群体微囊藻附生细菌特性

附生细菌在微囊藻水华暴发过程中可能发挥了重要作用,但是,缺少关于微囊藻附生细菌特性的研究报道.本文从4种群体微囊藻(铜绿微囊藻、惠氏微囊藻、水华微囊藻和坚实微囊藻)中分离得到了18种附生细菌,分别隶属于六大类群:α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲、纤维粘网菌纲和黄杆菌纲.BIOLOG板分析显示除了α-变形菌纲中的2种细菌以及放线菌纲中的1种细菌以外,其余细菌都能够利用10种以上的碳源.18种附生细菌中有12种具有趋化性,12种具有疏水性,14种具有自聚能力.除了黄杆菌纲菌株都具有亲水性外,其余5大类群菌株都含有疏水性种类.六大类群中都含有具有趋化性和自聚能力的种类.每种微囊藻中的大多数附生细菌种类都能利用10种以上的碳源,都具有疏水性.每种微囊藻中至少有一组细菌表现出共聚能力.除了水华微囊藻外,其余3种微囊藻中附生细菌的大多数种类都具有趋化性.除了惠氏微囊藻外,其余3种微囊藻的附生细菌中大多数种类都具有自聚能力.结果显示细菌旺盛的代谢潜力、趋化性、疏水性、自聚能力和共聚能力可能有利于附生细菌定殖于微囊藻群体.     

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.     

富营养化湖泊典型水华蓝藻的固有光学特性

固有光学特性是水体光学特性的重要内容,掌握富营养化湖泊水体内典型水华蓝藻的固有光学特性,是开展不同水华蓝藻遥感识别的理论基础.利用AC-S吸收衰减仪、BB9后向散射仪,通过实验室纯藻培养,研究微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Dolichospermum）和束丝藻（Aphanizomenon）3种典型水华蓝藻的固有光学特性,并探讨色素浓度、色素占比以及藻类等效粒径对不同水华蓝藻固有光学特性的影响.结果表明,3种典型水华蓝藻的吸收光谱曲线均具有440、620和675 nm吸收峰,微囊藻620和675 nm的比吸收系数最大,鱼腥藻440 nm处的比吸收系数最大;束丝藻单位色素浓度的散射和后向散射能力最高,鱼腥藻次之,微囊藻最低;固有光学特性影响因子分析表明,色素浓度和藻蓝素占比是影响3种水华蓝藻固有光学特性的主要因素.3种蓝藻的吸收系数、散射系数以及鱼腥藻、束丝藻的后向散射系数均随着色素浓度（叶绿素a或藻蓝素）的增加而增大;当蓝藻中藻蓝素占比增加时,3种蓝藻的单位色素浓度的后向散射系数逐渐下降;而藻细胞粒径与固有光学特性之间并未表现出很好的相关性.因此,3种水华蓝藻单位色素浓度的固有光学特性将为典型水华蓝藻的遥感识别提供重要的理论基础和数据支持.     

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.     

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.     

温度对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和鱼腥藻(Anabaena sp.)生长及胞外有机物产生的影响

以巢湖优势种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和鱼腥藻(Anabaena sp.)为研究对象,研究不同温度(35、25和10℃)对这两种藻生长特性和胞外有机物产生的影响.结果表明,温度对铜绿微囊藻和鱼腥藻的藻细胞密度、碱性磷酸酶活性和胞外有机物浓度影响显著.25℃是铜绿微囊藻和鱼腥藻最适宜的生长温度,最高细胞密度分别达到3.12×107cells/ml和2.03×107 cells/ml.不同温度下两种藻的碱性磷酸酶活性特征,证实了高温对鱼腥藻生长的抑制和低温对铜绿微囊藻生长的抑制.胞外有机物释放总量受蓝藻生物量和单位细胞有机物释放速率的影响.铜绿微囊藻的溶解性有机碳和胞外总多糖释放量在25℃最高,最大值分别为49.28和38.46 mg/L;而鱼腥藻在35℃时释放量最高,最大值分别为45.82和40.60 mg/L;10℃条件抑制了两种藻的生长及胞外有机物的释放.鱼腥藻胞外多糖含量在35℃培养条件下最高,而铜绿微囊藻在10℃条件下最高,说明不利的生长条件会促进蓝藻胞外多糖的分泌.三维荧光图谱分析结果表明,铜绿微囊藻和鱼腥藻胞外有机物以类蛋白质和类腐殖酸为主,温度主要影响藻细胞胞外有机物浓度,而对有机物种类组成没有影响.     

