UV-C辐照抑制铜绿微囊藻生长的动态实验研究

以我国典型淡水水华藻种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa905)为研究对象,采用推流式低压紫外灯反应器研究在动态条件下Ultraviolet-C(UV-C)辐照对蓝藻生长抑制作用的效果.对数培养期的蓝藻液流经反应器进行UV-C辐照处理,其后正常培养,在培养期2 h、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d分别取样,通过研究级倒置荧光显微镜在荧光视野下进行细胞计数.结果表明,辐照处理未引起铜绿微囊藻细胞的大量破裂死亡,36~115 mW.s.cm-2剂量范围的UV-C辐照能在9 d内有效抑制2.6×105~2.7×105cells.mL-1的铜绿微囊藻细胞密度增长,31~50 mW.s.cm-2剂量范围的UV-C辐照能在9d内有效抑制9.0×105~1.15×106cells.mL-1的铜绿微囊藻细胞密度增长.     

紫外线对铜绿微囊藻的抑制效果及特性研究

采用紫外平行光仪辐照方法,研究紫外线对"水华"蓝藻中常见的铜绿微囊藻生长的抑制效果,并探讨紫外线对藻沉降性能、叶绿素、藻胆蛋白的影响,以及藻生长光照条件对紫外线抑藻效果的影响.结果表明,紫外线对铜绿微囊藻的生长具有显著抑制作用,150 mJ/cm<'2>紫外剂量下,藻细胞个数被控制于初始水平,藻生长受抑制,如增加紫外剂...     

桔皮水提液对铜绿微囊藻生长的抑制效果研究

桔皮水提液能显著抑制铜绿微囊藻的生长,定性滤纸过滤,0.45 μm滤膜过滤和0.22 μm滤膜过滤及高温灭菌水提液的预处理操作对其抑藻效果无明显影响. 当桔皮（干质量）水提液投加质量浓度大于1.0 g/L时,培养10 d时对铜绿微囊藻生长的抑制率可超过90%,抑制率随桔皮水提液投加质量浓度的升高而增大;当桔皮水提液的投加质量浓度低于0.1 g/L时,抑藻效果不明显. 在长期（40 d）培养试验中,投加低质量浓度（小于1.0 g/L）桔皮水提液的试验组中,铜绿微囊藻在培养后期生长迅速,某些试验组中出现促进铜绿微囊藻生长的现象;投加高质量浓度（大于1.0 g/L）桔皮水提液的试验组中,培养40 d内均保持接近于100%的抑制率. 透析袋分离试验表明,具有抑藻活性的物质存在于分子量小于3 500的组分中. 由试验结果可推测,桔皮水提液中含有某种或某些物质,可对铜绿微囊藻的生长产生抑制作用,且这些物质经121 ℃高温处理30 min后仍保持抑藻活性. 该抑藻物质易于自然降解,在长期培养过程中,其抑藻效果会逐渐消失.      

填充床放电等离子体反应器对铜绿微囊藻的生长抑制

研究了放电等离子体反应器中气量和填加固体玻璃球介质对铜绿微囊藻生长抑制和过氧化氢产量、能量与pH对藻生长抑制,以及填充床反应器对藻叶绿素a和细胞数的影响.结果表明,气量的增加和玻璃球介质的填加虽然提高了放电等离子体反应器处理当天对藻生长抑制的效果,但作用不明显;而随着处理后放置培养时间的增加,藻的光密度先略微增加后显著下降,在气量为0.75 m3/h的填充床放电等离子体反应器中,处理40 min后的样品在放置培养到第5 d时,藻的光密度去除率达到了87.3%;过氧化氢产量也随气量的增加和玻璃球介质的填加而得到提高,尤其是固体玻璃球介质的填加使得放电40 min时(气量为0.75 m3/h),过氧化氢的浓度即从无添加玻璃球介质时的4.6μmol/L提高到了38.3μmol/L,进而提高系统在处理后放置培养过程中过氧化氢对藻的破坏作用;向填充床放电等离子体反应器注入的能量越大,藻生长抑制的效果越明显;弱碱性处理条件对藻生长抑制的作用比弱酸性明显,且酸性溶液在处理当天pH升高,碱性溶液降低,但在放置培养期间均趋于中性;该填充床反应器对藻叶绿素a浓度和细胞数的去除效果显著,在处理40 min后放置培养的第5 d,叶绿素a浓度和细胞数去除率全部达到100%.     

