实时荧光定量PCR方法检测南太湖入湖口产毒微囊藻

南太湖入湖口产毒微囊藻的丰度对于周边县市取水口的水质安全和太湖水质有着重要影响.以藻毒素合成酶基因mcyE/ndaF为靶基因,建立实时荧光定量PCR检测产毒微囊藻的方法,并对南太湖入湖口7个监测点水样中产毒微囊藻的丰度进行检测,结果表明:该实时荧光定量PCR方法的特异性强及准确性、重复性较好.建立铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的标准曲线方程为y=-3.454x+49.88,斜率为-3.454,R~2=0.991,扩增效率E为94.6%,定量检测区间为1.689×10~4~1.689×10~8拷贝数/μl.对南太湖入湖口7个监测点检测表明,夹浦和合溪2个监测点的产毒微囊藻数量最高,预测产毒微囊藻浓度分别为(1.99±0.35)×10~5和(1.47±0.23)×10~5cells/ml.7个监测点的产毒微囊藻的种类较为一致,均为铜绿微囊藻.该方法可以快速准确地检测水体中微囊藻毒素产毒藻种种类和数量,为蓝藻水华监测、预警提供技术依据.     

后生浮游动物摄食对太湖夏季微囊藻水华形成的作用

为了了解后生浮游动物的摄食作用在太湖夏季微囊藻水华形成中的作用,2009年7月15日至8月14日取太湖梅梁湾湖水开展了后生浮游动物对微囊藻水华形成作用的野外模拟实验.实验期间,未过滤掉后生浮游动物的对照组出现了漂浮在水面、肉眼可见的微囊藻水华,而过滤掉后生浮游动物的实验组没有出现微囊藻水华.结果显示,对照组整个实验期间都有后生浮游动物存在,共发现了9种后生浮游动物;而实验组在实验第6 d发现有后生浮游动物出现,整个实验期间共发现了3种后生浮游动物.浮游动物生物多样性分析显示对照组显著高于实验组.实验后期(21～30 d),对照组微囊藻平均密度显著高于实验组.整个实验期间,惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)和水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)密度均显著高于实验组,且惠氏微囊藻密度占对照组微囊藻总密度的60.79%.研究结果表明,太湖夏季后生浮游动物摄食并不能控制太湖蓝藻水华,相反,后生浮游动物特别是大型浮游动物能促进蓝藻水华的形成.同时表明,后生浮游动物群落结构可能是影响微囊藻水华形成的重要因素.     

细菌群落组成对微囊藻水华分解过程的响应

为探究细菌群落组成对微囊藻水华腐败分解过程的响应,在太湖梅梁湾沿岸进行为期11 d的原位围隔实验,模拟蓝藻水华聚集分解过程,并监测了此过程中水体环境因子和细菌群落组成.结果表明,水体理化因子和细菌群落组成在微囊藻水华分解的过程中发生了显著变化.冗余分析显示细菌的群落组成与水体氧化还原环境(溶解氧或氧化还原电位)、pH值、浮游植物生物量和营养盐浓度(总磷、硝态氮浓度)密切相关.研究还发现了某些与微囊藻水华分解密切相关的特殊细菌类群,其中隶属于黄杆菌科(拟杆菌门)的一个类群在微囊藻厌氧分解的阶段占据显著优势,其功能有待于进一步研究.     

太湖贡湖湾和梅梁湾微囊藻群落的时空分布及其驱动因子

于2010年7月至2011年6月期间,对太湖贡湖湾及梅梁湾微囊藻的种类组成及其群落的时空分布差异进行调查,并探讨影响微囊藻群落时空分布的环境因子.结果表明,7-11月太湖贡湖湾和梅梁湾都表现为鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)、惠氏微囊藻(M.wesenbergii)及铜绿微囊藻(M.aeruginosa)顺次成为优势种的演替过程,其余时间段内以鱼害微囊藻及其它微囊藻为主.通过CCA分析环境因子与微囊藻属内各种类之间的关系,发现温度是驱动其季节演替的主要因素.两个湖湾之间及同一个湖湾内中心与岸边区域的微囊藻种属分布差异不明显.但是受到风的作用,两个湖湾中下风向位置的微囊藻细胞丰度较高.惠氏微囊藻和铜绿微囊藻更易受到风的影响而向下风向位置迁移,这是因为惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体粒径相对较大,易于漂浮在表层而通过表层迁移聚集于下风向处.可见风引起的表层迁移是影响微囊藻群落空间分布的重要因素.     