近岸海域浮游植物水华动力机制研究进展和展望

水华是一段时期内浮游植物种群丰度和生物量快速、显著增加的过程,其对整个海域的初级生产力水平和各生源要素循环等均有重要影响.水华发生的机制非常复杂,通常与水动力条件、气象条件、温度、盐度分布与变化、营养盐的补充与循环、浮游植物种类特征等因素密切相关.本文从湍流混合及垂直对流、浮游动物的摄食作用、光合作用有效光强和营养盐对浮游植物生长的影响和多因素的共同作用等方面综述了国内外水华机制研究的进展和现状,分析了中国近海海域水华机制研究所面临的问题.需要结合海上观测、卫星遥感、模式模拟等手段对浮游植物水华进行综合全面的研究.     

微囊藻和栅列藻吸收与散射特性的实验研究

利用分光光度计,分别检测不同浓度梯度的微囊藻和栅列藻的光束衰减系数、吸收系数等。根据线性加和关系计算出2种藻的散射系数。结果表明,400～650 nm光束衰减系数大致呈下降趋势,之后又逐渐上升.在675 nm附近出现由于浮游植物吸收而形成的峰值,微囊藻、栅列藻的c*(675)分别为(0.075±0.007)m~(-1)、(0.079±0.007)m~(-1)。微囊藻、栅列藻吸收系数、比吸收系数在440、675 nm存在明显的吸收峰值,PAR波段积分平均比吸收系数分别为0.0172、0.0178 m~2/(mgCh1a)。散射系数在440、675 nm一般出现谷值,而在550、700 nm一般为峰值。微囊藻、栅列藻PAR波段积分平均比散射系数分别为0.0686、0.0737 m~2/ (mgCh1a),比散射系数明显大于比吸收系数。另外,栅列藻比散射系数均要大于微囊藻.而其比吸收系数则差异不明显。微囊藻、栅列藻吸收系数与叶绿素a浓度存在非常好的线性关系,显示其不存在色素包裹效应。微囊藻、栅列藻平均Q*.值分别为1.13、1.19.均大于1.包襄因子的分析也证明不存在色素包裹效应。实验条件下得到比吸收系数、比散射系数可以用于计算浮游植物的吸收和散射系数。     

Effects of rice straw on the cell viability,photosynthesis, and growth of Microcystis aeruginosa

Rice straw is supposed to be an environment-friendly biomaterial for inhibiting the growth of harmful blooms of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa. However, its potential mechanism is not well known. To explore this mechanism, the growth, cell viability （esterase activity, membrane potential, and membrane integrity）, photosynthesis, and cell size ofM. aeruginosa were determined using flow cytometry and Phyto-PAM after exposure to rice straw extracts （RSE）. The results show that doses from 2.0 to 10.0 g/L of RSE efficiently inhibited the alga for 15 days, while the physiologic and morphologic responses of the cyanobacteria were time-dependent. RSE interfered with the cell membrane potential, cell size, and in vivo chlorophyll-a fluorescence on the first day. After 7 days of exposure, RSE was transported into the cytosol, which disrupted enzyme activity and photosynthesis. The cyanobacteria then started to repair its physiology （enzyme activity, photosynthesis） and remained viable, suggesting that rice straw act as an algistatic agent.     

南海北部浮游生态系统要素季节变化的模拟研究

本文基于南海SEATS站的观测资料,利用垂直一维海洋生态系统动力学模式(MEM-1D)模拟了南海北部生态要素垂直结构的季节变化。结果表明,南海北部表层Chla浓度具有明显的季节变化特征,夏季呈现低值(<0.05 mg·m-3),冬季呈现高值,12月为0.38 mg·m-3。春季,风速相对变小,垂直混合变弱,次表层Chla浓度极大值现象形成(80~100 m),并可一直持续到10月末。冬季,海表温度降低,东北季风爆发,垂直混合增强,出现表层水华现象。浮游动物和细菌的垂直结构相似,冬季上层水体中浮游动物和细菌出现最大值,分别为13 mg·m-3和18 mg·m-3。3~10月细菌(12 mg·m-3)同浮游动物(14 mg·m-3)一样出现次表层最大值,其存在深度与浮游动物相似。