铜绿微囊藻生长的营养动力学

应用Monod方程考察氮、磷营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.分别计算得到铜绿微囊藻对总磷的半饱和常数Ks_P与对总氮的半饱和常数Ks_N.结果表明:Ks_N>Ks_P,说明总磷对铜绿微囊藻生长的影响大于总氮.铜绿微囊藻的现存量(X)与特定增长率(μ)随着总磷或总氮浓度的升高而升高,但都存在拐点.当总磷或总氮为单一限制性底物时,铜绿微囊藻特定增长率快速增加的总磷与总氮浓度区间分别为:0.005～0.2mg/L与0.01～2mg/L;由于铜绿微囊藻对氮磷亲和力(半饱和常数)的不同,氮磷比对铜绿微囊藻生长的影响并不表现在一个确定值上,也不能用某一确定比例来衡量一个特定水环境中影响铜绿微囊藻生长的限制性营养元素,而应结合氮、磷浓度与氮磷比进行综合考察确定.     

铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的氮营养动力学特征

利用批量培养试验比较研究了氮限制条件下铜绿微囊藻(Microcystis aerugiuosa)和斜生栅藻(Scendesmus obliquus)对氮的生长反应,并应用Monod方程计算了2种藻的营养动力学参数(μ_max和K_s). 结果表明,ρ(氮)为0～2.00 mg/L时铜绿微囊藻比增长率快速增长;ρ(氮)为0～4.00 mg/L时斜生栅藻比增长率快速增长. 铜绿微囊藻的最大比增长率(μ_max)为0.23 d-1,半饱和常数(K_s)为0.14 mg/L;斜生栅藻的μ_max为0.41 d-1,K_s为0.24 mg/L. 根据生长动力学参数可以预测,当氮缺乏时,铜绿微囊藻容易形成优势,当氮丰富时,斜生栅藻容易形成优势.      

铜绿微囊藻生长代谢的密度依赖性特征及分子机制

蓝藻水华是淡水湖库普遍面临的水环境问题,目前水华形成机制研究大多关注外界环境因素而忽略了藻类自身及群体的关键调节作用.因此,本文以初始细胞密度为单一变量,考察了不同初始细胞密度条件下蓝藻生长、营养物质利用、叶绿素、藻毒素、胞外分泌物随时间的变化情况.结果发现,初始细胞密度会影响铜绿微囊藻的环境适应性和生长情况,当接种密度≥1×10⁶ cell·mL^-1,铜绿微囊藻适应期消失,初始细胞密度从1×10⁵ cell·mL^-1增加至1×10⁷ cell·mL^-1,最高细胞密度增加了68%,生长速率提高了21%,并且叶绿素变化趋势与生长情况一致.胞外分泌物随初始细胞密度增加而逐渐增加,有利于蓝藻细胞聚集成膜.当初始细胞密度较低（1×10⁵ cell·mL^-1）时,单细胞藻毒素分泌量反而增加,以提高蓝藻的环境适应能力.在高初始密度（1×10⁷ cell·mL^-1）条件下,铜绿微囊藻主要通过上调丙酮酸代谢和碳代谢,促进细胞生长增殖.因此,细胞密度是影响铜绿微囊藻生长代谢的重要因素,在蓝藻水华形成过程中可能发挥重要作用,水华防治应当在细胞密度较低的阶段进行.     

铜绿微囊藻生长特性研究

研究了pH,扰动及营养盐对铜绿微囊藻生长的影响.结果显示铜绿微囊藻生长的最适pH为8.5～9.5,生长过程对水体的pH也会产生较大影响,总的趋势是使水体pH趋向于9～9.5;扰动对铜绿微囊藻生长的影响主要表现在生长滞后,但对其生长速率及生物量均无太大影响;增加磷浓度更易促进铜绿微囊藻的生长,氮对铜绿微囊藻的生物量则有较大影响.     

