两株海水氮降解菌的分离鉴定及其无机氮去除特性初步研究

为解决海水养殖环境中的无机氮污染问题,从河鲀(Takifugu rubripes)养殖池塘的水体和底泥中筛选出2株可有效去除氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的菌株——盐单胞菌(Halomonas sp.DN3)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis HC),并初步探讨了2株菌在不同无机氮源中的氮去除特性。研究表明,2株细菌均具有较好的无机氮去除效果。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的单一氮源基础降解液中,菌株DN3对氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的去除率分别为84.1%、62.1%和98.8%;菌株HC对三者的去除率分别为81.2%、49.0%和90.3%。在氨态氮去除过程中,虽未检测到硝态氮和亚硝态氮的积累,但从系统的氮收支分析,总氮浓度均显著下降,推测可能存在硝化过程;在硝态氮和亚硝态氮去除过程中,菌株DN3还原硝态氮时具有亚硝态氮的积累,菌株HC氧化亚硝态氮时具有硝态氮的积累。而从总氮浓度均有下降推测,可能存在好氧反硝化过程。在初始无机氮浓度为42 mg·L~(-1)的混合氮源基础降解液中,2株菌均具有良好的同步去除无机氮能力。以氨态氮和亚硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率分别为75.4%和66.6%;以氨态氮和硝态氮为氮源时,菌株DN3和HC的总无机氮去除率为69.5%和75.6%,2株菌在2种混合氮源中的氨态氮去除率均在90.0%以上。综合分析,菌株DN3和HC对无机氮去除机制主要以菌体的同化作用为主,同时推测具有一定的硝化和反硝化作用。研究结果表明,菌株DN3和HC均可高效去除无机氮,其在海水养殖水环境调控中具有潜在的应用价值。     

长江口沉积物-水界面无机氮交换通量的模拟测定

通过对长江口水下沉积物-水界面可溶态无机氮(DIN=NO3- NO2- NH4 )的交换行为研究发现,低潮时近口点(A)沉积物是水体DIN的汇(-2006.99μmol/(m2·h)),而靠近口外点(B)沉积物是水体DIN的源(1848.27μmol/(m2·h))。但高潮时,A点沉积物转变为水体DIN的源(1880.97μmol/(m2·h)),而B点的沉积物转变成为DIN的汇(-956.64μmol/(m2·h))。在距河口较远高低潮盐度变化微弱的地点(P),沉积物始终是水体DIN的源(1872.41μmol/(m2·h))。高低潮海水盐度的变化对沉积物中微生物活动的影响是导致这一变化的主要原因。     

细基江蓠繁枝变型对水体硝态氮变化的生理响应

通过静态模拟实验,比较研究了6个硝态氮(NO3--N)摩尔浓度水平(0,10,20,40,60,80μmol/L)下培养的细基江蓠繁枝变型(Gracilariatenuistipitatavar.liuiZhangetXia)的丙二醛(MDA)、游离脯氨酸含量以及硝酸还原酶(NR)、超氧化物酶歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性的变化。结果表明,随着水体NO3--N摩尔浓度的逐渐增加,细基江蓠繁枝变型NR、SOD和POD的活性均呈现先增加后下降的显著变化(P<0.05),膜脂过氧化产物MDA含量随水体NO3--N摩尔浓度的变化则呈相反的趋势(P<0.05);游离脯氨酸含量则与水体NO3--N摩尔浓度呈正相关(r=0.9161)。综合分析结果认为,单独以硝态氮为氮源时,20μmol/L的供氮水平能使细基江蓠繁枝变型处于相对最佳的生理状态。     

