Abiotic factors in colony formation: effects of nutrition and light on extracellular polysaccharide production and cell aggregates of Microcystis aeruginosa

Colony morphology is important for Microcystis to sustain a competitive advantage in eutrophic lakes. The mechanism of colony formation in Microcystis is currently unclear. Extracellular polysaccharide (EPS) has been reported to play an important role in cell aggregate formation of some phytoplankton. Microcystis aeruginosa was cultivated under varied abiotic conditions, including different nutrient, light, and temperature conditions, to investigate their effects on EPS production and morphological change. The results show that nutrient concentration and light intensity have great effects on EPS production in M. aeruginosa. There was a considerable increase in EPS production after M. aeruginosa was cultivated in adjusted culture conditions similar to those present in the field (28.9mg C/L, 1.98mg N/L, 0.65mg P/L, light intensity:100 μmol/(m2s)). These results indicate that abiotic factors might be one of the triggers for colony formation in Microcystis.     

巢湖富营养化的历程、空间分布与治理策略(1984-2013年)

通过文献调研,分析巢湖富营养化的历程及其与合肥市社会、经济与人口发展的关系,同时利用遥感解译和野外调查监测方法分析2012和2013年巢湖主要富营养化指标及蓝藻水华的空间分布特征,并进一步探讨各个阶段湖泊治理措施对巢湖富营养化过程的影响.研究发现:近30年间,1984-1994年是巢湖水质的主要恶化阶段,在1990s中期巢湖的富营养化达到了近30年的峰值,这主要是经济快速发展、污染治理投入有限所致;1995-2007年,巢湖的水质逐步改善,恢复到1980s中期略高的水平,这得益于"九五"和"十五"期间的大量投入,对污、废水进行处理,限制了污染物直接入湖;但是2008年以来,巢湖的水质改善效果并不明显,富营养化维持在较高水平波动,这可能是因为合肥市经济快速发展背景下,原有的污、废水处理后入湖的减排方式已经不能进一步有效削减巢湖的污染负荷.巢湖富营养化在空间分布上呈现西高东低的渐变趋势,这主要是由西部主要入湖河流污染所致.通过对比2012和2013年的空间分布数据发现,2013年主要入湖污染河流河口水质相对2012年均有所好转,其中十五里河河口的好转比南淝河河口明显.综合长期及全湖富营养化水平的变化分析,现阶段巢湖富营养化的治理亟需改变经济发展模式,调整产业结构,实施污废水尾水提标改造、畜禽养殖污染控制和面源污染控制等控源工程,以进一步降低巢湖的富营养化程度.     

稳定同位素技术应用于水域食物网的方法学研究进展

稳定同位素技术是揭示食物网中物质的循环路径和探究消费者、生产者间的营养关系的重要方法.但是,不同的样品处理方法可能引起同位素比值的变动,使得食物网模型的建立和各研究结果间的相互比较存在一定的困难.样品的预处理主要分为四个环节,即保存、分离、酸化和干燥.在水域生态系统中,水体中的颗粒,溶解性有机物质、细菌、浮游动物、藻类、水生植物、鱼类及底栖动物等采集后,通过分离纯化,得到目的样品,-20℃冷冻保存.对于含有无机碳酸盐的生物样品,例如沉积物、含有钙质结构的无脊椎生物、部分浮游生物等需要酸化处理以排除无机碳对6"c测定的影响,1mol/L.HCl滴加可以达到很好的去除效果.对于生物样品δ15N的测定则不需要酸化处理.最后,样品经冷冻干燥或40—70℃低温烘干以备稳定同位素的测定.另外,用福尔马林、乙醇等保存在博物馆里的样品,对于长时间尺度上食物网的重建具有重要的生态学意义.本文系统总结了不同研究中样品处理过程的差异,分析其干扰机制,为进一步的方法学研究奠定了基础.     

