洱海水华期间饮用水源区产毒微囊藻和微囊藻毒素-LR的分布特征

水华期间微囊藻毒素的释放会严重影响洱海饮用水源水质安全.应用荧光定量PCR结合酶联免疫法快速检测洱海水华高发秋季(8—11月)主要旅游区和饮用水源地产毒微囊藻丰度和微囊藻毒素LR浓度.结果表明,荧光定量PCR方法能够快速定量洱海中总微囊藻种群和产毒微囊藻丰度,并且能有效预测洱海水体产毒潜能.洱海总微囊藻平均丰度为8.15×10~6copies·L~(-1),9月份均值最高,产毒微囊藻平均丰度为6.42×10~5copies·L~(-1),也于9月达到最高值,占总微囊藻的比例为1.0%~69.8%,水温和TP显著影响洱海总微囊藻丰度,低温、低P是洱海微囊藻水华的限制因子.洱海毒素峰值期为10月上旬,期间水源地微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素全部检出,叶绿素a显著影响总微囊藻毒素和胞外微囊藻毒素分布,说明在一定程度上Chl a值能预测水体微囊藻释放的毒素风险.洱海总微囊藻毒素LR最高值达2.17μg·L~(-1),已超过集中式生活饮用水地表水源地对MC-LR的限值(1.0μg·L~(-1)),表明水华期间洱海饮用水水源安全问题不容忽视.     

洪泽湖有毒和无毒微囊藻丰度及其与环境因子之间的相关分析

为了解洪泽湖有毒和无毒微囊藻丰度及其空间分布,于2014年8月对洪泽湖30个采样点水体的营养盐浓度和Calson富营养化指数(trophic state index,TSI)进行研究,同时采用实时荧光定量PCR技术测定了有毒和无毒微囊藻丰度.结果表明,洪泽湖水体的总氮和总磷浓度平均值分别为1.63 mg·L-1和0.11 mg·L-1,富营养化指数在58.1~73.6之间,洪泽湖水质呈富营养化状态;有毒微囊藻在洪泽湖广泛分布,其丰度在1.13×104~3.51×106copies·m L-1之间,总微囊藻丰度在1.06×105~1.10×107copies·m L-1之间,有毒微囊藻占总微囊藻的比例在8.5%~38.5%之间,平均值为23.6%,有毒微囊藻丰度及其比例均呈现出明显的空间差异性;相关分析结果显示,总微囊藻、有毒微囊藻和有毒微囊藻所占比例三者之间呈极显著正相关性(P0.01),总微囊藻和有毒微囊藻丰度与叶绿素a浓度和TSI有极显著正相关性(P0.01),与透明度有极显著负相关性(P0.01),有毒微囊藻所占比例与叶绿素a、总氮、总磷和TSI有极显著正相关性(P0.01),与TN/TP和透明度有极显著负相关(P0.01).因此,削减洪泽湖总氮、总磷浓度一方面可以降低水体富营养化水平,另一方面有利于抑制有毒微囊藻对无毒微囊藻的竞争优势.     

Fenton试剂氧化降解微囊藻毒素-LR

研究了Fenton试剂氧化降解微污染水体中微囊藻毒素MC-LR的效果,在H2O2浓度1.5mmol·l-1,Fe2 浓度0.10 mmol·l-1,反应温度为25±1℃,pH值为4.18及反应时间为30min的条件下,浓度为0.41mg·l-1的MC-LR去除率可以达到92.4%,降解过程符合准一级反应动力学.Fenton试剂氧化体系能有效地降解MC-LR,特别是在紫外光的照射下,MC-LR的降解速率得到大幅度提高.紫外光能促进Fe3 还原为Fe2 ,所以光助Fenton试剂氧化反应中可以使用Fe3 代替Fe2 .     

浅水富营养化湖泊蓝藻垂向分布特征及其动力机制研究—以太湖为例

蓝藻垂向运动的表征对于理解浅水富营养化湖泊中蓝藻水华的形成过程至关重要.本研究以太湖为研究区,通过野外实验观测,分析蓝藻生物量及颗粒物粒径分布的垂向变化特征,结合一维蓝藻平流运动模型,研究在不同扰动强度和群体粒径下的蓝藻垂向运动规律.结果表明,在低风速条件下(风速小于3 m·s^-1),太湖水体中蓝藻生物量在垂向上分布不均匀,其垂直分布剖线在水表或水柱某一深度形成峰值.当水华发生时,直径> 75μm的蓝藻群体主要聚集在水表,其剖线在水下形成不明显的峰值;在水华未发生时,75～175μm直径范围内的蓝藻群体主要聚集在水深1.2 m处,175～250μm直径范围内的大粒径蓝藻群体仍聚集在水表.垂向运动模拟表明,直径> 100μm的蓝藻群体随光照变化在水柱中进行周期性上浮下沉运动,直径<100μm的蓝藻群体,由于垂向迁移速度较小,在弱扰动条件下聚集在真光层深度附近.不同粒径蓝藻群体的垂向运动规律不同,导致蓝藻生物量垂直剖线在水表和水下形成两类特征峰.     

太湖微囊藻毒素与湖泊物理因素之间的关系

应用酶联免疫吸附法(ELISA)监测了太湖2001年的微囊藻毒素的周年变化,探讨了微囊藻毒素浓度(Microcystin-LR,MCLR)和水温、光照、悬浮质、溶解氧、风浪等湖泊物理因素之间的关系,显示微囊藻毒素在夏秋季节较高,但各采样点微囊藻毒素浓度的最高值及其变化趋势与各采样点所处地理位置,水动力学变化及样点周围水域藻类生长情况等有密切关系,从湖泊物理因素来看,微囊藻毒素浓度受风浪和水温的影响较大。     

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.     