温度、氮浓度和氮磷比对长心卡帕藻(Kappaphycus alvarezii)吸收氮速率的影响

分别在室内培养箱、海滨室外跑道池和不同自然海区,通过一次性和半连续添加营养、以及检测海区水质和藻体生长的方法,研究了不同氮浓度、温度和氮磷比条件下,长心卡帕藻氮吸收速率的变化和氮吸收速率随时间变化,以及栽培该藻的环境生态贡献。小型实验、中试放大和海区规模栽培结果表明:(1)在10—50μmol/L范围内,该藻吸收氮速率随氮浓度增加而增大;(2)当氮浓度一定时,氮磷比在1—50范围内对该藻吸收氮速率没有产生显著影响(P>0.05);(3)温度对该藻吸收氮速率有显著影响(P<0.05),其中温度在28℃时氮的吸收速率最高;(4)尽管一次性添加营养实验中长心卡帕藻吸收氮速率随时间变化表现出先快后慢的趋势,但是进一步的半连续添加营养实验证实,导致吸收速率下降系底物氮浓度限制,而不是藻本身吸收能力下降,结果还显示卡帕藻具有连续吸收同化无机氮能力;在自然光温度变化和不受底物浓度限制条件下,该藻藻体去除无机氮效率最大维持在0.3μmol/(gFW·h);(5)海南陵水黎安海湾水质数据显示,栽培该藻去除海水富营养化和净化水质作用显著,其去除海水富营养化的年贡献为33t氮素。     

裙带菜配子体和幼孢子体的光合作用特性

裙带菜(Undariapinnatifida)幼孢子体光合作用效率和能力明显超过配子体,在17℃时,幼孢子体的饱和光强和最大净光合放氧速率分别为61.90μmol/(m2·s)和139.98μmol/(mg·h),而雌配子体分别为46.75μmol/(m2·s)和71.16μmol/(mg·h);幼孢子体所含光合色素的含量明显高于配子体;此外,配子体77K荧光发射光谱的长波荧光发射峰在741nm处,而幼孢子体在705nm处。     

利用稳定同位素(15N)示踪技术研究浮游藻类氮素吸收速率特征

浮游藻类对溶解态氮的吸收同化是湖泊氮生物循环和水体富营养化发生机制探讨的关键环节。本文通过~(15)N稳定同位素添加实验以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、海链藻(Thalassiosira sp.)、卡德藻(Tetraselmis sp.)、剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)以及盐水隐藻(Rhodomonas salina)为研究对象,从浮游藻类氮素吸收时间、营养盐基质以及藻种差异三个方面研究五种藻类对铵氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)、尿素氮(Urea-N)三种形态氮的吸收特征。研究发现:(1)浮游藻类对三种形态氮的吸收均在1h时吸收速率最高,其氮素吸收过程为快速吸收。(2)浮游藻类优先吸收还原态氮,其中NH_4~+-N吸收速率最高,当培养周期为1d和4d时浮游藻类对NH_4~+-N吸收速率的均值分别为4.05和4.15μmol/(L·h);浮游藻类对Urea-N吸收相对偏好系数为25.18—713.42,表现出对小分子溶解态有机氮的特定偏好性。(3)不同藻种对氮素吸收具有不同特征,其中,剧毒卡尔藻对三种形态氮的吸收速率均为最高,而铜绿微囊藻的吸收速率均为最低;不同藻种不同培养时间氮素吸收速率差异与浮游藻类生长周期等特性有关。不同浮游藻类对不同形态氮素表现出吸收特异性,对水体氮负荷和浮游藻类水华优势种形成将产生重要影响。     

菊花江蓠(Gracilaria lichenoides)对N、P吸收效应及其细胞超微结构变化

通过设置5个N/P浓度梯度和3个N浓度下的4个N:P梯度,进行了江蓠对N、P的短期(O-4h)和长期(第14天)吸收速率(SNUR和LNUR)以及短期和长期吸收效率(SNUE和LNUE)的研究,同时观察了5个N/P浓度梯度对江蓠细胞超微结构的影响.结果表明:N∶P比为16∶1时,江蓠对N、P的SNUR和LNUR均最大(P＜0.05); N/P为1200/75和960/60μmol/L浓度时,分别对N和P的SNUR最大,达12.85和0.79μmol/(gDW·h),但此N/P浓度下长期培养的江蓠叶绿体结构存在不同程度的损伤;而N/P浓度480/30μmol/L时,对N和P的LNUR均最大值4.23和0.31 μmol/(gDW·h).江蓠对N、P的SNUE和LNUE在介质N/P 60/3.75μmol/L时为最高,而在1200/75 μmol/L时为最低(P＜0.05).     

