机制,总结了影响富集与食物链传递的生物与环境因素,讨论了全球变暖和富营养化等环境变化对藻类富集与传递甲基汞的影响,并展望了藻类富集甲基汞研究的发展方向.     

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。     

1,2,4-三氯苯对3种海洋微藻的毒性效应

1,2,4-三氯苯(1,2种,4-TCB)是环境中普遍存在的持久性有机污染物之一,而1,2,4-TCB对藻类的毒性作用报道很少。以1,2,4-TCB处理后,3种海洋微藻(金藻Isochrysis Zhanjiangensis、角毛藻Platymonas Subcordiformis和扁藻Chaetoceros miielleri)的生长状况、蛋白质质量分数和叶绿素质量分数的改变来检测1,2,4-TCB对海洋微藻的毒性效应。结果表明:1,2,4-TCB对3种海洋微藻的生长均有一定的抑制作用,该效应表现出一定的浓度和时间依赖性;1,2,4-TCB处理4d后,3种海洋微藻细胞蛋白质质量分数和叶绿素质量分数下降,呈现一定的浓度—效应关系,这表明1,2,4-TCB对3种海洋微藻产生毒害效应,其作用机制可能与藻类光合作用功能降低和蛋白质功能受损有关。1,2,4-TCB在一定程度上降低了藻类饵料的利用价值,而且对食物链下游生物具有潜在的危害性。     

藻类与有机污染物间的相互作用研究

本文就若干有机污染物对藻类的毒性效应及藻类对这些污染物的富集降解作用进行了系列研究。结果表明，不同污染物对藻类的毒性有很大差别，其中三有机锡的毒性最大。此外，不同藻类对毒物具有不同的敏感性，其中扁藻Platymonas sp.和斜生栅藻S．obliquus最敏感。藻类通过生物富集和生物降解两种途径去除水中污染物，其中，邻苯二甲酸二丁酯最容易被去除。藻类固定化能够在一定程度上增加藻类对污染物的降解。     

溶藻细菌胶囊与植物共生系统的建立及其对Microcystis aeruginosa的控制

当前,蓝藻水华时常爆发,其中铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是我国蓝藻水华的典型代表.微生物控藻技术具有高效、生态安全性好、原位修复等特点,近年来已经成为治理蓝藻水华的主要手段.本文通过搭建芦苇湿地试验装置,模拟太湖近岸水域原生环境,以水生植物控藻与溶藻细菌胶囊强化相结合的方式对Microcystis aeruginosa进行生态学-微生物操控试验.从藻胆蛋白、抗氧化系统、膜脂值活性等方面的研究来探究控藻系统的溶藻机制,并通过高通量技术与主成分分析来探索溶藻细菌与藻之间的群落动态关系.试验结果表明,原位藻类控制系统效率高,14 d溶藻率为(88.74%±1.10%),其中溶藻细菌胶囊占主导地位,植物修复为辅.通过对藻胆蛋白的破坏和藻类抗氧化系统的摧毁来导致藻类膜结构的受损,胞内物质流出而死亡.利用高通量技术发现,溶藻细菌胶囊所包埋的菌株Bacillus sp.HL在微生物体系中成为优势菌种.主成分分析结果表明高效原位控藻体系促进了藻体内ROS水平,增强了藻的Zeta电位和抗氧化酶活性,从而抑制了Microcystis aeruginosa的生长.     

海洋藻类病毒与赤潮防治

病毒是海洋中丰度最高的生物,全球海洋中大约有1030个病毒,海洋病毒的宿主包括从细菌到大型海洋生物等几乎所有的海洋生物.海洋病毒在调控种群结构及生物地球化学循环中起着至关重要的作用,并且,病毒可以通过水平基因转移来操控宿主的代谢活动.藻类病毒能够通过裂解藻类从而起到控制赤潮的作用.随着藻类病毒研究的不断发展,人们已经分离到大量的藻类病毒,包括双链或单链的DNA病毒及RNA病毒,其分布于细胞质或细胞核中.本文简要概述了海洋病毒研究方面的发展现状,及海洋病毒在生态环境中的重要作用.集中综述了藻类病毒(包括原核藻类病毒和真核藻类病毒)的研究进展,讨论了海洋藻类病毒与赤潮生物的关系.介绍了藻类病毒在赤潮控制方面所取得的一些成果,展望了藻类病毒调控赤潮的前景.我国在藻类病毒方面的探索研究还只是刚刚起步,研究藻类病毒的前景十分广阔.     

