Fe(Ⅲ)改性土壤用于微囊藻细胞及微囊藻毒素的去除

蓝藻水华及其释放的蓝藻毒素给我国很多地区的饮用水安全带来较大威胁.尽管去除蓝藻和净化藻毒素的技术目前已有较多报道,但能同时对二者起作用的技术方法还较少,发展能够同时去除蓝藻和蓝藻毒素的技术显得十分必要.根据前期Fe(Ⅲ)化合物去除微囊藻毒素的工作基础,选取4种不同的土壤对其进行Fe(Ⅲ)改性,并应用于微囊藻毒素的去除.结果表明,黏土含量高低决定土壤本身对毒素的吸附能力强弱;土壤经过离子改性后,其毒素吸附能力与其阳离子交换量大小直接相关,且毒素去除能力较未改性前有显著提高,其中效率提升最高的一种土壤离子改性后其吸附能力增加了约148倍.离子改性土壤对微囊藻细胞同样具有絮凝沉降功能,沉降能力同样随土壤对Fe(Ⅲ)负载能力的提高而上升,使用剂量提高时微囊藻沉降平衡时间明显缩短.在野外蓝藻水华去除实验中,蓝藻细胞去除可以保持与室内实验相近的高去除率,但蓝藻毒素的去除效率有一定的下降,可能与天然水体中其它杂质的竞争作用有关.     

2013年洱海水华期间微囊藻毒素和浮游植物动态变化

2013年秋季,洱海再次出现大规模水华,周边几十万居民的饮用水安全引起当地政府的极大关注.为了解水华发生期间洱海水体微囊藻毒素的含量和浮游植物的种类及丰度,分别在2013年9月和10月两次在洱海采集水样,测定其中两种主要微囊藻毒素MC-LR和MC-RR含量,探讨微囊藻毒素含量对洱海周边水源地的安全影响.同时也对水华期间的浮游植物特别是蓝藻进行研究,从而分析微囊藻毒素与浮游植物种类和丰度的关系.结果表明,洱海水体中微囊藻毒素含量偏低,暂不会对人类健康产生威胁,但在洱海的水鸟体内仍然检测到微囊藻毒素的富集,显示洱海蓝藻水华对水生生物的潜在危害不容忽视.浮游植物的研究发现,洱海水华的优势种属为微囊藻(Microcystis)和暗丝藻(Psephonema aenigmaticus).9月份暗丝藻更占优势,10月份则是微囊藻更占优势.研究结果显示处于富营养化初期的洱海水体中湖湾微囊藻毒素的含量与浮游植物中产毒蓝藻的种类和丰度密切相关.     

微囊藻毒素对人类健康影响相关研究的回顾

本文回顾了微囊藻毒素(MC,一种最常见而重要的蓝藻毒素)对人类健康影响相关的研究,迄今为止的一些重要历史事件包括:(1)1990年,科学家首次发现,MC进入肝细胞后,能强烈地抑制蛋白磷酸酶(PP1、PP2A)的活性,这是MC致毒的最重要的分子基础;(2)1996年,在巴西发生了肾透析用水被MC(-LR、-YR和-AR)污染导致52人死亡的严重事件;(3)中国南方原发性肝癌的高发病率被认为与饮水中的MC污染有关;(4)1998年,世界卫生组织提出了饮用水中MC-LR含量的临时指导值为1μg/L;(5)从巢湖的专业渔民血液中检测出MCs,并发现长期的低剂量慢性暴露引起了一定程度的肝损伤,微囊藻毒素对人类健康的影响证据确凿,不容忽视,尤其是在富营养化越演越烈、有毒蓝藻水华肆虐的今天.     

淡水蓝藻胶被生物学功能及其分子调控研究进展

胶被是蓝藻细胞外部的功能性结构,在蓝藻形态适应性策略中发挥重要作用,影响蓝藻水华发生及其优势维持.近年来,对蓝藻胶被的特性、结构组分、影响因子、及其工业应用等方面已有较为丰富且清晰的科学认识.但对胶被生物学功能及相关分子调控机制的研究却相对较少.本文对淡水蓝藻胶被的产生、生物学功能及其分子调控机制进行了综述,总结了胶被...     

