铜绿微囊藻过度繁殖的控制及机制的研究

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本文通过探索淡水水华藻种铜绿微囊藻成为水华优势种的多种原因、控制铜绿微囊藻水华过程的机制、以及控制景观水水华的新措施,为更好防止铜绿微囊藻水华提供了一定科学依据。主要研究了多种因素对铜绿微囊藻生长繁殖的影响、不同营养盐限制对铜绿微囊藻生理生化过程的影响、化学物质银对铜绿微囊藻的致毒机理和残留效应等,最终实现了本文的研究目标。 实验阐明了不同光照时间、不同营养盐浓度以及分别在氮、磷、铁限制时铜绿微囊藻生长繁殖情况,观察到藻细胞形态和生命周期的改变。结果表明在较短的光照时间或在整体营养盐的较低水平下,铜绿微囊藻也能很好地生长繁殖;在磷或铁限制时对磷或铁较强的竞争吸收能力;不产生休眠细胞等。以上试验结果阐明了铜绿微囊藻在一定条件下形成水华并能重复产生水华的主要原因。 在以上实验结论基础上,选择常量营养元素磷和微量元素铁进一步研究,探讨了铜绿微囊藻的生理生态特性与水华发生机制,并提出“去除微量元素铁作为防止或辅助防止水华的一种手段”的观点。得知磷和铁限制对该藻生长和生理生化过程的影响存在共同之处,即两种营养元素缺乏都抑制了铜绿微囊藻正常生长繁殖,同时降低了铜绿微囊藻抵抗不良环境的能力,故去除磷和铁的去除不仅可以作为一种控制铜绿微囊藻水华的手段,同时也有利于其他防止手段的实施。二者的影响存在较大差异在于:磷和铁限制促使了不同特异蛋白产生,分子量分别为16.2kDa和20.4kDa产生,都可能是PSⅡ系统中的CP43蛋白或其他某种特殊色素蛋白,特殊蛋白可以作为铜绿微囊藻受相应营养元素限制的一种标志。藻细胞中能量分配重新调整和结构的调整程度不同:铁限制时藻细胞中光合系统能量分配的变化和色素含量比例的差异都远远大于磷限制的状态。以上结论表明磷和铁限制对铜绿微囊藻的影响机制不同,因此降低磷或铁含量以控制铜绿微囊藻水华的机制不同。 本文通过研究微藻代谢的非必要元素银对铜绿微囊藻的生理生化过程的影响,掌握银对铜绿微囊藻的致毒机制,以探索新的控藻手段。银的致毒机理是:抑制藻细胞正常生长繁殖、破坏类囊体和气泡等结构,使细胞功能衰退;胞内蛋白质和碳水化合物的单位细胞含量降低,生化物质的合成受到抑制;超氧化歧化酶和过氧化物酶活性受到抑制使铜绿微囊藻抵抗外界不良环境能力降低;胞内色素组成间比例失调,并随银浓度的上升程度增加;胞内光合系统PSⅠ系统的能量分配向PSⅡ系统的转移,藻细胞自动调节光合系统大小或天线大小来优化二者之间电子传递过程。 通过研究影响银毒性的因素表明:在一定范围内,pH值上升银的致毒作用增强;螯合剂EDTA在降低银对铜绿微囊藻的毒性作用方面起着重要作用,螯合剂柠檬酸或土壤浸出液对银的致毒作用没有明显影响,重金属铜和锌对银的致毒作用影响不同;在一定范围内银半数致死浓度和微藻初始浓度间存在一定相关性。故银若作为一种控藻剂施加到自然水体中,底泥的浸出水和水体中其他重金属离子的浓度对银的控藻效果存在不同影响。故银在自然水体中对铜绿微囊藻的毒性作用将会受螯合剂和其他重金属离子等多种因素的影响。同时试验结果表明,银在施加到培养液中24小时到96小时之间,银的浓度降到环境标准规定范围以下;表明银若作为灭藻剂施加入水体后,短时间内在水中的残留量处于安全范围内。因此,利用银对铜绿微囊藻的毒性,向小区域景观水施加银可作为铜绿微囊藻水华控制措施之一。
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