太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素含量垂向分布特征

为探究太湖梅梁湾水体及沉积物中微囊藻毒素（MC-LR、MC-RR、MC-YR）含量的垂向分布特征,于2018年5月采集梅梁湾6个点位表层水、上覆水、混合水、间隙水以及柱状沉积物样品,并采用超高效液相色谱-串联质谱法分析样品中微囊藻毒素的含量.分析结果表明：水体中（表层水、上覆水、混合水以及间隙水）MC-LR、MC-RR、MC-YR的浓度范围分别为11.80~1297.14、2.50~818.40、1.80~176.00 ng/L,表层水、上覆水以及混合水中MC-LR的浓度高于MC-RR和MC-YR,MC-RR和MC-YR之间差别较小,而间隙水中MCs三种异构体浓度大小顺序为：MC-LR > MC-RR > MC-YR;垂向分布上,间隙水中MCs异构体（MC-LR、MC-RR、MC-YR）浓度均远高于表层水、上覆水以及混合水,表层水MCs异构体浓度略高于上覆水,混合水MCs异构体浓度介于表层水和上覆水之间.对沉积物的研究发现,1~10 cm表层沉积物中MC-LR、MC-RR、MC-YR含量范围分别为0.60~26.95、0~0.90、0~8.10 ng/g,且1~10 cm层中MCs三种异构体平均含量大小顺序为：MC-LR > MC-YR > MC-RR,其中MC-LR、MC-RR、MC-YR的检出率分别为100%、70%、92%;垂向分布上,MC-RR含量较低且变化不大,而MC-YR和MC-LR含量均随沉积物深度的增加先升高后降低.相关性分析结果表明,表层水和混合水中MCs与总磷浓度呈显著正相关,而与总氮浓度无显著相关性;上覆水、间隙水以及沉积物中MCs与总氮、总磷浓度均呈显著正相关.     

水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)生长周期中腐殖酸的释放特性

由于严重的水体富营养化,太湖长期暴发蓝藻水华,这些蓝藻在代谢及消亡过程中大量释放包括腐植酸在内的有机物,不仅影响供水水质,并且进一步加重了水华程度.以太湖水华优势藻种——水华微囊藻(Microcystis flos-aquae T34)为研究对象,对藻株生长周期中的藻细胞、浮游细菌进行计数,并使用TOC仪与三维荧光光谱对培养液中提取的腐殖酸进行定量与定性分析,探究水华微囊藻在生长过程中藻细胞密度、浮游细菌密度与腐殖酸浓度的变化规律.结果表明,培养液中腐殖酸浓度的变化趋势与细菌数量变化趋势一致,但与细菌数量曲线拐点相比,腐殖酸浓度曲线拐点出现两周的延迟.腐殖酸产量在藻细胞对数期较低,当水华微囊藻进入稳定期与衰亡期后,腐殖酸大量产生,其浓度迅速增加,最高可达到28.6 mg/L.根据三维荧光光谱分析,水华微囊藻所产生的腐殖酸特征峰出现在(235~245 nm)/(380~425 nm),属于类富里酸荧光峰.本研究初步探究蓝藻与水体腐殖酸之间的关系,为水体腐殖酸来源的研究提供了新的思路.     

河蟹养殖池塘微囊藻水华毒性及其光合作用活性特征

苏州市吴中区一河蟹养殖池塘在2013年7月和8月发生了严重的微囊藻水华.采用单一和双重PCR扩增微囊藻毒素合成酶基因,用以检测微囊藻水华是否产毒,结果显示为阳性.同时,采用高效液相色谱测定微囊藻水华的毒性大小.结果表明:7月和8月微囊藻水华的胞内微囊藻毒素浓度分别为1.49和0.88μg/L,胞外微囊藻毒素的浓度分别为0.75和1.09μg/L.另外,采用浮游植物荧光仪Phyto-PAM测定河蟹养殖水体形成水华的微囊藻的光合作用活性.结果显示:7月和8月水华微囊藻的最大光量子产量Fv/Fm分别为0.48和0.44,实际光量子产量ΦPSII分别为0.38和0.32,表明形成水华的微囊藻有较高的生长潜力.非光化学荧光淬灭值NPQ分别为0.28和0.36.从快速光响应曲线RLC的特征参数来看,7月水华微囊藻的光合作用活性和光能利用效率高于8月.本研究结果表明,河蟹养殖池塘水体受到微囊藻水华和微囊藻毒素的污染,进而可能对河蟹食品安全构成潜在威胁.     