五株微囊藻毒素降解菌的分离与鉴定

有毒蓝藻产生的蓝藻毒素导致地表水的污染已是全球普遍的现象,最常见的毒素是能导致肝癌的肝毒素微囊藻毒素(MC),迄今为止尚无适用的MC驱除技术,微生物降解MC可能是一条有效的途径．本研究以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa PCC 7806)所产生的MC为底物,从多个形成微囊藻水华的水体中分离获得能显著降解MC的细菌18株,相对降解能力从18．4％到48．2％．对其中5株MC相对降解能力较强的菌,通过形态特征和生理生化特征分析,鉴定出5株菌分别为:不动细菌属(Acinetobacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、微杆菌属(Microbacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)和弗拉特氏菌属(Frateuria),均不同于已报道的属种．     

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.     

菌藻共固定化降解微囊藻毒素

研究了微囊藻毒素降解菌S3和椭圆小球藻L1共固定化后,对微囊藻毒素(MC-LR)的降解作用.结果表明,共固定化藻菌体系比单独固定化菌对MC-LR有更好的降解效果,共固定的藻可促进降解菌S3的生长.固定化细胞对毒素的降解能力较稳定,受环境温度和pH变化的影响较小,重复使用仍可维持较高的降解活性.     

土壤-作物系统中微囊藻毒素生态毒性的研究进展和展望

随着蓝藻水华环境问题的日益严重,微囊藻毒素(MCs)的污染问题也越来越受到重视.一些藻毒素污染严重的湖泊、水库等周边区域的土壤也受到了影响.用含有藻毒素的地表水及地下水进行灌溉、将蓝藻作为有机肥等措施都会将MCs带入土壤.一旦MCs进入到土壤,它将会随着降水从地表迁移到土壤深层.这将会对作物的生长以及土壤生态系统造成影响,而且会对人类身体健康造成威胁.本文介绍了土壤中不同种类的MCs对一些粮食作物和蔬菜作物生长的影响、在作物体内的积累情况,以及对地下水的污染情况,概述了MCs的致毒机理,分析了其对土壤生物造成影响的可能性,并对今后的研究方向进行了展望.     

滇池水体中微囊藻毒素含量变化与环境因子的相关性研究

本文对2003年4-12月滇池马村湾、海东湾微囊藻毒素和总磷、总氮、溶解氧、透明度、光照强度、叶绿素a、pH值、水温及微囊藻种群优势度进行了分析,讨论了以上指标在滇池马村湾和海东湾的分布和月变化情况以及与微囊藻毒素含量之间的关系．相关性分析表明马村湾、海东湾微囊藻毒素在水体中分布与总氮和氮磷比之间呈现非常显著的负相关性(P<0．01);与透明度、光照强度和微囊藻种群优势度存在显著的正相关性(P<0．05)．在影响微囊藻毒素的各因素中,运用多因素逐步回归分析得知马村湾、海东湾微囊藻毒素浓度主要南水体的总氮、总磷、叶绿素a和溶解氧以及透明度决定(R2=0．560,P<0．017)．     

太湖微囊藻毒素时空分布特征及与环境因子的关系

采用高效液相色谱法(HPLC)对太湖水体中溶解态微囊藻毒素(MC-LR;MC-RR)浓度进行检测,探讨微囊藻毒素浓度的时空变化及其与氮、磷、总有机碳、蓝藻生物量以及温度等湖泊环境因子之间的关系.结果表明:微囊藻毒素表底层浓度基本一致;在一天之内的变化没有明显规律;冬季微囊藻毒素浓度较高;位于竺山湾和西部沿岸地区的两个点...     

