蓝藻不同类型胶被提取方法

胶被作为蓝藻细胞外的一层功能性结构,其提取方法仍不清晰完善.本研究选取具有不同胶被形态的鱼腥藻Anabaena sp.和念珠藻Nostoc sp.为实验材料,通过归纳近10年有关藻类胶被的提取方法,总结影响胶被提取效果的主要因素(温度、提取剂浓度、时间等)范围,并设置一系列因素及其梯度的双因素实验和正交实验对胶被提取方法进行优化,观察提取过程中藻细胞形态、自发荧光以及藻细胞密度变化.结果表明,粘液可通过离心法与藻细胞分离;荚膜提取的硫酸水浴法的最优条件为:1 mol/L、60℃、30 min,氢氧化钠水浴法为:0.01 mol/L、50℃、20 min;鞘提取的最优方法条件为氢氧化钠水浴法(0.01 mol/L、80℃、40 min)和超声法(20 kHz,30 W,on:3 s,off:3 s,2 min)结合处理.此外,通过高效液相色谱法测定提取的蓝藻胶被多糖组分,结果显示,鞘具有较强的疏水性,未水化为粘液或RPS,而荚膜中含有的氨基葡萄糖(1.261±0.02 mg/g)使得荚膜比鞘更具有粘附力.将本研究得到的荚膜和鞘的最优提取法运用到胶被形态以荚膜和鞘为主的其他藻种,均有很好的提取效果.本研究可为后续进一步揭示不同类型胶被的功能作用提供技术支撑.     

蓝藻光合氮同化的特征与分子调控机理研究进展

水华蓝藻的生物学特性及其竞争优势、蓝藻水华的形成与维持机制等科学问题,一直是国内外研究的热点。氮素是诱发蓝藻水华暴发的重要营养盐,蓝藻对氮素的同化与其光合作用密切偶联。然而,水体中氮素存在多种形态,不同形态氮素对蓝藻生长和水华发生的影响具有显著差异。因此,了解蓝藻光合作用特征及其同化不同形态氮素的机制和策略,对深入理解蓝藻水华的发生机理具有重要意义。本文在蓝藻的光能捕获与激发能转移、光合电子传递、碳浓缩机制及CO₂同化等光合作用过程及其特征综述的基础上,对蓝藻摄取、同化5种主要氮素形态(NO₃^-、NO₂^-、NH₄⁺、尿素和N₂)的分子机制及其特征进行了解读,总结了蓝藻细胞光合碳、氮同化的耦合关系及调控机制;并指出了该领域的未来发展方向,以推动该方向的深入研究。     

微囊藻毒素生物学功能研究进展

我国淡水水体蓝藻水华的频繁发生已成为我国目前和今后长时期内面临的重大水环境问题.微囊藻(Microcystis)因其产生对人类健康具有危害的微囊藻毒素而尤其受到重视.研究者对构成蓝藻水华的主要种类、微囊藻毒素的毒性、毒理等方面的认识逐渐明晰,但对微囊藻毒素生物学功能的了解还相对较少.本文对微囊藻毒素的产生,尤其是近年来随着技术的发展在微囊藻毒素生物学功能方面的研究开展讨论:总结了微囊藻毒素可能作为化感物质、参与光合作用、在微囊藻的越冬或复苏中可能发挥的作用以及可能参与微囊藻群体形成及维持等4个方面的生物学功能;分析了微囊藻毒素作为信号分子的研究现状;探讨了全球气候变化及实验室模拟条件下微囊藻毒素产毒与无毒株的竞争,并对微囊藻毒素未来的研究热点及组学技术可能在其研究中的应用进行了展望.     