不同藻类对温度与磷叠加作用的响应模式

气候变暖对富营养化引起的蓝藻水华扩张具有叠加作用,为探索不同藻类对气候变暖与富营养化叠加作用的响应模式,选用富营养化水体常见藻类铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)作为材料,采用室内培养方法,模拟春末不同升温幅度(20+3、23+3和20+6℃),5个磷浓度水平(0、0.05、0.15、0.30和0.50 mg/L),通过生长速率、光化学参数等的测定,分析不同藻类对温度升高和营养盐添加的生长与光化学响应.结果表明:3种藻的生长速率对温度和磷的叠加作用呈现不同的响应模式:随着磷浓度的升高,铜绿微囊藻的生长速率受温度的叠加作用不断增加,26℃时差异最大;水华鱼腥藻生长速率除在0.30 mg/L磷浓度时受温度叠加作用比较明显外,其他磷浓度水平均没有显著的叠加效应;斜生栅藻在不同磷浓度水平下受温度叠加作用影响有较大波动,但无明显差异.铜绿微囊藻对温度的叠加作用随着磷浓度的增加呈现逻辑斯蒂模式增长,而水华鱼腥藻和斜生栅藻均是在特定温度或特定营养盐浓度时呈现最大的叠加作用,叠加作用的趋势不明显.从Fv/Fm结果可知,铜绿微囊藻下降幅度明显高于水华鱼腥藻和斜生栅藻,随温度升高,磷浓度越高,铜绿微囊藻的Fv/Fm下降幅度越大,这可能是铜绿微囊藻在高生长速率下色素无法积累所致;水华鱼腥藻的Fv/Fm基本保持稳定,各组间差异较小;斜生栅藻的Fv/Fm在低磷浓度组明显低于高磷浓度组,并且随温度升高下降趋势增加,3种藻的光学特性响应反映了藻类在叠加作用下生长的变化.综上所述,铜绿微囊藻对温度上升与磷浓度的升高有更强的响应,导致其产生更高的生长速率,从而促进了蓝藻水华的扩张.     

与微囊藻胞外多糖降解相关的微生物菌群分析

从铜绿微囊藻培养液中提取胞外多糖,化学分析显示其为含8.3%蛋白质的酸性杂多糖.以胞外多糖为碳源接种自然水体的菌群进行富集培养,分析胞外多糖的微生物降解过程及降解菌的组成.结果表明,接种太湖水华期微生物富集菌群后,多糖立即开始被降解,大约在18d后多糖降解过程显著减慢,37d后仍有一部分多糖未能被降解.这些结果说明在自然界中微囊藻胞外多糖是可以被微生物降解的.比较不同水体的菌群对多糖的降解能力后显示,降解菌群只存在于微囊藻水华暴发的阶段.变性梯度凝胶电泳(DGGE)结果显示在整个降解过程中,降解菌群的组成未发生显著变化.对DGGE条带中的DNA片段进行序列分析和系统发育分析表明降解菌群包含以下几类:鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)3个,褐螺菌属(Phaeospirillum)1个,假单胞菌属(Pseudomonas)1个,红环菌科(Rhodoeyclaceae)1个,Hylemonella(无译名)1个,分枝杆菌属(Mycobacterium)1个.     

不同形态磷酸盐对铜绿微囊藻和蛋白核小球藻生长的影响

地表糙度是衡量地表径流形成的一个重要指标．以东北区典型泥炭沼泽——金川泥炭沼泽为例,考虑地表坡度影响,用链条法对不同群落中糙度系数指标进行计算,并以泥炭沼泽中物种多样性、踏头个数以及踏头形态差异变率系数为主,初步分析泥炭泥泽地表糙度的变化机制,结果表明：在芦苇-臌囊苔草群落、臌囊苔草群落和油桦-臌囊苔草-泥炭藓群落三个植物群落中,糙度系数指标的变化与群落中物种丰富度和生物多样性变化相一致;糙度系数变化与踏头个数呈负相关关系,与踏头形态差异变率系数呈正相关关系说明物种多样性越小,生态优势度越大,优势种植物越少,踏头个数越多,踏头形态变率系数越小,微地貌形态发育相对较一致,糙度系数越小;反之,则地表糙度系数越大。     