微囊藻水华附生菌的代谢特征及对微囊藻生长的影响

为研究附生细菌对蓝藻水华细胞微环境的影响,从微囊藻水华中分离出34株藻附生细菌,研究其产酶能力.对氮代谢相关的酶活性测定结果显示:其中13株菌具有蛋白酶活性,5株菌具有较强的氨氮脱除能力,1株菌具有强烈的硝酸还原酶活性;4株菌具有较高的碱性磷酸酶活性;11株菌具有产脂酶的活性.通过菌和藻共同培养的方法,观察菌对微囊藻生长的影响,结果显示,有11株菌表现出较明显的促藻生长作用,占总筛选菌株总数的32%;有3株菌表现出较显著的抑制藻生长的作用,占总筛选菌株总数的9.9%.附生菌产酶能力与生长相关性的分析显示,促进微囊藻生长的附生菌都具有蛋白酶或脂酶活性.     

若干水华相关藻类对太湖水体异味物质贡献的初步研究

太湖水体中嗅味物质2-甲基异莰醇(MIB)和土臭素(Geo)的出现与水华发生在时间上高度重叠,为探寻水华中常见藻类与嗅味的关系,本研究通过对实验室培养藻株和野外水样比较分析,探寻了部分藻株与太湖水体嗅味物质的关系.分析实验室培养的15株蓝藻(其中11株微囊藻)、4株绿藻和4株硅藻,仅硅藻培养物测定出了Geo,所有藻株均未检测出MIB;对太湖典型水样分析结果显示,水体中MIB与Geo的浓度与微囊藻细胞浓度无相关性;实验室模拟微囊藻水华腐败结果显示,无论是好氧还是厌氧条件下均未产生MIB和Geo;这些数据结果说明湖水中MIB和Geo与水华主要种群微囊藻无直接关系.在鱼腥藻水华中测出了高浓度的MIB,周年水样分析结果显示鱼腥藻细胞数与MIB浓度变化规律一致,因此鱼腥藻可能是MIB的重要来源.但实验室培养的Anabaena sp.PCC7120无论是在缺氮还是有氮培养条件下均不产MIB和Geo,说明嗅味物质的产生具有藻株特异性.     

Contamination of some reservoirs and lakes in Republic of Bulgaria by microcystins

This paper presents the results from analyses of water samples from 15 Bulgarian reservoirs and lakes for detection of microcystins presence by high‐performance liquid chromatography (HPLC) coupled to a ultraviolet (UV) and photo diode array (PDA) detector. In 3 of the studied drinking water reservoirs cyanobacterial blooms were not detected. Cyanobacterial blooms were observed in 6 of 12 investigated water bodies used for fishing and water sports. Microcystis was the dominant cyanobacterial genus. The concentration of total microcystins in the biomasses ranged from 8 to 1070 μg g^–1 (d.w.). Microcystin‐LR and microcystin‐RR were the predominant microcystins, followed by microcystin‐YR. Presence of dissolved microcystins was obtained in one water sample with concentration of total microcystins 1.64 μg L^–1. Presence of microcystin‐LF and ‐LW or unknown peaks possessing characteristic microcystin‐like UV‐spectra were not detected. Those first results for occurrence of microcystins in some Bulgarian reservoirs and lakes are a contribution to the knowledge on their distribution.     

太湖和巢湖中微囊藻(Microcystis)与长孢藻(Dolichospermum)的长时序变化及其驱动因子

随着我国湖泊治理力度的加大,太湖和巢湖的营养盐水平,特别是氮水平近年来明显下降,如2007年以后太湖总氮和近年来巢湖的氨氮水平都呈现下降趋势,但是2个湖泊水华蓝藻的优势种却向相反的方向演化,太湖的长孢藻(Dolichospermum)比例在增加,而巢湖的长孢藻比例却在降低,为阐明这种变化过程和驱动因素,本研究利用太湖(19932015年)和巢湖(2012 2018年)的历史数据分析了2个湖泊中的水华蓝藻——微囊藻(Microcystis)和长孢藻生物量的历史变化过程,并结合营养盐数据分析了影响2种水华蓝藻变动的驱动因素.结果显示:太湖和巢湖的微囊藻生物量多年来始终保持高位波动,近年来均有升高的趋势,这与2个湖泊磷的高位波动具有明显的相关性,磷是决定微囊藻生物量长尺度变化的主要驱动因素;太湖的长孢藻生物量呈现较大波动变化,2007年以后明显升高,巢湖的长孢藻生物量则明显下降,氮与长孢藻生物量呈现负相关关系,而且这种负相关仅在低磷浓度时具有显著性.微囊藻生物量对磷浓度变化敏感的正反馈响应是其水华形成的重要机制之一,在高温高磷条件下,微囊藻可以快速繁殖,并竞争性排除长孢藻,从而形成优势;而长孢藻可以通过温度生态位和固氮两种方式占据优势,在氮浓度相对较低,且温度低于微囊藻形成水华的温度范围时,长孢藻可以依靠温度生态位的优势形成水华,而在氮限制的条件下,即使在夏季高温时,长孢藻依然可以利用固氮作用形成水华,但是关键的温度阈值和开始固氮的氮浓度阈值仍不清楚.基于2种水华蓝藻对营养盐变化响应的差异,建议在进行蓝藻水华治理、污染削减过程中,应针对不同水华蓝藻的特性进行分时段分类别的营养盐控制策略.     

