环境因子对铜绿微囊藻生长及生化组成的影响

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水体富营养化的产生原因和控制是一个世界性的深受关注的热点研究课题。本文以富营养化水体中最具代表性的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为研究对象,以某饮用水源水库的水质等现状为背景,主要研究了不同氮磷比(N/P)、不同磷源在单独和复合时、以及水流扰动等因素对铜绿微囊藻的生长、光合活性及生化组成的影响,以期为水库水体富营养化的有效控制提供科学依据。本文的主要研究结果和结论如下:1)保持原水中氮浓度不变,考察以磷酸氢二钾为磷源时磷浓度对铜绿微囊藻生长的影响。在5~1,000μg/L的磷浓度范围内,铜绿微囊藻均高度繁殖,其中磷浓度为30μg/L时铜绿微囊藻的密度和比增长率最大。由此为后续试验设定了5μg/L、30μg/L和1,000μg/L的低、中、高三种磷浓度水平。2)分别以磷酸氢二钾为无机磷源、β-甘油磷酸钠为只含磷酸根的有机磷源、多聚磷酸钠为不含磷酸根的有机磷源,探讨了低、中、高三种磷浓度条件下对铜绿微囊藻生长的影响。无论哪一种磷源,均呈现磷浓度越高藻生长越好的趋势,尤其在中、高磷浓度时这种趋势更明显。不同磷源对铜绿微囊藻比增长率的影响不同,低、中浓度时,多聚磷酸钠的促进生长作用最大,β-甘油磷酸钠的促进生长作用则较弱;在高浓度时,多聚磷酸钠对增长率的促进作用较其他两组磷源几乎高出一倍,β-甘油磷酸钠的促进作用最低。以磷酸氢二钾为磷源时,实际光能转化效率参数Fv/Fm下降最迅速,该磷源培养使铜绿微囊藻的电子传递受到显著抑制;而以中、高浓度β-甘油磷酸钠为磷源时,铜绿微囊藻的实际光能转化效率参数均处于较高水平,说明铜绿微囊藻的光合作用对β-甘油磷酸钠的适应范围较广。铜绿微囊藻的胞内胞外EEM4个区域值的增长速率表明磷酸氢二钾更能在短时间内被铜绿微囊藻吸收,而多聚磷酸钠在后期更能促进铜绿微囊藻的生长。3)考虑到实际水体中铜绿微囊藻可能同时利用多种磷源,设置了磷酸氢二钾和β-甘油磷酸钠复合磷源试验组与磷酸氢二钾和多聚磷酸钠复合磷源试验组。铜绿微囊藻在复合磷源水中的生长速度和密度要明显大于在单一的磷源水中。两种复合磷源试验组中,磷酸氢二钾和β-甘油磷酸钠复合磷源试验组的铜绿微囊藻能吸收更多的磷、吸收速度也更快,能使藻产生更多蛋白质,也更能促进铜绿微囊藻的生长。不过,无机磷源和有机磷源复合时虽然能促进铜绿微囊藻的生长,但对铜绿微囊藻光合活性的促进作用不如单一磷源明显。4)使用摇床模拟水流扰动,考察了在转速0r/min、30r/min、50r/min、70r/min四个水平下三种磷源时的铜绿微囊藻生长状况。四种转速条件下,培养10d的铜绿微囊藻密度均以多聚磷酸钠为磷源时为最高。三种磷源条件下,培养10d的铜绿微囊藻密度均依转速30r/min、0r/min、50r/min、70r/min的顺序由高至低,提示了水流速度超过一定程度会影响铜绿微囊藻的生长。5)水流速度和磷源对铜绿微囊藻的光合量子产率的影响较复杂。磷酸氢二钾为磷源时,转速为30r/min的扰动可以提高铜绿微囊藻的光合量子产率,促进铜绿微囊藻的光合活性。β-甘油磷酸钠为磷源时,转速30r/min对光合量子产率的影响不明显;但转速为50r/min和70r/min时,光合量子产率约减少一半。多聚磷酸钠为磷源时,转速30r/min至70r/min的扰动均会明显降低铜绿微囊藻的光合量子产率。6)随着藻密度增加,藻胞内胞外EEM蛋白质4个区域的FRI值逐渐增大,其中Ⅰ+Ⅱ、Ⅳ区比Ⅲ、Ⅴ区增长的更为明显,说明在生长周期中,藻细胞内外会产生更多的芳香性蛋白质物质和与生物活动相关的类蛋白质。7)所有试验组在最大藻密度时的DOC数据表明,藻生长越迅速的,藻胞内和胞外分泌的可溶性有机物越少,可能因为光合作用的有机物更大部分用来合成了新的藻细胞。
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