噬藻体对蓝藻种群密度的调控及其对水体中物质循环的影响

噬藻体是环境中一类以蓝藻为主要宿主的浮游病毒.由于其能特异性裂解蓝藻细胞,因而成为蓝藻种群密度的重要生物调控因子,并被探讨用作蓝藻水华的潜在生物治理方案.噬藻体与蓝藻的相互作用机制可以降低宿主细胞丰度、改变浮游生物群落构成,促进碳、氮、磷等关键生命元素在水体中的生物地球化学循环过程.本文总结了近60年来分离的噬藻体及其...     

中国蓝藻的新记录属——双囊藻属(Geminocystis)及分类和生态学讨论

现代分子生物学技术为蓝藻的生物多样性研究提供了更多信息和证据.单细胞蓝藻——双囊藻属（Geminocystis）是2009年从集胞藻（Synechocystis）分离出来的新属.2017年5月从青海湖的封闭子湖——月牙湖采集分离到一株单细胞蓝藻藻株,16S rRNA基因序列显示此藻株和双囊藻的藻种显示出最高的相似性,都在97%以上,并且在分子系统树聚为一束.此株的细胞结构以及超微结构显示,细胞纵轴具有窝式结构以及类囊体不规则的排列等双囊藻属所具有的特征.双囊藻是我国蓝藻的新报道纪录属,本研究还对双囊藻的分类和生态进行了讨论.     

蓝藻水华对羽摇蚊(Chironomus plumosus)幼虫N2O排放通量的影响

底栖动物是湖泊生态环境的重要组成部分,在泥水界面氮循环中扮演着重要的作用,是一个潜在的N_2O排放源,但其在富营养化湖泊中N_2O排放机制还不清楚.通过室内微宇宙实验,采用气相色谱和现代分子生物学相结合的技术,研究蓝藻存在时底栖动物摇蚊幼虫排放N_2O特征及其内在生物学机制.结果显示底栖动物羽摇蚊幼虫(Chironomus plumosus)肠道是N_2O排放的主要场所,约占活体释放通量的77%.蓝藻存在时羽摇蚊幼虫的N_2O排放通量减少60%左右,肠道内细菌多样性明显下降,肠道中β-变形菌相对丰度增加21%,δ-变形菌相对丰度减少62%,从而改变肠道内细菌群落结构;同时肠道内nir S基因多样性显著增加,出现较多的nir S型反硝化菌的表型,硝酸盐的还原作用得到增强.研究结果有助于揭示富营养化湖泊底栖动物摇蚊幼虫的环境效应,丰富湖泊氮素生物地球化学循环的新过程.     

江西柘林湖水华蓝藻——长孢藻(Dolichospermum)的形态多样性及其分子特征

长孢藻是具有产多种蓝藻毒素及异味物质潜在能力的丝状异形胞蓝藻.为了探究长孢藻的生物学特性,我们从江西柘林湖分离24株长孢藻,经形态鉴定分成4个种类,分别为浮游长孢藻(Dolichospermum planctonicum)、近亲长孢藻(D. affine)、卷曲长孢藻(D. circinale)、螺旋长孢藻(D. spiroides). 16S rRNA基因序列表明柘林湖长孢藻与日本等地区的长孢藻高度相似,但只有近亲长孢藻与日本近亲长孢藻在分子系统进化树上聚为一支.基于16S-23S rRNA之间高变异性的ITS序列分析,4种长孢藻的D1-D1'螺旋结构相同,藻丝为直型的浮游长孢藻、近亲长孢藻与藻丝为弯型的卷曲长孢藻、螺旋长孢藻的Box-B、V3螺旋结构差异较大.通过对毒素和异味的分子生物学检测显示24株长孢藻均不产毒,但是4株浮游长孢藻及1株卷曲长孢藻含有土腥素合成基因.本研究不仅对柘林湖水华蓝藻的多样性以及潜在生态风险提供科学的基础资料,也在流域层面上为鄱阳湖的水生态系统研究和保护提供了一定的科学基础.     

