汾河太原河段水华藻类分类及分子系统研究

2012-2016年,每年的春、夏、秋季对汾河太原河段进行浮游植物样品采集.通过对样品的形态观察和描述,共鉴定出5种水华优势种,5月发生的裸藻水华优势种为裸藻属的膝曲裸藻(Euglena geniculata)和血红裸藻(E.sanguinea).而7-9月发生的微囊藻水华优势种为微囊藻属的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、挪氏微囊藻(M.novacekii)和惠氏微囊藻(M.wesenbergii).分离纯化共得到11株单克隆水华藻,其中铜绿微囊藻8株,挪氏微囊藻2株,血红裸藻1株.运用cpcBA-IGS、gyrB和cpSSU基因序列构建分子系统发育树,进一步确定水华藻的系统分类地位,结果表明cpcBA-IGS是研究汾河太原河段铜绿微囊藻分类很好的分子标记,而cpSSU基因可很好地区分血红裸藻和其他裸藻种.     

有机改性粘土对铜绿微囊藻的絮凝去除

如何有效的去除富营养化水体中频繁出现的藻华,已成为湖泊环境治理中的一个迫切问题.通过用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性的原位沉积物为介质,利用搅拌器和沉积物再悬浮发生装置来研究烷基铵盐改性物质絮凝去除铜绿微囊藻细胞的作用和效果.结果表明,烷基铵盐和粘土的添加量分别为0.3g/L和0.2g/L,搅拌停止30min后,其去除效率达83.9%:在絮凝沉降500min后,水体中藻细胞去除率可达98.9%,较能有效的絮凝沉降藻细胞;同时水体的浊度也有相应的提高.电镜扫描表明这种活性剂形成的网捕包膜作用对藻细胞的沉降起到了重要作用.但烷基铵盐的杀菌作用可能会造成藻细胞内含物向水体释放的风险.     

PAC改性粘土处理蓝藻水华对水环境的影响

利用改性粘土治理蓝藻水华堆积的湖泊近岸区域以及发生水华的养殖水体成为应急治理蓝藻的重要措施,然而负载有毒藻体的改性粘土沉积水体可能引发的安全性风险尚缺乏研究.选取PAC改性粘土作为研究对象,通过模拟实验,研究改性粘土处理蓝藻水华后沉积水体对负载的藻细胞结构、水体营养盐与藻毒素的释放与削减以及对其他水体功能性细菌(硝化、反硝化细菌)的影响.结果表明,PAC改性粘土的施用对低水华水体蓝藻细胞的去除率为96.04%±0.99%,高水华水体与低水华水体施用的去除率之间差异不显著,PAC改性粘土的施用能够在较长的时间内有效地控制水体中的蓝藻浓度.透射电镜结果表明,PAC改性粘土沉降蓝藻第4 d后,蓝藻细胞膜出现了一定程度的不完整,细胞内规则的类囊体片层结构出现了实质性损伤.随着粘土负载蓝藻细胞的损伤,水体中的总可溶性氮浓度迅速上升,但总可溶性磷浓度仍可在较长一段时间内维持在较低水平.PAC改性粘土施用后,水体的总细菌数与空白对照组趋于一致,但硝化、反硝化细菌数却呈显著下降趋势.PAC改性粘土施用下的藻毒素释放风险主要集中在高水华水体.高水华水体中,PAC改性粘土施用导致藻毒素MC-LR和MC-RR加速释放,其最高峰值分别达到空白对照组的1.69±0.09和2.04±0.09倍,但水体MC-LR浓度达到安全限(1μg/L)的时间明显比空白对照组早8 d.此外,PAC改性粘土的施用并没有导致水体中Al~(3+)和Cl~-浓度超标.     

