暗光缺氧和氮限制胁迫条件下微囊藻的存活及胞内物质变化

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ivan_wongxc
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水体富营养化导致的蓝藻水华已成为全球性的环境问题,蓝藻的生长受到环境因子的影响,环境因子发生变动时可能会成为蓝藻生长的限制因素。微囊藻是我国常见的水华蓝藻。水华爆发期间,大量的微囊藻沉降至底泥-水界面,沉降的微囊藻可能会面临暗光缺氧胁迫,而由于大量藻类的同化吸收,水体会出现氮素缺乏现象,尤其在初秋水华末期。暗光缺氧和氮限制胁迫会对微囊藻的存活及其生理过程产生影响,进而改变细胞内物质的代谢和释放,从而影响湖泊生态系统物质的生物地球化学循环。然而,相关研究开展较少。本文针对暗光缺氧和氮限制这两种胁迫条件,以水华常见蓝藻-微囊藻为研究对象,开展进行了一系列的研究,对于理解微囊藻水华沉降后存活机制、营养盐削减策略对微囊藻水华的影响、以及微囊藻对营养盐限制的反馈机制提供理论支持,为微囊藻水华问题的解决提供思路。研究内容包括以下三方面:1)模拟暗光缺氧条件,探究微囊藻在暗光缺氧条件下的存活及胞内物质的释放;2)低氮培养微囊藻,探究氮限制胁迫下微囊藻的增殖潜力及代谢物变化;3)对野外微囊藻进行营养盐削减实验,研究此条件下微囊藻的增殖潜力。主要研究结果如下:(1)微囊藻可以在暗光缺氧条件下存活至少6天,释放的溶解性有机碳达到1.86 mg C/mg Chl a。不同生长期对微囊藻的存活和释放物产生影响,其中培养55天的微囊藻存活时间最长,培养28天的微囊藻溶解性有机碳的释放量最高。本研究证实暗光缺氧条件下,微囊藻能够存活一段时间并释放有机碳,且存活时间和有机碳释放量与微囊藻生长期相关。(2)在氮限制条件下,微囊藻的生长受到了抑制,实验15天后,25 mg NO3--N/L组Chl a浓度仅为3.00 mg/L,而100 mg NO3--N/L组Chl a浓度达到了10.80 mg/L。然而研究发现在氮限制条件下,微囊藻能够更高效地利用硝酸盐,并具有较高的细胞内C/N比,大约为12:1,表明微囊藻细胞内的C/N比例是可变的,并且可能受到氮限制的影响。低氮培养微囊藻的代谢物相对正常培养藻会产生差异表达。有3种上调差异表达糖类,L-岩藻糖的差异倍数达到3.89×104倍。有明显差异的脂质9种,占到所鉴定脂质总数的16.7%,这9种差异脂质均为上调差异表达代谢物。有明显差异的氨基酸3种,占到所鉴定氨基酸总数的11.5%,其中L-(-)-胱氨酸为下调差异表达代谢物,差异倍数为1.02×10-5。(3)在氮磷削减的条件下,伊利湖生物量变化结果与太浦河过水湖荡进水口变化趋势一致,3日比增长速率:稀释对照组>N削减组>P削减组>NP削减组>对照组,表明两水体之间有着相似性。单位Chl a藻毒素产量在实验后仍有增加,氮磷削减与藻毒素产量没有表现出相关性,需要进一步的研究。
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