蓝藻膦酸酯代谢及其生态意义研究进展

膦酸酯是新近发现的一类生物可利用磷,其广泛存在于水生生态系统,是水体有机磷库的重要组成,构成水体磷氧化还原循环的关键环节。随着研究的深入,越来越多的蓝藻藻株被证实参与膦酸酯的生物利用与合成,有助于阐明其适应低磷环境的机制,促进了对蓝藻磷策略与水体磷循环的全面理解,具有重要的生态学意义。与此同时,蓝藻对膦酸酯的利用性状,使得膦酸酯作为环境污染物与蓝藻磷源的双重作用开始显现,这会对水体浮游生物竞争格局的研究产生深远影响;而蓝藻的甲基膦酸代谢也被认为是水体好氧甲烷发生的来源之一。本文回顾了蓝藻膦酸酯利用与合成的研究历史,对目前蓝藻膦酸酯代谢过程生态风险与生态意义的研究进展进行了梳理,并对这一领域未来发展趋势进行了评述。     

蓝藻水华暴发过程中的浮力调节机制

随着工业和经济的发展,水体富营养化以及由此导致的蓝藻水华现象频发,严重影响水生态安全及健康。蓝藻水华形成过程包括休眠、复苏、生物量增加以及上浮聚集形成肉眼可见的水华4个阶段。蓝藻自身的生长机制是引发水华的重要原因,其中浮力调节机制是其重要的生存策略之一,在春季复苏、夏季大量增长及最终上浮至水体表面形成水华阶段均具有重要作用。了解蓝藻浮力调节机制及其在水华过程中的作用对于了解蓝藻生长特性及水华形成机理具有重要意义。气囊及细胞镇重物是常见的浮力调节机制。除此以外,新的研究发现光照条件下单细胞蓝藻产生的大量氧气泡可促使蓝藻上浮至水面形成水华。同时,野外蓝藻常以群体状态存在,群体内部形成的细胞间隙及光照条件下产生的大量氧气是促使蓝藻上浮至水体表面的另一重要原因。野外蓝藻群体在其内部形成微环境,其理化性质可随外界环境的改变发生快速变化,群体内外微环境相互作用,共同影响群体内部细胞间隙中溶氧浓度及浮力。了解蓝藻浮力调节机制及群体内部微环境理化性质对深入了解蓝藻的生长特性及从微观层面分析水华形成机理具有重要意义。本文综述了水华暴发过程中蓝藻的主要浮力调节机制,以期为从微观层面探明蓝藻水华暴发机理提供...     

水华蓝藻产毒的生物学机制及毒素的环境归趋研究进展

本文介绍并评述了蓝藻水华中最常见的毒素——微囊藻毒素的产生途径和环境归趋的国内外研究进展.主要内容包括:微囊藻毒素的来源、结构和一般特性;微囊藻毒素的分子合成机制、分布、产生规律及其功能;以及微囊藻毒素的环境归趋.重点介绍了在毒素环境归趋研究方面的重要突破,指出了该领域研究中存在的问题和今后研究的重点方向.     

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。     

基于GOCI数据的太湖蓝藻垂向迁移特征及关键影响因素

蓝藻水华频繁暴发是太湖面临的主要环境问题之一,蓝藻聚集上浮是表层水华形成的前提。为探究蓝藻垂向迁移与水华日变化之间的关系,阐明蓝藻垂向迁移的关键影响因素,基于2015-2020年地球静止海洋彩色成像仪(GOCI)数据,分析了太湖不同湖区蓝藻水华日变化过程,发现太湖蓝藻水华垂向迁移的日变化主要呈现上升、下降、先上升后下降三种类型,且不同湖区存在差异。统计分析和偏最小二乘法结构方程模型(PLS-SEM)结果表明,水环境因子对蓝藻垂向迁移过程影响较小,累积光辐射是驱动蓝藻垂向迁移的主要气象因子。气温升高有利于蓝藻持续维持上浮能力,前一天风速较大且当天风速较小会加速蓝藻上浮。相较于沿岸湖区,湖心区受累积光辐射、风速的影响更大,蓝藻水华日变化过程更剧烈。本研究水环境因子数据为逐月数据,为深入探究水环境因子对蓝藻垂向迁移的影响后续还需进行高频监测研究。本文结果有助于探明浅水湖泊蓝藻水华形成机制,为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警及治理提供理论支撑。     