风生紊流导致微囊藻群体破碎和形态变化

微囊藻群体大小和形态决定其垂向迁移能力,从而影响着水华的形成.为了探讨湖泊中风生紊流对微囊藻群体大小和形态的影响,本研究于2012年8月26日至9月7日在太湖梅梁湾的围隔内进行了12 d的昼夜不间断的高频采样（采样间隔每2小时一次）.研究期间,水面微囊藻密度呈现4次周期性消涨,藻密度变化范围为4×10⁴~2671×10⁴ cells/mL.而整个水柱中的藻密度变化范围仅为3×10⁴~18×10⁴ cells/mL.皮尔逊相关性分析表明微囊藻的原位生长速率与表面藻密度呈负相关而与风速呈正相关.强风速使微囊藻在水柱中均匀分散,增强了透光性,促进了微囊藻的生长.微囊藻群体粒径随着风速的增大逐渐减小,反之亦然.其中值粒径（D₅₀）变化范围为66.2~768.0 μm.在此期间微囊藻群体形态主要以鱼害微囊藻、不规则的惠氏微囊藻、球状的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态为主,其占比也呈现出波动状态.皮尔逊相关分析结果显示微囊藻群体大小与风速呈负相关,说明湖泊中风生紊流会影响微囊藻群体大小.当紊流强度为2.33×10^-5 m²/s³时,微囊藻群体会发生破碎现象,该紊流强度相当于5 m/s的风在30 m深的水库或湖泊中所产生的紊流强度.微囊藻群体被风生紊流破碎后最大粒径与该风速下紊流的最小涡旋尺度相近,表明紊流的最小涡旋尺度决定了微囊藻所能形成群体的最终大小.监测期间,整水柱中不同群体形态的微囊藻占比发生了明显变化,在监测初期以鱼害微囊藻群体形态为主,随后不规则的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态的比例不断增加,最后鱼害微囊藻群体形态又占据主导地位.球状的惠氏微囊藻群体形态在整个监测期中的比例随时间的增加而逐渐降低.不同群体形态微囊藻之间比例的大幅变化无法用微囊藻生长演替来解释.而皮尔逊相关分析结果显示鱼害微囊藻与惠氏微囊藻（不规则的和球状的惠氏微囊藻之和）群体形态之间存在负相关,且惠氏微囊藻与铜绿微囊藻群体形态呈负相关.但在今后研究中需进一步关注在微囊藻群体形态的动态变化过程中细胞大小、胶被、产毒特性和基因序列等特征,从而验证不同种微囊藻群体是否存在形态转换这一猜想.总而言之,普通强度的风生紊流能够破碎微囊藻群体,而气候变化导致的内陆湖泊周边风速下降会促使微囊藻形成更大的群体,从而有利于水华的形成.     

水华衰亡过程中微囊藻群体胶鞘结构及其元素组成的变化

维系微囊藻群体结构的胶鞘是微囊藻水华维持优势的重要原因之一.为了探讨微囊藻水华的衰亡机理,在太湖梅梁湾水华衰亡过程中(10月至次年1月),对微囊藻群体大小的组成做了统计,同时对单位藻细胞的胶鞘多糖产量变化进行了检测,并对微囊藻群体胶鞘的变化进行了能谱扫描电镜观察和元素组成分析.结果表明,随着水华的衰亡,100~180μm的微囊藻小群体的比例表现出增多的趋势,而大于180μm的大群体逐渐减少,单位藻细胞的多糖含量呈现下降的趋势.扫描电镜结果显示了微囊藻群体的胶鞘从完整到逐渐裂解的变化过程,群体表面的能谱化学元素分析显示,钠和磷元素的百分含量呈下降的趋势,铝和硫元素的百分含量趋于稳定,而钙和硅元素的百分含量呈上升的趋势.以上结果说明了微囊藻群体中单位细胞的多糖产量减少,群体胶鞘裂解,元素组成发生变化,伴随着微囊藻群体的解聚,出现水华的衰亡.     