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)与三种丝状蓝藻间的相互作用

研究了单细胞铜绿微囊藻和三种丝状蓝藻（水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻）间的相互作用,包括以下两个方面的内容：①铜绿微囊藻细胞滤出液对水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻生长的影响;②水华束丝藻、水华鱼腥藻及土生席藻细胞滤出液对铜绿微囊藻生长的影响．研究发现,当滤出液浓度为60％（滤出液与BG11的体积比为3：2）时,铜绿微囊藻细胞滤出液对水华束丝藻、水华鱼腥藻的生长有显著促进效果,尤其对水华束丝藻的作用更加明显;对土生席藻的生长却起着微弱的抑制作用,仅表现于100％细胞滤出液中．对铜绿微囊藻而言,土生席藻细胞滤出液对其的生长起着显著抑制作用,浓度越高、抑制作用越强;而水华束丝藻、水华鱼腥藻仅在100％细胞滤出液中才表现出微弱的抑制作用．为验证营养盐浓度差异是否影响滤出液的作用效果,进行了无机营养盐（NO3-N、NH4^＋-N、PO4-P）干扰的消除试验．结果表明,无机营养盐（（NO3-N、NH4^＋-N、PO4-P）的改变并不影响滤出液的作用效果,从而我们推测水华蓝藻之间存在着化感作用．本研究为解释自然水体中藻类种群演替的原因,深入认识水华蓝藻的动力学机制提供了新的实验证据．     

温度对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和鱼腥藻(Anabaena sp.)生长及胞外有机物产生的影响

以巢湖优势种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和鱼腥藻(Anabaena sp.)为研究对象,研究不同温度(35、25和10℃)对这两种藻生长特性和胞外有机物产生的影响.结果表明,温度对铜绿微囊藻和鱼腥藻的藻细胞密度、碱性磷酸酶活性和胞外有机物浓度影响显著.25℃是铜绿微囊藻和鱼腥藻最适宜的生长温度,最高细胞密度分别达到3.12×107cells/ml和2.03×107 cells/ml.不同温度下两种藻的碱性磷酸酶活性特征,证实了高温对鱼腥藻生长的抑制和低温对铜绿微囊藻生长的抑制.胞外有机物释放总量受蓝藻生物量和单位细胞有机物释放速率的影响.铜绿微囊藻的溶解性有机碳和胞外总多糖释放量在25℃最高,最大值分别为49.28和38.46 mg/L;而鱼腥藻在35℃时释放量最高,最大值分别为45.82和40.60 mg/L;10℃条件抑制了两种藻的生长及胞外有机物的释放.鱼腥藻胞外多糖含量在35℃培养条件下最高,而铜绿微囊藻在10℃条件下最高,说明不利的生长条件会促进蓝藻胞外多糖的分泌.三维荧光图谱分析结果表明,铜绿微囊藻和鱼腥藻胞外有机物以类蛋白质和类腐殖酸为主,温度主要影响藻细胞胞外有机物浓度,而对有机物种类组成没有影响.     

低浓度硝态氮促进微囊藻累积多聚磷酸盐

2016年以来太湖总磷浓度高位波动而总氮浓度持续下降,藻细胞内源性磷释放是湖泊水体总磷的重要来源,而多聚磷酸盐作为藻细胞内磷的储存库,其含量变化会显著影响藻细胞内源性磷的释放量.针对上述现象,开展了不同硝态氮浓度影响野外水华蓝藻及实验室纯培养的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)利用磷特别是合成多...     

两种改性粘土去除群体状铜绿微囊藻的比较

实验采用壳聚糖和聚合氯化铝改性高岭土,进行以铜绿微囊藻为优势种的水华蓝藻去除的比较研究,研究采用动力学手段,通过去除效率的比较,得到线性方程:壳聚糖改性高岭土投加量(y)与藻细胞浓度OD68(x)和叶绿素a含量(x)之间的关系分别为:y=0.0349x-0.0019、y=0.0524x-0.009;聚合氯化铝改性高岭土投加量(y)与藻细胞浓度OD68(x)和叶绿素a含量(x)之间的关系分别为:y=0.0351x+0.0065、y=0.0676x-0.0059,壳聚糖改性粘土除藻的最适pH范围为5-8,聚合氯化铝改性粘土除藻的最适pH范围为5-9,pH范围相对较宽,电子传递速率分析表明壳聚糖改性粘土处理后1个月内藻趋于死亡,聚合氧化铝改性牯土处理过的藻,一周内藻开始黄化,衰老.     

