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淡水水域的藻华问题一直是水环境领域的热点研究问题之一,近年来藻华的爆发频度和严重程度呈加剧趋势,如何从爆发机理上解释藻华问题成为藻华预警及控制技术的重点突破方向。在经历了常量元素的探讨研究后,藻华爆发对于营养元素的研究已进入对微量营养元素的研究中。研究表明,铁(Fe)作为藻类生长发育必不可少的一种矿质营养元素,在光合作用、呼吸作用、固氮作用、蛋白质与核酸合成等生理代谢过程的电子传递及酶促反应中发挥着极为重要的作用。但铁在自然界中的形态比较多,且在自然界中的转运及各形态之间相互转化的方式多种多样,各藻种对于各形态铁的吸收利用机制也较复杂。因此,研究不同形态的铁与藻种之间的作用关系有利于进一步加深对藻华爆发过程的研究,为藻华的防治提供帮助。 论文主要研究了不同络合态铁对四尾栅藻、水华鱼腥藻两种典型淡水藻的影响、藻吸收利用络合铁的过程。比较分析了络合态铁的形态和浓度对于两种藻的增殖趋势的影响、对于氮磷营养元素吸收及有机物分泌的影响,并在比较分析了两种藻不同络合态铁中胞内胞外铁变化的基础上,进一步探究藻对于络合铁的吸收利用途径。实验结果如下: (1)两种藻在不同铁源条件下的生长潜势。 在设计的初始铁实验浓度范围0.3 mg·L-1~1.5mg·L-1内,随着铁浓度的升高,铁对于四尾栅藻会有一个先促进后抑制的过程。各铁源条件中,四尾栅藻和水华鱼腥藻生长情况最佳的均为0.9mg· L-1的柠檬酸铁铵。铁形态对四尾栅藻的生长影响显著,铁浓度对其的影响非常显著,且影响的主次因素为:铁浓度>铁形态。水华鱼腥藻对于铁的形态和浓度的适应性较强,但当铁浓度达到1.5mg·L-1时仍会对水华鱼腥藻的生长有抑制作用。铁形态对水华鱼腥藻的生长没有显著性影响,铁浓度对其的影响非常显著。对于水华鱼腥藻的影响,铁浓度要远远强于铁形态。综合四尾栅藻和水华鱼腥藻生长情况可知,不同藻种对于不同的铁源响应方式有所不同,铁浓度和铁形态对于藻类的影响程度在不同藻种之间也有不同。一般而言,铁浓度对藻增殖的影响要强于铁形态。 (2)不同铁源条件下两种藻对磷的吸收。 对于四尾栅藻,草酸铁对其吸收磷的促进作用均要强于EDTA-Fe、腐殖酸铁、柠檬酸铁铵,最大磷平均吸收速率可达到0.0556mg·L-1·d-1。铁浓度对四尾栅藻磷吸收有显著影响,铁形态有非常显著的影响。水华鱼腥藻在整个磷吸收的过程中有着“先慢后快”的特点,在培养周期的最后2d磷浓度吸收速率能达到0.1~0.2 mgL-1d-1。铁浓度和铁形态均对水华鱼腥藻磷吸收没有显著影响。 (3)两种藻在不同铁源条件下的代谢产物分析。 水华鱼腥藻在四种络合铁为铁源的培养过程中均会分泌色氨酸类、络氨酸类蛋白质及腐殖类有机物。其中,色氨酸类蛋白质的分泌情况基本相同,水华鱼腥藻在生长过程中均会先分泌色氨酸类蛋白质而后进行吸收;络氨酸的分泌情况有所差异, EDTA-Fe试验组和腐殖酸铁试验组络氨酸类蛋白质会先分泌后相对稳定,草酸铁和柠檬酸铁铵试验组络氨酸类蛋白质持续增大。各铁形态对藻细胞分泌蛋白质类有机物的促进作用大小顺序为:EDTA-Fe、草酸铁>柠檬酸铁铵>腐殖酸铁。四种络合铁作铁源时,分泌的UV类有机物占总有机物的比重较小,且分子量大小主要集中在1kDa~100kDa,分泌的总的有机物(TOC)分子量大小主要集中在100Da~10 kDa。 (4)两种藻对不同络合铁源的吸收途径分析 不同藻种之间络合态铁的吸收规律区别不大,但吸收速率会由于藻种生长力的不同有所差距,水华鱼腥藻对铁的吸收能力要强于四尾栅藻。四种络合铁被吸附的难易程度为:EDTA-Fe>柠檬酸铁铵>草酸铁、腐殖酸铁,吸附能力的强弱与络合铁的结合能力成反比,且0.6 mg·L-1和0.9mg·L-1铁浓度更有利于藻对络合铁的吸收。藻类对于络合铁的吸收的流程为:与有机配体络合的铁先被吸附在藻细胞表面,而后络合铁中的铁被藻细胞表面的有机物质夺取,有机配体结合藻细胞表面的阳离子重新回到培养基中,而络合铁分离后形成的Fe3+进入藻细胞的过程与Fe3+一致。