微囊藻毒素降解菌S3的分子鉴定及其降解毒素的研究

对一株具有强降解微囊藻毒紊MC-LR能力的细菌S3进行了分子鉴定.测得该菌16S rDNA为1396bp,GenBank序列登录号为DQ836314.序列比对结果显示,该菌与类芽孢杆菌Paenibacillus validus的相似性达98%.微囊藻毒素降解实验结果表明,该菌能在以微囊藻毒素为唯一碳、氮源的培养基中生长,微囊藻毒紊在72h内减少78.3%,菌株S3的最适生长温度是30℃,最适生长pH值为7.0.     

海河天津段微囊藻及其毒素的空间分布及与水环境因子的关系

采取荧光定量PCR技术及ELISA酶联免疫吸附法,以mcyD基因和PC-IGS基因为靶基因对夏季蓝藻暴发期间海河天津市区段的产毒微囊藻种群丰度和毒素含量进行了研究.结果表明：夏季海河天津市区段微囊藻种群丰度具有明显差异性：产毒微囊藻种群丰度为1.16×10⁴~2.48×10⁷copies/mL占总微囊藻种群的4.25%~28.59%.藻毒素含量最高点为8号采样点天津站,每升水体中藻细胞共含毒素195.51μg,除去藻细胞水中毒素浓度为0.97μg/L.总的来说,海河天津市区段微囊藻总基因拷贝数较高,产毒微囊藻丰度在不同采样点间差异较大,影响水体中微囊藻丰度的最主要环境因素是pH值.海河水体中毒素含量没有超过安全阈值,但是单位体积水体中藻细胞内毒素含量很高,具有较高的毒素释放潜力,可能对下游河口生态系统造成潜在威胁.     

改性蓝藻生物炭促进生物电化学系统阴极氢自养反硝化过程研究

以太湖蓝藻为原料制备不同种类的活性生物炭,并将其投入到生物电化学系统（BES）的阴极促进氢自养反硝化。通过扫描电镜、能谱仪和傅里叶红外光谱对未经改性（ABC-800）、硝酸改性（ABC-800N）和KOH改性（ABC-800K）3组蓝藻生物炭进行观察,并与不加入蓝藻生物炭的对照组进行比较,以考察生物炭促进BES生物阴极的反硝化过程中的电子传递机制。结果表明：ABC-800N表面的N、O元素含量最高,同时与电子传递能力及生物相容性相关的共轭醌、酮结构的丰度也最高;将蓝藻生物炭投加至BES的非生物阴极中可提高阴极的脱氮效率,ABC-800N投加量为0.5 g时,7 d内脱氮效率达到最高,为96.0%,而对照组仅为29.6%;高通量测序表明,ABC-800N组的优势菌属为Thauera、JGI_0001001_H03、Thiobacillus、Denitratisoma等。

     

Removal of Microcystins by Phototrophic Biofilms. A Microcosm Study (6 pp)

Background, Aims and Scope Microcystins (MCs) are a family of natural toxins produced by cyanobacteria (blue-green algae). As a result of eutrophication, massive cyanobacterial blooms occur more frequently and MCs represent important contaminants of freshwater ecosystems. Bacterial biodegradation is considered a main mechanism for MC breakdown in environmental conditions. While existing studies were mostly focused on MC biodegradation by planktonic bacteria, our experiments examined the fate and kinetics of MC degradation in river-originated phototrophic biofilms and investigated factors influencing the rate of MC removal. Methods The fate of dissolved MCs was studied in laboratory microcosms with different composition (containing water only, water with phytoplankton and/or phototrophic biofilms). Biofilms originated from river ecosystem were pre-incubated under various conditions (with/without presence of cyanobacterial biomass or model organic substrates: glucose and protein - casein). Changes in MC concentration (0-14 days) in water columns were measured by HPLC DAD after external additions of purified MCs (160 μg L-1, MC-LR and MC YR), and halftimes (t1/2) of MC removal were estimated. Results and Discussion The slow degradation of MC was revealed in tap water (t1/2 ~ 14 days) and river water without cyanobacteria (t1/2 ~ 8 days). Enhanced removal occurred in the presence of natural planktonic cyanobacteria (t1/2 ~ 44 h), most probably due to microorganisms associated with the biomass of cyanobacterial bloom. More rapid MC elimination occurred in the variants containing phototrophic biofilms, and was particularly pronounced at those biofilms pre-cultivated in the presence of cyanobacterial blooms (t1/2 ~ 20 h). Much slower removal was observed in the variants simulating possible substrate-dependent induction of microorganism metabolism (biofilms pre-incubated with glucose: t1/2 ~ 35 h, and casein: t1/2 ~ 80 h). After termination of experiments, total amounts of MCs accumulated in the biofilms were below 5% of the initial toxin level revealing significant biodegradation processes. Conclusion The microcosm studies contributed to understanding of the environmental fate of MCs and revealed a rapid biodegradation by phototrophic biofilms. The rate of MC elimination depends on history of biofilm community, previous contact with cyanobacteria seems to be a selective factor improving the biodegradation potential. Recommendation and Outlook Our results experimentally showed a positive role of biofilms in MC elimination during water treatment processes such as bank filtration or slow sand filtration, and could eventually serve for further research of biofilm-based technological applications for MCs removal in small-scale drinking water treatment facilities.