会仙岩溶湿地藻与微生物及其碳酸酐酶的碳效应研究

来源 :广西师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:Xtce8145
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碳酸酐酶(CA)广泛分布在各种类型生物细胞中,它能快速的催化C02和HC03-之间的相互转化,而CO2是岩溶作用发生的重要驱动力。而水生藻类利用水体中的溶解无机碳时,使得岩溶水体中大量无机碳(DIC)被转化为有机碳而被固定下来形成碳汇效应。本文选择桂林会仙岩溶湿地作为研究区,以研究其水化学变化为基础上,通过室内模拟实验来研究藻类及微生物的碳酸酐酶的碳效应。主要研究结果如下:(1)通过研究会仙岩溶湿地3个监测点(编号为1-3)水化学的昼夜变化、9个监测点(编号为Ⅰ-Ⅸ)水化学与藻类的季节变化。在监测水化学昼夜变化过程中,主要研究溶解氧(DO)、溶解氧饱和度(HDO%)、HCO3-、Ca2+以及pH的变化规律。结果表明DO的变化规律在3个监测点都呈现白天DO较高,晚上较低的规律,从溶解氧饱和度变化规律中验证了2、3号点在白天时间段主要表现为无机合成有机的过程。HCO3-\Ca2+的变化规律与溶解氧的变化规律相反,白天低,晚上高,而监测点浓度高低变化为1>2>3,呈现随水流方向浓度降低的趋势。对于pH的变化规律为2>3>1,其变化主要受水生植物吸收HC03-影响。对9个监测点进行季节监测指标主要有水温、溶解氧(DO)、pH、电导率(EC)、叶绿素a(Chl-a)、蓝绿藻。监测结果表明,水温变化规律为夏季>秋季>春季>冬季,其主要受控于气温。DO呈现出来的规律则是冬季>秋季>夏季>春季,其与植物的光合作用有关。HC03-与Ca2+的浓度为冬季最高,秋季最低,表明了HCO3部分被水生植物或者藻类利用,而Ca2+的减少与温度有关系。通过电导率的变化规律验证了会仙岩溶湿地水中主要的离子为HCO3与Ca2+。pH值春季为最高,这与HC03-的变化规律并未吻合,表明pH的变化除了受HC03-影响外,还受植物体繁殖后分泌大量化感物质的影响。通过蓝绿藻与叶绿素a的关系,发现Ⅱ-Ⅳ监测点的藻较丰富,Ⅰ、Ⅴ-Ⅸ监测点的藻较单一。通过计算初级生物量推算出了藻类固定碳量约为6196.98tC/a,占总HC03-的75.56%。(2)通过对会仙湿地所采水样进行藻、细菌的分离、培养以及常规分子测序鉴定,采用“水滴法”获得了8株可产生碳酸酐酶的藻种,选取了活性最高的作为实验材料进行分子鉴定。结果藻种鉴定为小桩藻(Characium.sp),细菌为产碱假单胞菌(Pseudomonas alcaligenes)。(3)通过小桩藻及产碱假单胞菌的室内模拟实验,研究其实验过程中水化学及生物量变化。实验分四组:空白组(A)、细菌组(B)、藻组(C)及菌与藻的混合组(D)。发现A组HC03-与CO2的变化是分别稳定在28mmol/L、3.8mg/L,B组的HCO3-、CO2分别升高到3.0mmol/L、4.15mg/L,C组与D组的HC03-分别降低到17mmol/L、1.85mmol/L。而C、D两组游离CO2从初始值3.8mg/L下降到0mg/L,表明藻种(小桩藻)可同时利用HC03-与CO2,碳酸酐酶的变化曲线可以验证这一点。而pH是随着HC03-的变化而变化,B组pH随着HC03-升高而降低,C、D两组的pH明显在不断的升高,而通过pH补偿点可知小桩藻能利用岩溶水中的HC03-。HC03-变化的同时还会引起水中Ca2+的变化。A、B两组Ca2+变化几乎呈现稳定状态,而C、D两组则出现较大的变化,变化幅度分别为21mg/L、17mg/L,但最终这两组都几乎稳定在37mg/L左右,表明了小桩藻能适应Ca2+的浓度约为37mg/L。电导率变化规律与Ca2+、HCO3的变化规律类似,这说明了电导率的降低与这两个离子关系较密切。而溶解氧与HCO3-呈负相关关系,主要原因是小桩藻进行光合作用消耗水中的无机碳,同时对水进行光解释放出氧气,同时随着HC03-的消耗,藻体的浓度及生物量也在逐渐增大。C、D两组的藻细胞浓度升高分别达12.6倍、26倍,生物量则分别净增加33.9mg、36.68mg,表明有产碱假单胞菌的存在会增加小桩藻的生物量。对比C、D两组藻细胞的浓度,对应的叶绿素a含量的含量本应差别不大,但通过测定叶绿素a含量发现D组是C组的近63倍。而C、D两组主要差别在于D组加入了产碱假单胞菌,表明菌体的裂解物或者分泌物对稳定或促进叶绿素a的合成有一定的作用。实验最后通过计算HCO3-的消耗量,推测出C、D两组分别有0.042mmo1、0.0365mmol的HCO3-通过CaCO3的形式返回到无机环境中。其中C组有0.137mmol被小桩藻吸收利用转化成有机碳保存下来,占总的23.3%。而D组则有0.175mmol被转化成有机碳,占29.7%。这些研究结果为岩溶碳效应提供了一定的科学理论依据,同时也为今后岩溶碳汇研究提供新思路。
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