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.     

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.     

微囊藻(FACHB-905)和鱼腥藻(FACHB-82)响应温度变化的功能特性权衡

微囊藻和鱼腥藻是水华蓝藻的两个主要类群,两种藻均可调节自身形态及生理特性来维持快速生长,这也是两个类群蓝藻水华维持的基础.本研究分析了微囊藻(FACHB-905)和鱼腥藻(FACHB-82)生长、形态及叶绿素荧光参数对温度变化的响应,以及生长与特性间的权衡关系.结果显示:该微囊藻细胞直径随温度升高而降低,但是比增长速率维持稳定,表明在高温条件下,其可能通过减小细胞大小的方式维持比增长速率;该鱼腥藻在不同温度下,平均细胞直径和藻丝长度呈现显著变化,高温条件下,其维持较高的比增长速率,但是细胞直径增大,藻丝长度缩短,这可能是其调节自身形态以维持较高比增长速率的方式.该微囊藻和鱼腥藻分别在细胞较大和较小时,藻细胞潜在的光化学效率更高.本研究表明这两种蓝藻可以通过权衡藻细胞形态、生理特性两者与生长速率之间的关系来适应温度的变化以达到自身最佳的生长状态,微囊藻(FACHB-905)通过调节细胞大小和光合活性来维持生长优势,而鱼腥藻(FACHB-82)则通过细胞大小、藻丝长度和光合活性的调节来维持生长优势.本研究的结果有助于提升对于水华蓝藻生长维持机制的认识.     

Eutrophication and retention time affecting spatial heterogeneity in a tropical reservoir

Longitudinal heterogeneity in reservoirs is especially related to increase in sedimentation and water transparency along the river/dam axis. Consequently, primary production tends to reach higher values in intermediate regions where there is a balance between the availability of the main resources (light and nutrients) suitable for phytoplankton growth. Many factors such as reservoir morphometry, retention time, thermal stratification and geographical location can affect the boundaries between these regions. The tropical Funil Reservoir (Brazil), despite a low retention time, has experienced severe eutrophication in recent decades, with persistent cyanobacteria blooms. During the course of 1 year, samples were collected at four stations along the reservoir (fluvial, intermediate and lentic compartments) to evaluate if spatial heterogeneity could affect the occurrence and distribution of these blooms along the reservoir. Although the reservoir has a short annual retention time (mean 41.5 days), the typical zonation pattern was observed for the main abiotic variables and phytoplankton abundance. However, higher biomass occurred in the lentic compartment rather than in the intermediate zone. Despite the peculiar heterogeneity in total biomass, the phytoplankton composition and seasonal variability were very similar along the entire reservoir, with a few marked differences only in the fluvial zone. Phytoplankton total biomass in Funil Reservoir was high, even in periods of lower seasonal retention time (around 15 days), and was especially related to high input of nutrients. Moreover, retention time directly affects the spatial heterogeneity of phytoplankton biomass, since strong variability was only observed during the cold-dry season, corresponding to periods of longer retention time (around 80 days). While high availability of nutrients promoted high cyanobacterial biomass in the entire system, the few periods of heterogeneous spatiality seemed to be related to changes in retention time.