水生生态系统蓝藻固氮作用研究进展与展望

固氮蓝藻在水生生态系统中占优势是由多种因素所引起的,如营养盐浓度及形态、氮磷比、水温和微量元素等.一般认为,湖泊中正磷酸盐浓度≥0.01 mg/L、溶解性无机氮浓度≤0.1 mg/L时,固氮蓝藻出现,并且低的氮磷比是表征水体中固氮蓝藻出现的重要指标,但引起固氮与非固氮蓝藻分异的驱动机制还需要深入研究.此外,光照、无机氮浓度与形态、异形胞丰度和溶解性有机物对蓝藻固氮速率有重要影响,进而决定蓝藻氮释放通量及对水体中氮库的贡献作用.固氮蓝藻是贫营养盐海域和海洋生态系统中氮库的重要贡献者,但在富营养化湖泊中,其贡献作用还存在争议.因此就目前国内外对固氮蓝藻相关研究做综述,以期待业界同行能够对蓝藻固氮作用及其氮释放对水生生态系统中氮循环的贡献引起重视.     

太湖蓝藻水华的预防、预测和预警的理论与实践

综述了蓝藻水华预防、预测预警的重要意义及其理论与技术体系.基于作者所提出的将蓝藻水华形成分为休眠、复苏、生长和上浮聚集形成水华的"四阶段理论",以及太湖蓝藻越冬、春季复苏和水华形成的时空规律,提出了太湖蓝藻水华的预防理念.综述了国内外蓝藻水华形成与预测研究进展,阐述了蓝藻水华形成关键过程的主导生态因子及其阈值:确定了水华蓝藻越冬的空间分布与生命特征,利用室内模拟实验和野外原位观测与捕捉,得到了蓝藻春季复苏的室内和野外温度阈值分别为14℃和9℃,发现了蓝藻复苏量与有效生理积温呈正相关的基本规律;初步揭示了水华蓝藻生长竞争优势形成的生物学与生态学机理以及光利用策略,利用细胞分裂频率法测定了夏季太湖水华蓝藻的原位生长速率为0.2-0.4;确定了在不同水文气象条件下,水华蓝藻在水体中垂直分布和在不同湖区之间输移的基本格局,发现藻类在水体中各层间百分含量的变异系数随着风浪的增大而减小,进一步证明了蓝藻水华形成是在适当水文气象要素驱动下,已经成为优势种群的水华蓝藻在湖体中空间位置的改变而引起的.建立了太湖蓝藻水华预测模型和工作流程,在2007年和2008年在太湖实施了未来3d的蓝藻水华预测预警,预测分析了2008年全年太湖蓝藻水华情势.对预测结果的回顾性评估与分析表明,目前已有的理论研究结果和预测工作流程可以对太湖蓝藻水华发生概率、发生地点和强度进行预测,预测准确率达到60%-80%.此外,还提出了未来蓝藻水华预测的研究方向.     

利用流式细胞仪研究温度对两种藻竞争的影响

为研究温度对微囊藻优势形成的影响,本试验利用流式细胞仪研究了不同温度时铜绿微囊藻(Microcystis aerugi- nosa)与蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)间的竞争关系,在单独培养和混合培养条件下分别对两种藻细胞密度比值和细胞内叶绿素a(Chla)荧光强度进行了测定．结果表明在本试验条件下,随着温度的升高(18℃,25℃和32℃),混合培养组中微囊藻优势逐渐明显,小球藻Chla荧光强度随着温度的升高而升高,微囊藻Chla荧光强度随着温度的升高却有所降低．说明在光照适宜、高营养盐的水体中,较高的温度对铜绿微囊藻成为优势种具有明显的促进作用,进而影响着微囊藻水华的形成．