渤海和南黄海沉积物中氨氧化微生物对硝化潜势的相对贡献

硝化作用是海洋氮循环的核心过程。作为硝化过程关键步骤的氨氧化过程的主要参与者,氨氧化古菌和氨氧化细菌对硝化作用的相对贡献是海洋氮循环关注的热点问题之一。本文选取渤海和南黄海20个站位的表层沉积物,通过微宇宙培养实验研究了沉积物中氨氧化古菌和氨氧化细菌对硝化潜势的相对贡献。结果表明,渤海和南黄海海域表层沉积物中潜在硝化速率(以氮计,下同)为0.004 6～0.283 1μmol/(g·d),其中氨氧化古菌潜在硝化速率为0.004 3～0.274 3μmol/(g·d),氨氧化细菌潜在硝化速率为0.000 4～0.056 0μmol/(g·d)。氨氧化古菌是硝化潜势的主要贡献者,在渤海海域的贡献率为59.79%～97.95%,在南黄海海域的贡献率为18.47%～94.26%。渤海海域潜在硝化速率显著高于南黄海海域。此外,本研究海域中盐度是影响潜在硝化速率的关键环境因子,对渤海海域的分析则表明越高的NO₃^-浓度可能指示着越高的硝化潜势。在河口及近海沉积物中,氨氧化古菌在硝化过程中起着更加重要的作用;河口和近岸沉积物硝化潜势总体高于远海。本研究为进一...     

裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体培养条件的优化

以日本三陆地区的裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体为实验材料,采用双因素完全交叉分组实验,研究了温度(18℃、21℃、24℃、27℃)、光照强度(50μE·m~(-1)·s~(-1)、80μE·m~(-1)·s~(-1)、110μE·m~(-1)·s~(-1)、140μE·m~(-1)·s~(-1))、培养方式(静置培养、磁力搅拌培养、充气悬浮培养)、接种密度(0.1g/L、0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L)对裙带菜配子体生长的影响。结果显示,光强和温度等环境因素以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响。21℃、50μE·m~(-1)·s~(-1)的条件组合是实验中配子体培养的最佳条件。在培养的第5d到第10d之间,裙带菜配子体克隆的细胞增长率最大,可在第10d对配子体进行继代培养,使其保持较高的增长率。培养方式和初始接种密度以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响,初始接种密度为0.1~0.2g/L的充气培养条件是配子体培养的最佳条件组合。本实验得出,日本三陆裙带菜雌配子体克隆扩培的最适培养条件为:温度21℃、光强50μE·m~(-1)·s~(-1)、接种密度0.1~0.2g/L,充气悬浮培养。     

包埋脱水法冷冻保存裙带菜配子体克隆的研究

将裙带菜配子体克隆包埋在含3%褐藻酸钙的胶球中,研究了预培养中的蔗糖浓度和培养时间,脱水过程中的脱水速率和胶球含水量以及化冻速度对配子体克隆的存活率和发育能力的影响,结果表明含裙带菜配子体克隆的胶球在0.3 mol/dm3的蔗糖培养基中培养9 h可以获得较高的存活率;胶球最适平均脱水速率为含水量的5%每小时,最适含水量为25%;较快的化冻速度可以显著提高配子体克隆的存活率,在优化条件下存活率可高达66%;经过冷冻保存的裙带菜配子体克隆在适合发育的条件下能够正常形成孢子体.     

