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...     

太湖蓝藻水华暴发机制与控制对策

湖泊蓝藻水华暴发由于引发水生态系统的灾害和饮用水安全风险而成为国内外研究的热点之一.太湖蓝藻水华暴发原因多样,其中蓝藻自身的特性是水华暴发的内因,太湖的地理、水文和气象特征为蓝藻水华暴发提供了合适的温度和水动力条件,是蓝藻水华暴发的外因,湖泊草-藻型生态系统的转变以及氮、磷营养盐的高负荷输入更利于蓝藻生长,湖泊氮、磷营养盐四重循环是蓝藻水华不断暴发的维持机制,蓝藻水华暴发与氮、磷营养盐浓度之间存在交互作用关系.太湖蓝藻水华的控制应以陆源控源截污为基础,增加湖泊营养盐输出为重点,实现疏堵有机结合,其中恢复水生植被,重建草-藻结合型水生态系统是太湖湖泊生态修复的关键所在.     

湖泊氮素生物地球化学循环及微生物的作用

氮素是影响湖泊富营养化的关键元素之一,对湖泊中氮素生物地球化学循环整个过程进行全面的了解,有利于对湖泊富营养化进行控制和治理.本文综述了湖泊生态系统(特别是富营养化湖泊)中氮素的输入、输出及其在沉积物-水界面的迁移转化规律,着重分析和比较了藻型湖泊和草型湖泊的不同食物链中的氮素营养循环过程,重点讨论了微生物参与的硝化作用、反硝化作用、生物固氮和厌氧氨氧化等过程的最新研究进展,并对氮循环相关的研究方法和技术进行了小结.最后指出当前国内外研究中亟待解决的问题,并对湖泊氮循环今后的研究方向提出了建议.     

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。     

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...     

太湖沉积物中微生物多样性垂向分布特征

运用化学分析方法和PCR-DGGE技术,从沉积物化学及分子生物学角度对太湖沉积物理化性质(pH、Eh)、营养盐及微生物多样性的垂向分布及相关性进行研究。结果表明:沉积物-上覆水接触界面处于轻度还原状态,在表层8.0cm左右以下,Eh随沉积深度的增加迅速下降,还原性逐渐增强,到15.0～22.5cm深度区间内,Eh值基本稳定,还原性最强,之后随深度的进一步增加,Eh呈"之"型缓慢升高。沉积物pH随深度的增加先降低后缓慢升高,pH在整个剖面上变化幅度不大,在7.2～7.6变动。沉积物中含有丰富的营养盐,总氮(TN)、总磷(TP)最高含量分数和有机质(OM)的最高百分比分别为2.436mg/g、0.731mg/g和3.817%,其剖面特征表明,沉积物表层TN和OM远高于底层,其含量随深度增加而降低。TP随着沉积深度的增加呈"之"型缓慢减少。不同深度沉积物的微生物群落呈现出明显的空间分布多样性差异,不同深度沉积物的微生物群落结构之间的相似性和动态性存在差异。多元相关分析结果显示,TN与OM显著相关,理化指标、营养盐中任一指标含量与微生物群落多样性指标之间存在相关性,但不显著,微生物多样性是营养盐及环境物理、化学和生物等多方面共同作用的结果。     

南京玄武湖周丛动物数量和生物量的季节变化

用挂片法研究玄武湖周丛动物数量和生物量季节性变动,其优势种为褶累枝虫,钟形钟虫,沟钟虫,壶状臂尾轮虫和花箧臂尾轮虫。周丛原生动物数量和生物量在夏、秋季出现高峰,Ⅰ站数量最高达19952ind./cm~2,生物量为296.6μg/cm~2。Ⅱ站数量最高达16393ind./cm~2,生物量为246.5μg/cm~2。周丛轮虫在秋、冬季出现高峰,10月初Ⅰ站周丛轮虫数量为873ind./cm~2,生物量为958.3μg/cm~2。2月初Ⅱ站周丛轮虫数量为201ind./cm~2,生物量为257μg/cm~2。Ⅰ站年平均周丛动物数4661ind./cm~2,年平均生物量为量为391μg/cm~2;Ⅱ站周丛动物年平均数量为3037ind./cm~2,年平均生物量为150.6g/cm~2,因此Ⅰ站周丛动物数量和生物量都比Ⅱ站高。从指示生物的角度得出玄武湖水体富营养化程度是很严重的。     

菲对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)自由基的诱导及胁迫效应

通过静态模拟实验,研究不同浓度(0.005、0.01、0.025、0.05和0.1 mg/L)菲暴露96 h后,对斜生栅藻的生长、自由基含量、抗氧化系统以及脂质过氧化产物(MDA)的影响.结果表明,0.01 mg/L菲开始对藻细胞生长产生显著抑制作用,在此浓度下电子自旋共振检测到的自由基信号(g=2.0033,幅宽10.15 mT)显著增强;在浓度设置范围内,超氧化物酶歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽-S-转移酶活性均被显著诱导,显示出抗氧化系统的应激机制.谷胱甘肽和MDA含量均在0.025 mg/L时被显著诱导.这说明斜生栅藻对菲暴露比较敏感,0.01 mg/L即已显示胁迫效应,自由基的诱导是斜生栅藻产生损伤的重要原因,藻细胞的生长量是比较敏感的损伤指标.     

生物质炭对苦草(Vallisneria spiralis)种子萌发与生长的影响

为了探究生物质炭作为生长基质对水生植物种子萌发和生长的影响,选用典型沉水植物苦草(Vallisneria spiralis)作为受试植物,测定不同氮、磷营养盐浓度和不同粒径的生物质炭作用下对苦草种子萌发率、幼苗形态与生物量,同时分析水体中硝态氮、亚硝态氮、氨氮和正磷酸盐磷浓度变化过程.结果表明:生物质炭存在使水体中亚硝态氮浓度低于检测限,使水体正磷酸盐磷浓度上升至1.28~2.43 mg/L,为最高添加磷浓度的3.2~6.1倍,从而改变了苦草生长环境.小粒径生物质炭(0.25~0.5 mm)组中水体最终氨氮浓度(0.05 mg/L)远远低于大粒径生物质炭(1~2 mm)组中水体最终氨氮浓度(0.39~0.85 mg/L),即生物质炭粒径大小会影响水体最终营养盐浓度和氮素赋存形态.与大粒径生物质炭组和石英砂对照相比,小粒径组苦草种子萌发率明显升高,可达80%以上,并促进苦草幼苗生长.因此,小粒径生物质炭能提高苦草种子萌发和幼苗生长,在大型水生植物恢复工程中具有一定的应用前景.     

铜绿微囊藻生长对培养液pH值和氮转化的影响

在不同初始pH值条件下培养蓝藻水华优势种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),研究其生长过程对培养液的pH值和氮转化的影响,结果表明,处于延迟期和对数生长期的铜绿微囊藻使培养液的pH值上升,pH从初始的7.2、8.0和8.8分别上升到最大值10.02、10.34和10.94;稳定期和衰亡期的微囊藻使培养液pH值降低,初始pH值为8.8时,最终pH降至8.66,在微囊藻生长过程中,培养液中NO3-含量逐渐降低,NO3-含量先升高再降低,分别在60d和67d后降至零.试验结束时,不同pH值培养液中总氮含量比起始时分别下降了25.97%、27.52%和28.16%,说明化合态无机氮可以经过反硝化作用生成氮气而溢出培养液,因此,较大密度水华水体中存在反硝化的脱氮过程.