太湖梅梁湾藻类及相关环境因子逐步回归统计和蓝藻水华的初步预测

以太湖梅梁湾1992－1999年的连续监测资料为基础,运用多元逐步回归统计方法,选择水温等15项环境理化因素与藻类叶绿素a、藻类总生物量和微囊藻生物量等3项生物因素进行逐步回归分析,找出与生物因素显著相关的环境因子,建立多元逐步回归方程,预测梅梁湾藻类生物量的变化情况,初步进行了梅梁湾蓝藻水华的预测预报,结果显示,水温和总磷为梅梁湾藻类总生物量的显著相关因子,水温、硝态氮和总氮为微囊藻一物量的显著相关因子。     

太湖微囊藻的生长动力学

Following the development of local industries, agriculture and the increase of living standard of people, Lake Taihu is in the meso-eutrophication stage. The main eutrophication part in this lake is the Meiling Bay. The dominant phytoplankton species are Microcystis, Anabena, Melosira, Cyclotella and Cryptomonas. In summer, Microcystis spp. occupys 85% of algae biomass and form the water bloom. This causes the trouble for the people lived around the lake, especially for the drinking water of Wuxi City.The Microcystis intrinsic rate was high, the Max. growth rate 1.27. Besides Microcystis own characteristics, its growth depended on irradiation, temperature and nutrients, especially the phosphorus. This paper also discussed the possibility of biomanipulation for restoration of lake ecology and the control strategy of lake eutrophication.     

太湖底泥水华蓝藻复苏的模拟

本实验采集太湖梅梁湾底泥及上覆水,在保持底泥表面完整的前提下在实验室中建立湖泊生态系统模拟装置,探索太湖底泥中蓝藻种群的复苏规律经60d光照升温培养,显微观察蓝藻复苏细胞,测定底泥和上覆水中的色素含量.结果表明,在室内模拟条件下,太湖底泥蓝藻复苏初始时主要以2-8个细胞的小群体存在,其细胞直径为7.2-7.8μm,大于夏季的藻群体中的细胞直径(4.8-6μm).底泥蓝藻的复苏过程与环境温度变化密切相关.蓝藻在水体温度达到14℃时开始少量进入水柱中,在环境温度升至18-20℃之间时大量进入水中,为水华形成提供了种源.底泥蓝藻的最佳复苏温度(18-20℃)高于非蓝藻的复苏温度(14-18℃),高温对蓝藻复苏更为有利     

太湖群体微囊藻对同形溞(Daphnia similis)生长和繁殖影响的模拟

富营养湖泊中蓝藻水华对枝角类种群和群落结构有显著的影响,但自然条件下群体微囊藻对大型枝角类溞属不同种类的影响仍存在争议.本研究通过两次为期各10 d的模拟实验,利用过滤后的太湖原水模拟群体微囊藻(20～100μm和100 ～200 μm)添加对大型枝角类同形溞(Daphnia similis)种群特征的影响,结果显示两次实验的同形溞均大量存活,不同浓度和颗粒大小的群体微囊藻对其生长和繁殖的影响不同,添加群体微囊藻的同形溞的生长和繁殖显著大于未添加微囊藻的.说明在自然条件下藻毒素对同形溞种群并没有明显的抑制作用,同形溞能够与微囊藻水华共存,其种群特征与微囊藻群体大小组成和生物量有关.     

太湖水华成因及控制途径初探

1990年8～12月对太湖水华9次调查表明,水华主要由漂浮性蓝藻—微囊藻组成,夏季SE风时其漂移集聚是西北湖区形成严重水华的主要原因。这种漂移使得藻类所含营养物逆吞吐流方向传输,形成了一种“生物营养滤器”,加速了太湖尤其是西北湖区的富营养化进程。太湖外源N、P负荷量分别为12.0和0.85g/(m~2·a),足以引起富营养化;表层5cm底泥中含丰富的N、P,其释放也成为湖水中部分营养的来源。因2～8月藻类总生物量的增长基本遵守Logistic方程dN/dt=N·r(1—N/K),故对藻类控制可从N、r入手,即通过收获藻类达到控制藻类总量和营养输出的双重功效;提高水位增加非光合层厚度,有效地降低水柱中藻类生产力;建立有水生植被的水质保护区也是一种局部藻类控制方法。     