基于转录组测序对两种氮素营养条件下多形微眼藻氮代谢途径的解析

探究微藻的氮代谢通路对了解其对不同氮源利用的分子机制具有重要意义。本研究利用Illumina高通量测序技术对两种氮素营养条件下(硝酸氮和尿素)多形微眼藻的转录组进行分析,通过基因功能注释及数字基因表达谱分析,研究了多形微眼藻细胞内氮代谢的调控机制。结果检测出15种参与氮代谢的酶,对应76个编码基因,构建了多形微眼藻的氮代谢通路图。其中10个酶编码基因在两种不同氮素营养条件下存在差异表达,最显著的是谷氨酸合成酶、谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶相关基因。有机氮源(尿素)实验组中,多形微眼藻细胞内的硝酸盐还原酶、亚硝酸盐还原酶等基因的差异表达明显高于无机氮源(硝酸钠)实验组,表明当环境中的氮源为尿素时,会对多形微眼藻细胞内硝酸盐的转化和利用有一定影响。本研究初步阐述了硝酸盐、尿素的吸收转运对多形微眼藻细胞内氮代谢的影响机制,可为硅藻在不同氮素营养条件下的吸收利用机制及氮代谢响应研究提供依据。     

球形棕囊藻对不同氮源的吸收利用机制

本文以球形棕囊藻为实验材料,从营养盐利用及生理生化角度研究了不同氮源对其生长的影响。研究结果表明:球形棕囊藻以尿素为氮源的藻密度以及叶绿素a浓度均高于以NH_4Cl或NaNO_3为氮源的藻密度以及叶绿素a浓度;硝酸盐还原酶(NR)及脲酶(urease)活性表达受培养基中氮源浓度及吸收速率调控,硝酸盐还原酶在以NaNO_3为氮源条件下活性最高,脲酶在以尿素为氮源条件下活性表达最强;通过比较不同条件下硝酸盐还原酶活性及脲酶活性,发现脲酶活性远高于硝酸盐还原酶活性,这可能是以尿素为氮源条件下球形棕囊藻藻密度更高的主要原因。研究还发现,氮饥饿状态的球形棕囊藻对NH_4~+具有很高的初始吸收速率,8h左右将NH_4~+快速吸收耗尽,在随后的实验期间保持着较低且平稳的比生长速率,可见球形棕囊藻能快速吸收氨氮并储存在细胞内,当培养液中氮源耗尽后用于维持细胞的增长。     

沼泽湿地土壤中硝态氮和铵态氮物理运移研究进展

沼泽湿地土壤是氮的重要储库,发挥着源、汇和转化器的重要功能。湿地土壤中无机氮的物理运移不但影响着植物的养分供给状况,而且其对于湿地生态系统的结构、功能及健康状况等也有着深刻影响。综述了沼泽湿地土壤无机氮物理运移及影响因素的研究动态。当前湿地土壤无机氮物理运移的研究主要集中在硝态氮和铵态氮(特别是硝态氮)物理运移规律及部分影响因素(如水分条件、土壤物理性质等)的探讨上,缺乏无机氮物理运移的动力学、热力学机制与模型表征研究。鉴于当前研究中存在的问题,指出天然沼泽湿地是研究的薄弱点,其在今后应亟需加强的领域包括:①无机氮物理运移的驱动机制;②动力学、热力学与环境效应模型表征;③人类活动和全球变化对无机氮物理运移的影响。     

长江总氮和有机氮的分布变化与迁移

1997年11-12月(枯水期)，1998年8月和10月(丰水期)，对长江从金沙江至河口干流和主要支流、湖泊入江口总氮、总溶解氮、总有机氮等进行调查。结果表明，长江水中各种形态氮的浓度，枯水期明显高于丰水期，支流明显高于干流；长江TN和TDN在枯、丰期具有基本类似的迁移变化过程；DIN是长江水的TDN的主要存在形式，丰水期TDN的迁移变化主要取决于DIN；TDN是长江水中TN的主要存在形式，TN的迁移变化主要取决于TDN或者由DIN和TON共同决定；丰水期各种形态的氮中只有有机氮比较容易为悬浮颗粒物质所吸附；长江干流枯水期TDN浓度与长江径流呈较好的线性正相关关系；枯水期TN、丰水期TN和TDN浓度与长江径流的正相关主要发生在上游，这与长江水中氮主要来自于面源有关。     