亚油酸对铜绿微囊藻的抑制机理

为有效利用化感物质控制水华藻类,实验探讨了亚油酸对铜绿微囊藻的抑制机理.结果表明,采用亚油酸处理铜绿微囊藻后,铜绿微囊藻的叶绿素a含量下降、细胞外液中电导率、OD260增加;细胞O2 、MDA产生增多; SOD酶活力和比活力、谷胱甘肽-过氧化物酶(GSH-Px)酶活力在前4d内应激性升高,SOD同工酶的谱带在亚油酸浓度为0.1mg/L时表达增强.在亚油酸抑藻的实验组中同时加入抗氧化剂维生素C后, O2 的产生减少,藻生物量增加.因此推测亚油酸的抑藻机理可能是通过O2 的产生,引起细胞质膜的膜质过氧化,造成细胞膜通透性的改变,并导致DNA等生物大分子的损伤,从而抑制了叶绿素a以及有关蛋白质的合成,最终使藻细胞死亡与溶解.     

药剂抑制铜绿微囊藻生长的试验研究

研究用从芦苇中提取的2-甲基乙酰乙酸乙酯和大麦秸浸出液两种化感物质以及十六烷基溴化铵和异噻唑啉酮等四种药剂对不同生长期的铜绿微囊藻进行了对比抑制试验,结果显示在铜绿微囊藻生长的迟缓期投加试验药剂效果比在对数期投加效果都好,在迟缓期投加四种药剂,都有很好的抑藻效果;在铜绿微囊藻生长的对数期投加化感物质,虽然有一定的抑藻率,但效果较差,而在藻对数期投加10mg/L以下的CTAB和异噻唑啉酮能达到很好的水华抑制效果。同时发现,化感物质在某些浓度时还对铜绿微囊藻有刺激生长的作用。     

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.     

过氧化氢对铜绿微囊藻的损伤效应研究

采用室内培养的方法研究了不同浓度H2O2对铜绿微囊藻(Microcystic aeruginosa)藻细胞的损伤效应.结果表明,H2O2浓度越大,对藻细胞的毒害作用越大.24 h之后,铜绿微囊藻藻细胞数、叶绿素a、类胡萝卜素和蛋白质含量及总抗氧化能力(T-AOC)都快速下降,而MDA含量显著增加,同时培养基中的H2O2含量也迅速降低;随着处理时间的增加,毒性效应逐渐增强;72 h之后,藻细胞各指标值都降得很低,MDA含量也增加到最大,培养基中H2O2也逐渐被消耗和分解,藻细胞的损伤效应也达到最大.其中,H2O2浓度为50 mg·L-1时,能够有效的去除藻细胞,并且对藻细胞的生理指标及抗氧化能力都有很强的损伤效应.     

凤眼莲化感物质对铜绿微囊藻、斜生栅藻生长及细胞数相对比例的影响

为探索化感物质在蓝藻水华治理方面的应用潜力,选取在凤眼莲根系分泌物中发现的5种化感物质（亚油酸、亚油酸甘油酯、丙酰胺、N-苯基—2-萘胺和壬酸）,研究了3种剂量下（0.1、1.0、10.0mg.L-1）其对单一、混合培养铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响.结果发现,化感物质成分、剂量和藻类培养方式对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长...     

阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的化感作用

通过对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的藻液D680、叶绿素a、电导率(EC)值以及超氧阴离子自由基O.2-含量的测定,研究了不同浓度的阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的生长抑制作用及其机制.结果表明,阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻的生长均产生"低促高抑"作用,浓度高于100 mg.L-1的阿魏酸和香豆素对铜绿微囊藻表现出明显的抑制作用,200 mg.L-1的阿魏酸和香豆素第6 d的平均抑藻率分别为80.3%和58.0%.在高浓度阿魏酸和香豆素抑制作用下,铜绿微囊藻的叶绿素a含量迅速降低、EC值和O.2-含量明显增大,说明化感物质可能通过破坏细胞膜、增加O.2-含量、降低叶绿素a含量等作用抑制藻细胞的生长.此外,种子发芽实验结果表明,阿魏酸较香豆素毒性小.     