新型生物栅填料用量及对景观水体藻类的去除效果

针对天津市经济技术开发区景观河道水量大,氮磷质量浓度高的特点采用生物栅填料去除藻类.通过实验室小试和室外中试,对于生物栅填料实际应用的填料服务水体体积、曝气影响、负荷影响和HRT的影响进行考察.试验结果表明,生物栅填料应用于富营养化除藻时,生物栅填料的使用量越大越好,但是较大的使用量代表较高的处理成本,综合考虑处理成本和效果,由实验得最佳服务水体的用量为12 cm·L-1;曝气对于生物栅填料去除藻类的功能并没有影响;在不同的负荷条件下,生物栅填料都可以有效地去除藻类,并且高负荷条件下生物栅填料具有较高的藻类去除速率,在实验条件下,4 d后各个负荷条件下的藻类达到一致;生物栅填料上的浮游动物种类比较单一,只有沟渠猛水蚤(Canthocamptus staphylinus Jurine);生物栅填料对于出水水质也有一定的影响,它可以有效地去除水中有机物,氮磷和悬浮物质.     

吡虫清等4种新农药的水生态安全性评价

以斜生栅列藻 (Scenedesmusobliquus)、大型 (Daphniamagna)和斑马鱼 (Brachydaniorerio)为试验生物 ,在实验室条件下测定了吡虫清、吡嗪酮、恶草酮和精喹禾灵 4种新农药对水生生物的急性毒性IC50值或LC50 值 ,并进行了安全性评价。结果表明 ,杀虫剂吡虫清对水极毒 ,对鱼类高毒 ,对藻类低毒 ;杀虫剂吡嗪酮对水和鱼类低毒 ,对藻类中等毒性 ;除草剂恶草酮对藻类高毒 ,对水和鱼类中等毒性 ;除草剂精喹禾灵对藻类高毒 ,对水中等毒性 ,对鱼类高毒。     

荇菜(Nymphoides peltatum)对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长的抑制效应及其机制

构建了荇菜(Nymphoides peltatum)与以铜绿微囊藻为优势种的自然藻体共培养系统,分析系统中各藻种藻细胞密度、藻体叶绿素a含量、荇菜生长指标及水下[光]照度的变化;同时以荇菜种植水配置培养基,在适宜光照条件下培养铜绿微囊藻,分析藻类生长生理指标随时间的变化.结果表明:共培养系统中藻类总藻细胞密度显著下降(P<0.05),其中铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)藻细胞密度下降最为明显,40 d时比初始藻细胞密度减少了94.68%,而三角四角藻(Tetraedron minimum)数量逐渐增多,成为优势藻种,表明荇菜对铜绿微囊藻生长具有明显抑制作用.共培养系统中荇菜鲜重、水下20 cm深处光衰减率均与藻类叶绿素a含量呈显著负相关(P<0.05),表明藻细胞光合能力的大小与荇菜植株的生长及其产生的遮光作用密切相关.随培养时间延长,添加荇菜种植水的培养基中铜绿微囊藻藻细胞光密度值(D650)下降明显;叶绿素a、藻胆蛋白(包括藻蓝蛋白、别藻蓝蛋白、藻红蛋白)相对含量均有不同程度的下降,培养9 d后4者相对含量分别降至5.27%、15.53%、21.11%和48.48%;藻细胞Ca2+Mg2+-ATP酶活性下降明显,表明荇菜种植水中存在着某种对铜绿微囊藻产生抑制作用的活性物质,通过对铜绿微囊藻光反应系统(PS Ⅰ和PS Ⅱ)的作用来阻碍藻细胞光合作用进程,抑制藻类生长,说明除了遮光效应外,分泌抑藻活性物质也是荇菜抑制铜绿微囊藻生长的重要机制.     