球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的氮氧稳定同位素分馏研究

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮是一种全球范围的生态灾害,而硝酸盐稳定同位素技术是研究海洋富营养化与赤潮暴发机制的前沿技术。为将该技术应用于球形棕囊藻赤潮暴发机制方面的研究,首先需了解其同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏特征。为此开展了球形棕囊藻室内培养实验,获取培养过程中氮、磷、硅等营养盐的浓度及硝酸盐氮、氧稳定同位素(δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-)等参数的变化特征,计算球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏系数。结果显示,NO₃^-和PO₄^3-浓度随培养时间均呈现先明显下降后稳定的特征,同时伴随直径2~3mm的囊体出现并生长至2~3cm。NH₄⁺浓度先后两次出现升高,推测可能是受到有机氮矿化过程的补充所致。随NO₃^-浓度降低,δ¹⁵N和δ¹⁸O的值分别在第13天和第7天达到相对峰值。经计算,球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程δ¹⁵N和δ¹⁸O分馏系数分别为3.32‰±0.38‰和3.12‰±0.59‰,而前者的分馏系数呈逐渐降低的特点,原因可能是随球形棕囊藻生长,发生酶还原的NO₃^-较参与跨膜运输的NO₃^-比例逐渐升高。研究首次给出了球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程的氮、氧稳定同位素分馏系数及其变化特征,补充了海洋微藻同位素分馏数据库,为稳定同位素技术研究球形棕囊藻赤潮暴发的营养机制提供了重要的基础数据。     

海马齿对不同盐度水质的碳汇作用以及不同形态氮利用的研究

为探讨海马齿(Sesuvium portulacastrum)对水域环境修复作用,本文研究了水培海马齿对不同盐度水质的碳汇作用以及不同形态氮的利用情况。实验设计0、10、20、30、35盐度梯度,海马齿水培时间82 d,然后测定植株干重、营养元素含量以及积累速率,最后在抑菌与不抑菌条件下研究海马齿根际与铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、无机磷(PO₄^3-)以及色氨酸(Trp)吸收转化关系。研究结果表明,盐度10条件下海马齿植株干重、有机元素含量以及积累速率最高,有机碳、有机氮与有机磷积累速率分别为(5.572±1.611)、(0.313±0.058)、(0.057±0.013)mg/(d·ind.),而高盐环境35盐度条件下对海马齿生长造成一定胁迫。盐度0～35范围,海马齿均未出现死亡现象。不同盐度抑菌培养条件下,色氨酸与无机氮共存时均能被能被海马齿利用,色氨酸利用量远高于硝态氮、铵态氮;不抑菌条件下铵态氮则表现出增加的结果。海马齿作用在盐度...     

日本刺沙蚕对饵料中氮的利用及其对盐度变化的响应

运用实验生态学的方法探讨不同盐度下(15、20、25、30和35)日本刺沙蚕(Neanthes japonica)对饵料中氮的利用情况.结果表明,盐度对日本刺沙蚕的摄食氮、生长氮、粪便氮、氮的饵料转化率和特定生长率均有显著性的影响,它们均有随盐度升高而增加的趋势,到达最大值后(盐度30左右),又随盐度的升高而下降.排泄氮随盐度的变化趋势与此相反.盐度对氮的表观消化率没有显著的影响.根据回归方程计算得到日本刺沙蚕的最佳氮生长盐度为28～29.实验结果还显示日本刺沙蚕在适宜盐度下获得较高的氮生长主要归因于较高的氮摄食和氮的饵料转化率.盐度对日本刺沙蚕氮收支各组分均存在显著性影响,其中排泄氮的比例在盐度25时最小,而后随盐度的升高或降低都明显增大,这与生长氮和粪便氮比例的变化趋势相反.粪便氮的比例变化并不剧烈,范围为7.50%～9.41%.因此,排泄氮的比例和生长氮的比例主导着日本刺沙蚕的氮收支模式.日本刺沙蚕在5个盐度下的平均氮收支方程为100CN＝49.01GN+42.45UN+8.54FN,其中,CN为摄食氮;GN为生长氮;UN为排泄氮;FN为粪便氮.此外,作者还对水生动物氮收支的模式做了初步的探讨.     