太湖微囊藻对几种枝角类种群影响的实验生物学分析

微囊藻是形成蓝藻水华最普遍的一种,不同枝角类受微囊藻的影响不同.实验从太湖梅梁湾分离天然的微囊藻,研究了其对长刺溞、隆线溞、短尾秀体溞和角突网纹溞四种枝角类存活和生殖的影响.在微囊藻食物浓度为1×106 cells/ml,测得四种枝角类的半致死时间(LT50)分别为长刺溞3.03 d、隆线溞3.79 d、短尾秀体溞8.48 d和角突网纹溞9.25 d,体长较小的短尾秀体溞和角突网纹溞的半致死时间相对较长;实验过程中没有观察到长刺溞和隆线溞有新生幼体,而短尾膊秀体溞和角突网纹溞在少数几天里产出了少量新生幼体.以不同浓度微囊藻(0.5×106-8×106 cells/ml)喂养枝角类,测得四种枝角类的24h半致死浓度(LC50)分别为:4.10×106、4.78×106、6.21×106和7.77×106 cells/ml.参照以栅藻喂养的枝角类生长情况,可知太湖微囊藻对四种枝角类的存活和生殖有很强的负面作用,其中体长较大的长刺溞和隆线溞受的影响相对较大.     

用FISH技术检测太湖梅梁湾水体中细菌优势种群在冬夏两季的变化

采用FISH技术对2008年冬、夏两季太湖梅梁湾水体中细菌优势种群的丰度进行了对比分析。实验中,选取荧光素标记的特异寡核苷酸探针,与太湖梅梁湾水体中的四类细菌优势种群α-变形菌(α-proteobacteria),β-变形菌(β-proteobacteria),γ-变形菌(γ-proteobacteria)和拟杆菌(Bacteroidetes)进行原位杂交。结果表明:①所测定的四类细菌优势种群占总细菌的比例在冬季均显著高于夏季(P0.01);②水体中α-proteobacteria的丰度随TP浓度的增加而显著增加(R~2=0.860,P0.01);③随着Chl.a浓度的增加,水体中细菌的丰度呈上升的趋势,尤其是其中的γ-proteobacteria,其增大趋势更加显著(R~2=0.857,P0.01);④细菌种群的丰度受水体中PO_4~(3-)浓度的影响,尤其是对Bacteroidetes的影响更加显著(R~2=0.733,P0.05)。     

基于MODIS数据的太湖藻华水体识别模式

针对2007年5月太湖爆发的蓝藻水华事件,利用MODIS植被指数数据对其进行遥感监测.结果表明:MODIS数据可成功提取蓝藻水华信息.近红外/红光波段比值识别模式和植被指数NDVI值、EVI值识别模式均可确定蓝藻分布范围,但前两者不易将高浑浊水体区分开来,或不易识别低蓝藻分布区域,因此易扩大或缩小蓝藻分布范围;而后者由于引入了背景调节参数,可有效抑制背景水体及泥沙的影响,因此根据EVI值得到的蓝藻范围及强度较为真实的反映了藻华情况.该研究可为今后利用遥感技术,建立太湖蓝藻水华监测系统奠定基础.     

太湖梅梁湾冬季湖流特征

2003年元月在盛行西北偏北风的情况下,对位于太湖北部的梅梁湾进行了面上湖流调查,发现梅梁湾湾口的湖流较为稳定,以向南流为主,且流速相对较大,最大达8cm/s,梅梁湾西岸有稳定的向北流,而从五里湖口至拖山附近的梅梁湾东线湖水由北向南流动,且在中部附近分为两支,一支向西,再流向北以补偿西岸的向北流,另一支扩散至整个梅梁湾南部,向南流经湾口进入太湖.在梅梁湾东北部,发现有弱辐合中心,该范围内Chl.a和TP、TN的含量明显高于周围水域.从所有点的垂直运动判断,梅梁湾水流以弱上升运动为主,大小为2cm/s以下.从水量平衡分析,以梅梁湾流入太湖为主要特征,水量补给主要来自于北部的五里湖和直湖港及武进港.     

微生物对太湖微囊藻的好氧降解研究

通过模拟实验研究了微生物对微囊藻残体的降解作用。水体内悬浮质和各主要形态磷浓度的变化结果表明：微囊藻的好氧分解符合一级动力学,其乳浮质和颗粒性磷的浓度呈指数关系递减,降解速度分别为０．２２７／ｄ和０．０８８／ｄ。经３２ｄ降解后,水体内的总溶解磷和可达总磷的５３％,而ＴＤＰ的主要成分为ＰＯ＾３－Ｒ。