基于高频高光谱近感观测量化风对蓝藻水华的影响

全球气候变化显著影响湖泊理化环境和生态系统演化,对生态系统服务造成负面影响甚至引发生态系统灾变,其中风速下降可能促使富营养化湖泊蓝藻水华的暴发和水面漂浮集聚。以往由于较低的观测频次,往往很难精细量化风对蓝藻水华的影响。利用陆基高光谱近感观测技术,基于分钟小时尺度开展周年高频观测,通过对6—10月蓝藻生长期太湖表层水体叶绿素a浓度统计分析,量化蓝藻水华高频动态变化特征,确定蓝藻水华漂浮集聚的风速阈值。研究发现,随着风速的下降,水体表层叶绿素a浓度随之增加,蓝藻水华出现概率也随之增加。概率分析显示,当近地面风速小于2.5 m/s时,湖泊表层比较容易形成明显肉眼可见的蓝藻水华,藻华发生概率为55.1%。长时间持续的低风速容易诱发蓝藻水华形成和漂浮集聚,强风浪事件后低风速出现1～2天叶绿素a往往就能恢复以往较高水平,这为管理者有效防控蓝藻水华提供了新视角。长期气象观测显示,气候变化影响下太湖地区风速呈现显著下降趋势,增加了蓝藻竞争优势和发生概率,有助于其在表面漂浮集聚。在未来的气候变化情景下,如果风速继续呈现下降趋势,在营养盐条件不变情况下湖泊表层蓝藻水华发生概率可能还会上升,增加蓝藻水华防控...     

黄色的蓝藻水华

随着全球气候变化和水体富营养化,在过去几十年中蓝藻水华改变了全球的淡水生态系统.蓝藻因独有的藻蓝蛋白而大多呈现蓝绿色,因此其水华也常称为蓝绿藻水华.然而随着蓝藻水华关注度的不断提升,尤其是监测和研究的不断深入,经常在水体中发现蓝藻水华出现黄化的现象.例如,太湖出现的黄色蓝藻水华,冬春季以长孢藻属(Dolichospermum)水华为主,夏秋季以微囊藻属(Microcystis)水华为主.即使外观看起来是蓝绿色的蓝藻水华,但仔细观察形成蓝藻水华的群体颗粒,也有部分呈现黄色,反之亦然.实际上,鉴于色素组成的差异性,也许水体中就没有两个颜色完全一致的蓝藻群体颗粒.目前对于黄色的蓝藻水华及其形成机理,国内外鲜有报道和研究.光照和氮限制被认为是最有可能的原因.在关注蓝藻水华黄化的同时,更应该关注和研究这些颜色变化给蓝藻水华及水环境所带来的风险和挑战,尤其是对水生态管理工作的启发和意义.     

湖泊蓝藻水华防控方法综述

由于人类活动和全球气候变化的叠加影响,湖泊富营养化和蓝藻水华仍是未来相当长一段时间内的水生态环境问题.蓝藻水华暴发会引发湖泊生态系统的灾害和饮用水安全风险,因此湖内蓝藻水华防控必不可少.现有蓝藻水华防控长效方法主要基于营养盐控制理论、浅水湖泊稳态转换理论和生物操纵理论,技术措施包括内源营养盐控制、生态修复、生物操纵.应...     