不同氮源、磷源对链状裸甲藻生长与酶活性的影响

为揭示链状裸甲藻(Gymnodinium catenatum)对不同氮源和磷源营养条件的适应机制,通过在不同营养盐浓度和形态条件下对链状裸甲藻进行一次性培养,探究了氮源、磷源对链状裸甲藻生长和酶活性的影响。结果显示,链状裸甲藻可在多种形态氮和磷的条件中生存,其中链状裸甲藻在氮浓度0～800μmol/L范围内对NH₄Cl的亲和性最高,在磷浓度0～32μmol/L范围内对三磷酸腺苷(ATP)的利用能力最低。不同氮形态处理组中,培养初期谷氨酰胺合成酶在NH₄Cl为氮源的条件下活性表达最强;培养中后期,谷氨酰胺合成酶和脲酶在尿素为氮源条件中表达最高,而各处理组中的硝酸还原酶活性均较低,表明链状裸甲藻在低硝酸盐环境中没有竞争优势。不同磷形态处理中,各组碱性磷酸酶活性随培养时间先升高后降低,酸性磷酸酶活性(除ATP处理组外)逐渐降低。ATP为磷源的处理组具有最高的碱性磷酸酶和酸性磷酸酶活性,其他三个处理组酶活性表达相似。研究发现不同氮源和磷源显著影响链状裸甲藻的生长,藻细胞可通过调节谷氨酰胺合成酶、脲酶、碱性磷酸酶和酸性磷酸酶的活性对不同形态营养盐进行利...     

微小亚历山大藻(Alexandrium minutum)的氮磷吸收、生长、产毒动态变化

采用浮游植物计数法、高效液相色谱串联质谱法、分光光度法等分析方法,探索了微小亚历山大藻(Alexandrium minutum)在批次培养过程中氮磷吸收、产毒、生物量、p H等参数的动态变化关系。结果表明,微小亚历山大藻对磷的吸收迅速,可以将磷储存于体内,待生长使用。该藻对氮的吸收相对缓慢,环境中氮缺乏时,产毒量不再增加,说明氮对产毒有着重要的调控作用。在第二对数期中出现了碳限制环境,导致叶绿素a在碳限制条件下无法表征藻的生物量,相反,叶绿素a和生物量呈负线性关系,可能是叶绿素转化成其它含碳物质,用于生长。毒素不仅存在于细胞体内,培养液中(胞外)也含有毒素,并且胞外毒素从稳定期开始逐渐升高。胞内毒素的组成中GTX1/4占据绝对优势,GTX2/3含量相对较少。生长延缓期和第一对数期,各种毒素组成比例相对稳定,而在随后的生长期内,GTX1/4在总毒素中的占比逐渐上升,GTX2/3占比逐渐下降,表明微小亚历山大藻毒素组成会随着生长周期的变化而发生变化。     

象山港氮、磷营养盐环流和分布规律的研究

采用定点监测分析方法,研究了象山港狭湾内设置的六个固定站位1992-2007年时间段内的硝酸氮(NO3-N)、亚硝酸氮(NO2-N)、铵氮(NH4-N)和磷酸盐(PO4-P)浓度的监测数据,探讨了象山港狭湾内(122°00'E以西)氮、磷营养盐的环流和分布规律.结果表明,(1)除个别年份外,16年内硝酸氮、亚硝酸氮、铵氮和磷酸盐浓度的空间分布,从港顶1号站向港口6号站呈降低趋势,其中以PO4-P、NO2-N的降低趋势最为明显,而NH4-N的降低趋势相对较弱.(2)NO3-N的空间变化规律较为复杂,并且3号站的浓度往往达到最大值.(3)无论是平水期(4月)还是丰水期(7月),表层盐度均低于底层,而表层温度高于底层;盐度从港顶1号站向港口6号站递增,而温度递减.这种分布规律基本上可用余环流模式进行解释,但余环流输运并不是促使营养盐入海的唯一原因,潮振荡的垂向剪切造成的纵向弥散和潮混合亦对营养盐输运有重大贡献.(4)与1992年相比,2007年各站的NO3-N浓度几乎都增加了一倍,PO4-P浓度增幅更大,说明象山港的氮、磷污染与日俱增.