浮游绿藻对沉水植物苦草生长的抑制作用

水体中氧化还原电位的变化会对藻类生长和竞争产生直接或间接的影响.本文采用单种培养和混合培养的方式,研究了在铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)与斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)竞争生长过程中氧化还原电位降低对铜绿微囊藻优势形成的影响,同时测定了铜绿微囊藻生理和形态的变化.结果表明:在单种培养条件下,铜绿微囊藻的生长速率明显高于栅藻,降低氧化还原电位对两种藻的生长速率没有影响;在混合培养条件下,两种藻的生长均受到了抑制,但降低氧化还原电位却明显提高了铜绿微囊藻的生长速率,而降低了斜生栅藻的生长速率,说明铜绿微囊藻的竞争能力得到了加强,斜生栅藻的竞争能力有所削弱;同时试验也发现在竞争生长的条件下,培养基氧化还原电位的降低诱导了铜绿微囊藻细胞体积变大,酯酶活性增强以及叶绿素荧光强度增加,这些生理参数的改变可能是铜绿微囊藻在环境中氧化还原电位降低时竞争能力得以增强的重要原因.     

片状微囊藻(Microcystis panniformis)——中国微囊藻属的一个新记录种

目前全球范围内先后有50多种微囊藻被描述记载,国内最新研究报道有12种.根据采自太湖的野外藻类样品,确定了中国微囊藻属的一个新记录种——片状微囊藻(Microcystis panniformis),对其分类学的形态特征进行详细的描述,并对其和分类学上相近的属种Pannus以及微囊藻属的鱼害微囊藻(M.ichthyoblabe)、铜绿微囊藻(M.aeruginosa)和水华微囊藻(M.flos-aquae)等的区分进行讨论.     

三峡水库香溪河库湾蓝藻水华暴发特性及成因探析

2008年夏季,香溪河库湾自三峡水库建库以来第1次暴发蓝藻水华,水华波及整个库湾,持续时间达1个月之余.为了解这次水华暴发特性及发生原因,本文对蓝藻水华的发生发展过程进行了跟踪调查,6-7月水华发生期间每周采样1次.调查表明本次蓝藻水华的优势种为鱼腥藻(Anabaena sp.)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)等,细胞密度高达3.82×10⁸ cells/L,蓝藻相对密度达到90%以上.本文将2008年5-7月与2007年同期理化指标比较发现,2007年5月的N:P为18.6,而2008年5月的N:P较低,为6.2,据文献报道N:P < 8有利于微囊藻的复苏,因此2008年水华前期的低N:P利于微囊藻的复苏,为微囊藻在适宜条件下的大量增殖提供了种源基础.方差分析表明,2008年5-7月各采样点真光层深度显著高于2007年同期,使得底泥中的微囊藻获得一定强度的光照而复苏,这可能是2008年蓝藻水华在香溪河库湾暴发的原因之一.综上所述,在具备充足的营养盐基础、较强的水体稳定性以及较高水温的前提下,香溪河库湾水华发生前期较低的N:P以及较高强度的光照可能是微囊藻复苏的诱导因子,为蓝藻水华暴发提供了种源基础.     

浮游植物对湖泊水体生态重建的响应——以太湖五里湖大型围隔示范工程为例

根据太湖五里湖湾生态重建大型围隔示范工程的现场观测结果,分析了湖泊生态重建措施对浮游植物的影响,结果显示:(1)在生态重建的第一年,尽管生态重建区内种植了大量水生植物,水体氮磷含量也有较大幅度的下降,水体透明度也被提高了近一倍,但是藻类却大量生长,并暴发了蓝藻水华;第二年,生态重建区的环境条件逐渐对藻类(包括蓝藻和其中的微囊藻)产生了抑制作用,开始出现藻类生物量下降趋势;表明生态重建措施(以水生植被重建为中心的生态系统重建组合措施)可以在较短时间内(当年)建立起一定规模的水生植物群落,有效降低水体氮磷营养盐,提高水体透明度,但要在较短时间内(2年内)完善一个较大的水生态系统结构、有效降低藻类生物量(特别是夏季)有一定困难.(2)尽管氮磷营养盐对水体藻类总量增加有较大影响,但并不是蓝藻大量暴发的决定因素,上行作用力对蓝藻的控制(bottom-up effort)表现弱于下行作用力(top-down effort).(3)较低的TN/TP比值(15.9-35.6,平均30.5)既是蓝藻水华暴发的原因,也是其作用的结果,其可能有利于蓝藻的大量暴发.(4)生态重建措施较大幅度地改善了水环境,但并没有显著提高藻类多样性指数(Shannon index),因此,单凭藻类多样性指数并不能完全反映水环境改善状况,在评价水环境质量方面需要结合其它多种指标进行综合评估.     