Growth inhibition and oxidative damage of Microcystis aeruginosa induced by crude extract of Sagittaria trifolia tubers

Aquatic macrophytes are considered to be promising in controlling harmful cyanobacterial blooms. In this research, an aqueous extract of Sagittaria trifolia tubers was prepared to study its inhibitory effect on Microcystis aeruginosa in the laboratory. Several physiological indices of M. aeruginosa, in response to the environmental stress, were analyzed. Results showed that S. trifolia tuber aqueous extract significantly inhibited the growth of M. aeruginosa in a concentration-dependent way. The highest inhibition rate reached 90% after 6 day treatment. The Chlorophyll-a concentration of M. aeruginosa cells decreased from 343.1 to314.2 μg/L in the treatment group. The activities of superoxide dismutase and peroxidase and the content of reduced glutathione in M. aeruginosa cells initially increased as a response to the oxidative stress posed by S. trifolia tuber aqueous extract, but then decreased as time prolonged. The lipid peroxidation damage of the cyanobacterial cell membranes was reflected by the malondialdehyde level, which was notably higher in the treatment group compared with the controls. It was concluded that the oxidative damage of M. aeruginosa induced by S.trifolia tuber aqueous extract might be one of the mechanisms for the inhibitory effects.     

营养盐恢复对氮磷饥饿铜绿微囊藻生长的影响

在自然水体中微囊藻经常经历营养盐的限制和再补充,营养盐浓度的波动影响着微囊藻的生长和暴发.本文利用14C标记和荧光定量PCR研究了营养盐恢复对氮磷饥饿的铜绿微囊藻细胞生理和光合作用相关基因表达的影响.结果表明经过氮磷饥饿的铜绿微囊藻在补充营养盐后,都能快速生长,氮饥饿的藻细胞生长更快,但其经过快速增长期后很快开始衰亡.补充营养盐后,经过磷饥饿的藻细胞固碳能力和光合作用相关基因表达很快恢复至未经饥饿藻细胞的水平,而经过氮饥饿的藻细胞其固碳能力和相关基因虽然有很大提升,却难以恢复至未经饥饿的藻细胞的水平.这可能也是氮饥饿的藻细胞在饥饿解除后虽然能暂时地快速生长,但很快又进入衰亡的原因之一.     

凤眼莲对铜绿微囊藻生长及藻毒素与营养盐释放的影响

针对目前我国凤眼莲治理富营养化水体技术的规模化应用现状,考虑到大面积控养的凤眼莲与暴发的水华蓝藻(尤其是产毒铜绿微囊藻)会在湖湾区短期内密集共存的情况,开展了凤眼莲对产毒铜绿微囊藻生长、生理特性、藻毒素生产与释放影响的研究,另外,也考察了短期共存下藻类营养盐释放与凤眼莲对藻毒素积累的情况.半连续共培养实验结果表明,凤眼莲能够有效抑制铜绿微囊藻的生长,促进藻细胞的衰亡.虽然凤眼莲未对铜绿微囊藻光合系统Ⅱ的电子传递产生影响,但减少了其光合系统中的藻蓝蛋白(PC)含量和藻蓝蛋白/别藻蓝蛋白(PC/APC)水平,10%和20%水体交换率处理的PC/APC水平第8 d时分别降至相应空白对照的54.93%±7.07%和55.81%±1.97%.凤眼莲对铜绿微囊藻形成了一定的氧化伤害,最终促进其抗氧化系统中超氧化物歧化酶比活显著下降,丙二醛含量显著提高,10%和20%水体交换率处理的丙二醛含量第8d时分别升至相应空白对照的2.95倍±0.074倍和2.22倍±0.086倍.凤眼莲通过促进蓝藻的衰亡和分解,加速了营养盐的释放.12 d内,可溶性总氮浓度回升到初始水平,而水体可溶性总磷的释放速度比氮营养盐更快.另一方面,凤眼莲并没有促进铜绿微囊藻毒素的生产,也没有使水体藻毒素含量显著提高.相反,和自然衰减不同,短期内显著促进了水体藻毒素的降解,第12 d时10%和20%水体交换率处理的水体藻毒素分别下降至12.07μg·L-1±0.63μg·L-1和11.36μg·L-1±0.04μg·L-1.而凤眼莲整株的藻毒素短期积累量(FW)仅为5.95 ng·g-1±0.76 ng·g-1.增加水体交换率能够在一定程度上减缓凤眼莲对铜绿微囊藻的伤害,减缓营养盐的释放速度,但对水体藻毒素消减的影响不显著.     