基于视频监控图像的环巢湖蓝藻实时动态监测

蓝藻的防控与治理是湖泊水环境、水生态管理的重要内容,实时获取蓝藻的空间分布信息对于降低蓝藻灾害风险具有重要意义.针对地面调查费时费力、卫星遥感监测粒度较粗且时效性不强等问题,本文提出了一种基于视频监控网络的湖泊蓝藻实时监测技术.基于环巢湖视频监控网络的33个功能摄像机,研究如何从视频图像中实时、准确提取蓝藻的分布信息.为克服不同摄像头的观测角度不一致、光照强度和背景条件不一致等诸多挑战,在视频图像蓝藻表征分析的基础上,通过多尺度深度网络进行图像粗粒度分类,区分蓝藻与浑浊、阴影水体;基于随机森林进行蓝藻精细化识别,克服蓝藻的强异质性.最后以渔政站沿岸水域的日均蓝藻覆盖率和月均蓝藻覆盖率为统计单位,开展了巢湖沿岸蓝藻的动态监测.研究成果可为科学制定蓝藻治理方案提供技术支撑.     

太湖蓝藻水华的年度情势预测方法探讨

在太湖、巢湖、滇池、洱海、三峡水库等我国重要湖泊和水库,蓝藻水华时常发生但年际之间藻情往往有较大差异,给蓝藻水华的防控物资及人员投入、湖库水源地水质安全保障带来较大的挑战,亟待探索周年尺度的蓝藻水华强度预测方法.本文收集了太湖连续15年的蓝藻水华情势观测数据和同步的气象、水文数据用于构建蓝藻水华预测模型,提出了利用遥感反演的蓝藻水华面积(A_(BL))及人工观测的水体浮游植物叶绿素α浓度([Chl.a]_(LB))共同表征的蓝藻水华强度指标(BI).分析了太湖年尺度的BI值与环境条件的关系,提出了基于年初能够掌握的气象、水文、营养盐等综合环境指标进行年度BI预测的统计模型.结果表明,太湖年度BI值与冬季及初春(12-3月)日均水温(WT_(12-3))、冬春季有效积温(AT_(12-3))、前一年降雨总量(RF_(YB))等环境因子呈显著正相关,与冬季及初春的水体总氮(TN_(12-3))、溶解性总氮(DTN_(12-3))、总磷(TP_(12-3))及溶解性总磷(DTP_(12-3))不存在统计上的显著相关关系.此外,本研究开展了基于上述因子(BI为因变量,其余环境因子为自变量)的多元(或一元)回归分析,并遴选出最优模型.总体而言,最优模型的模拟计算结果与实测浓度具有较高的一致性,因此本研究得出的模型对太湖蓝藻水华年际强度预测具有较高精度.本研究对太湖等富营养化湖库蓝藻水华的中长期预测具有指导意义.     

寡—中营养型水体偶发性蓝藻水华的驱动因素分析——以南京方便水库为例

寡—中营养型水体中,虽然营养盐水平偏低,但仍会偶发性出现较为严重的蓝藻水华现象,其具体机制仍有待深入探索研究. 本研究以偶发水华水体方便水库为例,通过历史数据分析和调查研究,探讨了其水华蓝藻的优势类群,并分析了蓝藻水华形成的主要驱动因素. 研究发现：方便水库优势的水华蓝藻为浮丝藻和长孢藻,这两种丝状蓝藻是发生偶发性蓝藻水华的潜在风险物种,其中浮丝藻的发生风险最高,风险时段为7—9月. 方便水库多年来营养盐浓度呈现下降的趋势,其中总氮浓度的下降趋势快于总磷浓度,整体有利于蓝藻水华的防控,但是营养盐的波动,尤其是随着降雨导致的地表径流入库对水体总磷的脉冲式补充,降低了水体氮磷比,增加了水库偶发蓝藻水华的风险; 在营养盐满足的条件下,水温、高锰酸盐指数和氧化还原电位是发生浮丝藻水华的主要驱动因素,氧化还原电位、水温和透明度是发生长孢藻水华的主要驱动因素. 本研究结果有助于提升对偶发性蓝藻水华机制的认识和应急处置工作的精准性.