微囊藻越冬的生态生理学研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:seraphim0113
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蓝藻水华由于其对水环境的危害引起人们极大的关注。而由于社会与经济的快速发展,大量的营养元素输入到湖泊和水库中,使得蓝藻水华日益严重。中国很多湖泊中水华优势种主要为铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)。前人的研究多集中于微囊藻形成水华期间的生物学及毒理学研究,而对微囊藻如何度过冬季该实验主要探索了不同温度光照下铜绿微囊藻PCC7806的生长状况、光合活性,以及色素和胞内可溶性糖含量与其光合活性之间的关系。另外野外试验我们以太湖为研究对象,探索了观察和计数沉积物中微囊藻群体的方法,并用该方法监测了2008年11月至2010年7月太湖沉积物中微囊藻群体数目的动态变化。另外,我们也对太湖表层沉积物中的多种形态的氮磷进行了测定,并分析了各种形态的氮磷季节变化与沉积物中微囊藻群体数量季节变化的相关性。主要研究结果如下:   1.在室内试验中,我们发现在15℃光照条件下培养的微囊藻与25℃光照条件下培养的微囊藻相比,其生长速率要慢,但是其光合活性保持得很好。另外,其色素变化最大的特点是是类胡萝卜素/叶绿素a的比例有显著的提高,但是这不是由于细胞内类胡萝卜素绝对含量增加而造成的,而是由单位细胞内叶绿素a含量的减少造成。另外,15℃光照条件下培养的微囊藻其单位细胞的胞内可溶性糖含量有极为显著的提高,最高时可提高3.2倍,我们推测微囊藻在15℃下可对有所降低的温度做出反应,合成糖类并在细胞内进行积累。因此,我们推测微囊藻在秋季沉降的过程中可积累胞内可溶性糖。糖积累的作用可能有两个,一是由于冬季微囊藻沉降于沉积物表面,胞内可溶性糖的积累可以作为微囊藻在低温弱光等恶劣条件下的能量储备;第二,沉降过程是一个微囊藻对自身浮力进行调节的过程,由于胞内可溶性糖的密度大于水,所以胞内糖的积累可以增大其密度,有利于其自身的下沉。   在黑暗和不同温度条件下生长的微囊藻,其生长出现停滞,光合活性可保持在一定水平,但是有缓慢的下降。且5℃黑暗条件下培养的微囊藻其光合活性的下降略快于15℃和25℃黑暗条件。这表明低温黑暗的条件虽然可能对微囊藻细胞的存活产生不利的影响,但是并不足以对微囊藻细胞的存活产生致命的损伤。但是,微囊藻细胞如果在5℃光照条件下,其光合合性很快就完全丧失。这可能是由于光照条件下产生活性氧,在低温条件下由于酶活的降低可能得不到有效地清除,造成了微囊藻光合系统Ⅱ活性的丧失,从而造成了细胞的死亡。这也证明了为什么冬季微囊藻在沉积物中的生物量远大于水柱中的生物量。   2.太湖表层沉积物总磷变化范围为486.49-678.19mg/kg,总无机磷变化范围为347.61-465.06 mg/kg,总磷和总无机磷的季节变化和区域差异不明显。各种形态的无机磷季节变化不明显,但是区域差异显著。就.Al/Fe-P的绝对含量及所占无机磷的比例而言,北部表层沉积物远大于湖心和南部。沉积物中Al/Fe-P的含量的区域差异与太湖水体富营养化与水华暴发的区域差异一致。   太湖表层沉积物中氨氮的季节变化明显,春季明显高于夏季、秋季和冬季。硝氮含量北部高于湖心和南部,但是季节变化与氨氮相反,春季明显低于夏季、秋季和冬季。   3.太湖表层沉积物中微囊藻群体数在全年存在较大的季节和区域差异。微囊藻群体在表层沉积物中的积累开始于10月份,在12月至次年3月初表层沉积物中微囊藻的生物量为一年中最大,而在这段时期,微囊藻群体主要分布在梅梁湾、竺山湾和贡湖湾等太湖北部的区域,而在湖心和南部微囊藻群体的数量都很少。微囊藻越冬区域与夏季微囊藻水华发生严重程度相一致。   4.微囊藻群体的季节变化与沉积物中的NaOH-P与有机磷的季节变化显著相关。一方面,NaOH本来提取的主要是铝结合态磷和铁结合态磷,但是可能NaOH对微囊藻中的某些形态的磷提取出来,导致微囊藻群体的季节与NaOH-P的季节变化相关;另外,由于微囊藻中的磷多以有机磷存在,所以微囊藻由于在沉积物中存在着较大的季节变动可能导致沉积物中有机磷的季节变动。
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