水网藻种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究

研究了不同浓度水网藻种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用以及对叶绿素a和抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD)的影响.结果表明,水网藻种植水对铜绿微囊藻的抑制效果明显,20%～80%浓度的种植水第8 d的平均抑藻率达到98.9%,藻细胞几乎全部死亡.在种植水的作用下藻细胞叶绿素a含量迅速降低,叶绿素a遭到破坏.实验前2 d由于受到活性氧的刺激铜绿微囊藻抗氧化酶活性增加,且都高于对照组,随着抗氧化酶活性达到极限,活性氧开始积累并破坏细胞的正常代谢,抗氧化酶活性迅速降低,80%浓度的实验组至第8 d时SOD、CAT、POD活性分别仅为31、6、5 U.mg-1.水网藻种植水经过高温处理后对铜绿微囊藻基本没有抑制作用,说明种植水中的抑藻物质具有热不稳定性.     

Microcystis aeruginosa/Pseudomonas pseudoalcaligenes interaction effects on off-flavors in algae/bacteria co-culture system under different temperatures

We conducted an experiment to study the interaction effects of Microcystis aeruginosa and Pseudomonas pseudoalcaligenes on off-flavors in an algae/bacteria co-culture system at three temperatures (24, 28 and 32°C). Gas chromatography–mass spectrometry was applied to measure off-flavor compounds dimethyl sulfide (DMS), dimethyl trisulfide (DMTS), 2-methylisoborneol, geosmin (GEO) and β-cyclocitral. During the lag phase of co-cultured M. aeruginosa (first 15 days), P. pseudoalcaligenes significantly increased the production of DMS, DMTS and β-cyclocitral at all three temperatures. In the exponential phase of co-cultured M. aeruginosa (after 15 days), M. aeruginosa became the main factor on off-flavors in the co-culture system, and β-cyclocitral turned to the highest off-flavor compound. These results also indicated that DMS, DMTS and β-cyclocitral were the main off-flavor compounds in our M. aeruginosa/P. pseudoalcaligenes co-culture system. Univariate analysis was applied to investigate the effects of M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes on the production of off-flavors. The results demonstrated that both M. aeruginosa and P. pseudoalcaligenes could increase the production of DMS and DMTS, while β-cyclocitral was mainly determined by M. aeruginosa. Our results also provide some insights into understanding the relationship between cyanobacteria and heterotrophic bacteria.     

预氯化对铝盐混凝铜绿微囊藻过程中溶解性有机物和残余铝的影响

以铜绿微囊藻为对象,研究了预氯化过程中藻胞内代谢物释放及铝盐混凝除藻过程中残留铝的变化规律.结果表明,氯投量对胞内物质释放量和释放有机物特征有重要影响.与未投加氯的对照体系相比,在较低氯投量时(1~2 mg·L-1),水中有机物浓度升高26%~31%,UV254值升高46%~49%,且有机物主要为中等分子量(2191、2830和3168 Da)和高芳香度的有机物.增大氯投量至3~4 mg·L-1,水中有机物浓度和UV254值有所下降;就不同分子量有机物而言,大分子量有机物(16304 Da)浓度升高而中等分子量有机物(2830、3168和6163 Da)浓度下降,且出现少量小分子量有机物(180 Da).分子量较大或芳香度较高的溶解性有机物在铝盐混凝中可被优先去除.释放到水中的蛋白质能与铝盐形成可溶性蛋白质-混凝剂复合物,从而导致出水铝浓度升高,但增大铝投量可在一定程度上降低残留铝浓度.