珠江口海域3种重要有害藻类的溶血毒性研究

从珠江口海域分离、鉴定出3种重要有害藻类小普林藻JX12(Prymnesium parvum)、剧毒卡尔藻JX24(Karlodinium veneficum)、红色赤潮藻JX14(Akashiwo sanguinea),在实验室条件下研究了不同反应温度和pH值对小普林藻溶血活性的影响,在此基础上对海洋微藻溶血活性的测定方法进行了优化,并进一步分析比较了不同藻株以及不同生长时期溶血毒性的变化特征。研究结果显示,在实验温度范围内(4~50°C),小普林藻的溶血活性随温度的升高而增大,37℃为其最佳反应温度,pH 8和50 min为其最佳反应条件。不同生长时期的小普林藻溶血毒性具有显著差异,对数期溶血活性(5.67×10~(-7)HU·cell~(-1))显著高于稳定期(2.32×10~(-7)HU·cell~(-1))和衰亡期(3.40×10~(-7)HU·cell~(-1))。分离自珠江口海域的3种微藻均检测出溶血毒性,单个细胞溶血活性由强到弱分别为红色赤潮藻(976.20×10~(-7)HU·cell~(-1))、小普林藻(5.67×10~(-7)HU·cell~(-1))、剧毒卡尔藻(2.58×10~(-7)HU·cell~(-1))。值得注意的是,红色赤潮藻中国株JX14的单位细胞溶血活性显著高于美国株AS2,是后者的2倍以上。本研究首次确认珠江口海域红色赤潮藻、小普林藻和剧毒卡尔藻均具有较强的溶血毒性,这些有害藻类一旦形成赤潮可能对河口生态系统安全以及水产养殖业造成严重危害。     

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.     

Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对海洋单细胞藻的急性毒性效应

近年来,海洋重金属污染日益严重,为考察重金属对海洋藻类的生物毒性效应,进而评估其对海洋生态环境的影响,本研究采用一次性培养的实验方法,测定了2种重金属Hg(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)对8种海洋单细胞藻的急性毒性效应,包括赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo Hada)、旋链角毛藻(Chaetoceros curv...     

鲢鱼、芦台鲌鱼对富营养化水体中藻类的控制作用

利用室内受控生态系统实验,研究鲢鱼和芦台鲌鱼对富营养化水体中藻类的控制作用.对各受控系统中藻类与浮游动物的统计数据及理化指标,进行了相关性分析和非参数检验的统计分析.实验结果显示,在一定密度下放养滤食性鲢鱼足可以起到控藻作用的.一定密度的芦台鲌鱼与水生植物联合养殖也会起到控藻作用.放养鱼类控藻都要在适当的密度下,密度过大或过小都会影响控藻效果.研究还发现,鱼类的放养会使水体中蓝藻在浮游植物中的比例增大.     

浮游动物在生物操纵法除藻中的作用研究

采用室外现场实验和室内受控生态系统实验相结合的方法,研究了富营养化水体中浮游动物对藻类生长的控制作用。对浮游动物与藻类的计数与测量数据,利用SPSS统计软件进行了方差分析(LSD多重比较法)和相关性分析。实验结果显示,总磷含量比总氮含量对浮游动物生长的影响更大。浮游动物与藻类之间呈现显著或极显著相关关系,说明浮游动物群体,尤其甲壳类群体,在适当条件下对藻类群体以及其中的蓝藻有一定的控制作用。适当的鱼类密度下,浮游动物能够起有效的控藻作用,但鱼类密度过高会抑制该作用。底泥在生态系统中起重要作用,能够影响浮游动物对藻类的摄食力。     

微藻在南美白对虾养殖废水中的生长及净化效果

为了解不同微藻对南美白对虾养殖尾水的净化作用,通过室内微藻培养试验,分析8株微藻在南美白对虾养殖尾水中的生长性能及不同时间内其对氮磷的去除效果.结果表明,8株藻均能在南美白对虾养殖尾水中生长,其中铜绿微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻生长较好,平均相对生长速率分别为0.309 3、0.246 9和0.215 5.8种藻对总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果差异较大,其中铜绿微囊藻、衣藻和蛋白核小球藻对TN去除效果较好,培养结束时去除率分别达到74%、69%和60%;铜绿微囊藻和衣藻均具有较好的TP去除效果,去除率达60%以上,其次为蛋白核小球藻.不同藻类对不同形态氮的吸收存在较大差异,铜绿微囊藻和衣藻具有较好的硝态氮去除效果,去除率达到70%左右;衣藻对氨氮具有较快且持久的去除率,去除率高达100%,铜绿微囊藻和蛋白核小球藻稍慢,而斜生栅藻、针杆藻和舟形藻最慢,在培养16 d后,去除率均达到90%以上;隐藻和蛋白核小球藻对亚硝态氮具有较好的去除效果,培养至第8天时即达到80%的去除率,且隐藻去除效果较持久.本研究获得了不同藻类对对虾养殖尾水的吸收利用特点,可为南美白对虾养殖过程中藻相的定向培育及养殖尾水净化提供科学参考依据.