广东省高州水库水华过程中蓝藻群落的动态特征

2009年1-4月,高州水库发生了规模较大的粘质鱼腥藻(Anabaena mucosa)水华,最高藻细胞密度达3.4×107cells/L,并在2010年的同一时期再次出现,这也是粘质鱼腥藻首次在广东省水库水体形成水华.为了解该水库蓝藻水华发生的特点,本文于2009年8月到2010年7月对高州水库进行了逐月采样,分析了...     

基于多源遥感数据的巢湖水华长时序时空变化(2009—2018年)分析与发生概率预测

湖泊富营养化导致的水华问题严重影响了淡水资源的利用和保护,快速、全面、准确的监测水华信息对于湖泊水环境的治理具有十分重要的意义.本文以巢湖为研究区域,利用多源光学遥感影像和时空融合技术,采用波段融合的方式将NDVI指数波段加入到遥感影像当中,并通过监督分类解译水华信息,以此揭示2009-2018年10年间巢湖水华的时空变化规律.结果表明：巢湖发生的水华以零星和局部水华为主,2012年巢湖水体首次出现区域蓝藻水华;巢湖水华的季节变化性强,夏、冬半年水华变化差异大,其中2018年季节间的差异最为显著;巢湖水华后五年发生频率明显高于前五年,西半湖水华较东半湖严重,且巢湖西北部是水华的高发区域,2011年水华开始向沿岸蔓延,2014年水华首次出现在西南湖区,2016年巢湖水华高发区域新增巢湖东部和中部地区.另外,本文根据巢湖的相关气象数据,构建了Logistic水华气象风险概率预测模型,模型平均预测准确率高达87.52%.探究巢湖水华长时序的时空变化规律有助于从宏观上把握其动态趋势,为后续湖区治理以及周边生态环境建设提供理论依据,水华气象风险概率预测模型可为巢湖水华的预警和防控提供决策支持.     

基于NEB试验的不同湖泊夏季营养物投入与藻类响应关系的比较:以淀山湖、小兴凯湖和洱海为例

淀山湖、小兴凯湖和洱海分别处在不同的营养阶段,夏季都存在蓝藻水华现象,有效控制蓝藻水华应控氮还是控磷一直存在争议.本研究采用营养物加富生物测试的试验方法,研究和比较三个湖泊限制性营养元素(N和P)夏季对浮游藻类生长的刺激作用,并采用多因素方差分析和两两比较方法(LSD)检验试验结果的显著性.结果表明:淀山湖(TN/TP=10左右)、洱海(TN/TP=29左右)、小兴凯湖(TN/TP=9左右)在夏季分别表现出显著的氮响应、氮磷双重响应、氮响应;较低氮磷比的营养程度较高的湖泊(淀山湖和小兴凯湖)夏季应控制氮含量,若添加氮更容易引发蓝藻(微囊藻)水华,而高氮磷比的初期富营养化湖泊(洱海)夏季应同时控制氮磷含量,同时添加氮磷的交互作用容易引发蓝藻(微囊藻)水华.     

三峡水库神农溪2008年夏季铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华暴发特性

对三峡水库一级支流神农溪2008年夏季蓝藻水华进行调查,结果表明神农溪蓝藻水华优势种是铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),暴发水域面积约0.2 km2,持续时间约50 d.本次水华暴发与水体总磷浓度呈正相关,温度、降雨、光照和营养盐等对水华暴发具有重要影响.研究发现尽管神龙溪水域总体处于中-富营养状态,但局部水域由于水流缓慢、水体滞留时间长、营养稀释扩散速率小,在夏季出现富营养化状态,这是蓝藻水华暴发的根本原因.建议开展包括流域综合治理在内的环境整治,确保神农溪水体生态环境的稳定.     

超声波处理对微囊藻群体光合活性和沉降过程的影响

关注微囊藻群体在超声处理下光合活性变化及超声解除后的浮力恢复情况,可以为超声波控藻技术提供理论依据和数据支撑,具有重要的实践意义.本研究采用处理后水柱中叶绿素a浓度的垂向分布比例和叶绿素荧光变化情况分析微囊藻群体在超声波处理下的光合活性变化和沉降过程.结果表明,适量的超声处理(35 kHz、0.0353 W/cm~3)能在避免破裂藻细胞的同时,显著抑制其光合活性;60 s的处理造成了45.5%的光合活性被抑制.然而,在适宜生长条件下,所有实验组藻细胞中受抑制的光合活性均在24 h内恢复至对照组的80%左右.此外,在上述超声条件下,5 s的超声处理能使水柱中叶绿素a浓度在短时间内(0.5 h)的去除率达79.5%.然而,当处理时间小于30 s时,大于90%的沉降藻细胞可在超声解除后的72 h内恢复浮力上浮;而当处理时间延长至60 s以后,藻细胞基本丧失了上浮能力.通过分析发现,超声处理后微囊藻群体的粒径分布对藻细胞沉降及上浮过程起决定性作用,并且还发现微囊藻群体在超声处理时首先表现为藻细胞失去浮力下沉和光合系统受损,进而发生大群体振散.     

钱塘江干流夏季浮游植物群落结构特征及其对水文气象的响应

河流中浮游植物的动态变化能够较好的指示河流水质状况.为探索水文气象过程对筑坝河流浮游植物群落结构的影响,2020年夏季,以钱塘江干流为例,对包括富春江水库在内的11个河段开展了浮游植物群落结构及相关环境因子的调查分析.结果 表明:夏季在钱塘江干流共鉴定出浮游植物6门59属95种,优势属为沟链藻(Aulacoseir、菱...     

Excitation-emission matrix fluorescence and parallel factor analyses of the effects of N and P nutrients on the extracellular polymeric substances of Microcystis aeruginosa

Extracellular polymeric substances (EPS) secreted by phytoplankton can induce bloom formation, and nutrients are considered the key factors that cause algal blooms outbreak. Thus, understanding the characteristics of EPS from blooming Microcystis under the influence of nitrogen (N) and phosphorus (P) is important. In this study, the effects of nitrogen (N) and phosphorus (P) nutrients on EPS released by Microcystis aeruginosa in Lake Taihu were examined in pure cultures. The characteristics of Microcystis EPS were evaluated by excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy with parallel factor analysis (PARAFAC). Results indicated that the fluorescent characterization of EPS was affected more by N than by P. Low N concentration can stimulate cells to secrete large amounts of tyrosine-like substances directly into the culture medium, thus suggesting that Microcystis features a mechanism for adapting to low N conditions. Total fluorescent intensities in the EPS were significantly related to cell biomass. All fluorescent substances in the bound EPS fraction were positively and significantly correlated with Microcystis growth. As for the soluble EPS fraction, the humic-like and tryptophan-like substances were both significantly related to cell biomass, whereas only the tyrosine-like substances were significantly related to cell biomass under low N supply. PARAFAC analysis of the EEM spectra showed that N greatly affected the exudation of tyrosine-like substances and redistribution of the EPS fractions. Thus, protein-like fluorophore could be used as a potential indicator to evaluate the nutritional status of cyanobacteria during cyanobacterial blooms in Lake Taihu.     

湖泊蓝藻多聚磷酸盐代谢机制及功能

大规模蓝藻水华暴发对湖泊水生态系统健康和饮用水安全产生巨大危害,而湖泊水体磷是影响蓝藻水华暴发程度的重要生源要素。应对水体不同磷酸盐浓度,蓝藻高效运行磷酸盐转运系统和磷酸盐特殊转运系统,并合成多聚磷酸盐(聚磷)。蓝藻胞内存在颗粒态、胶体态和可溶态3种形态的聚磷,且不同形态的聚磷分布位置不同。不同蓝藻合成聚磷颗粒的大小、数量和合成期均有所差异。多聚磷酸盐激酶、多聚磷酸盐外切酶、多聚磷酸盐内切酶和P-AMP-磷酸转移酶分别催化聚磷的合成与分解。多聚磷酸盐是二价阳离子的螯合剂,也是磷酸盐及高能磷酸键的储藏库,为细胞生存提供阳离子、磷酸盐和能量,满足蓝藻生命活动过程中生理生化活动所需,具有抵御高温、高pH、紫外线和营养盐缺乏等环境胁迫的生理功能,提升其在不利环境中的生存能力。同时,在蓝藻水华持续暴发、湖泊藻型生境稳态和磷生物地球化学循环过程中聚磷发挥重要的生态功能。因此,蓝藻合成聚磷的分子生物学机制及生态功能研究能够阐明聚磷的存在如何改变湖泊水体—沉积物磷分配、食物网中磷传递等。而开展调控聚磷合成的技术研究,通过控制蓝藻合成聚磷来减轻蓝藻水华暴发规模,将为湖泊水体良性生态系统的重构提供新方法。