湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害,通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观,会造成严重的经济损失和社会问题,揭示其发生机理是进行防治的基础。综述了蓝藻水华发生机理的主要假说和证据,主要分为环境因子(营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等)和生理生态特性(伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等)两个方面;评述了主要新理论,展望了今后的研究。到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理。现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用,但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律。认为蓝藻水华是在各种环境因子(外因)的耦合驱动下,水华蓝藻由于其独特的生理生态特性(内因),产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势,在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成。因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件。不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达,从而影响水华的发生过程,将可能是以后研究的重点。蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程,宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律。今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义。蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题,通过大量的现象和过程的研究,不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律,才能找到其发生的真正原因,为其防治提供理论依据和更好的治理措施。在蓝藻水华防治方面,控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法。     

蓝藻堆积和螺类牧食对苦草生长的影响

设计了双因素四组处理(对照组,加螺组,加藻组,螺藻组)的室外受控实验,模拟湖泊沿岸带水华蓝藻的堆积以及底栖螺类的牧食活动对沉水植物苦草生长的影响。结果表明:蓝藻堆积(水体叶绿素a浓度为220μg/L)对苦草的生长具有明显的抑制作用,和对照组以及加螺组相比,加藻组和螺藻组中苦草的相对生长率分别下降了40.9%和36.4%,分株数也分别下降了56.4%和64.1%,分析认为蓝藻在水体表层堆积所产生的遮光可能是抑制底层苦草生长的主要原因。然而,环棱螺能在一定程度上促进苦草的生长,加螺组和螺藻组中苦草的相对生长率和分株数分别要明显高于对照组和加藻组,这可能要归因于螺类的牧食去除了沉水植物表面附着生物。实验中蓝藻堆积和螺类牧食对苦草的各项生长指标均无显著的交互作用,但蓝藻对苦草生长的抑制作用要远大于螺类对植物生长的促进作用。研究证实了在富营养浅水湖泊中,水华蓝藻在湖泊沿岸带的堆积会严重胁迫沉水植物的生长,而底栖螺类的牧食活动则能在一定程度上提高植物在不良环境下的生存能力。     

滇池北部湖区浮游植物时空格局及相关环境因子

为研究滇池北部湖区浮游植物的时空格局,探讨影响格局形成的关键影响因子,2008年12月至2009年6月,在滇池北部湖区选择6个点位,共开展了24次采样,调查并分析了浮游植物群落及其相关理化参数。通过比对滇池全湖周年监测数据,研究发现,北部湖区叶绿素a浓度从12月中旬开始下降,2月中旬降至最低值26.5μg/L,5月中旬达到最大值530.5μg/L。调查期间共鉴定出浮游植物74属97种,其中绿藻53种,蓝藻20种,硅藻17种,隐藻2种,金藻2种,甲藻1种,裸藻2种。蓝藻生物量在12月、3月至6月期间占优势,12月份优势种为绿色微囊藻(Microcystis viridis),3月至5月为水华束丝藻(Aphanizomenonflos-aquae),6月为惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)。硅藻在1月占优势,优势种为颗粒直链藻最窄变种(Melosira granulata var.angustissima)。研究结果表明,水温高于14℃以上,微囊藻生物量迅速增加;束丝藻生物量随温度增加而增加,高于22℃时迅速减少。北部湖区6个点位浮游植物的空间差异显著,D1、D4号点微囊藻、束丝藻生物量显著高于其他四个点(P<0.01),D2、D5号点广缘小环藻生物量显著高于其他四个点(P<0.01)。研究结果显示,在富营养化严重的滇池北部湖区,水温可能为影响浮游植物种类组成及生物量的关键因子,浮游植物水平分布的差异主要由气象因素和水体营养盐共同决定。     

荧光原位杂交技术和流式细胞仪用于环境样品中产毒及非产毒微囊藻的定量监测

全球范围内,高频次、大范围暴发的蓝藻水华对淡水水体环境造成严重影响.微囊藻因其在生长特别是衰亡过程中向水体释放微囊藻毒素而威胁人类健康.因此,分析其产毒株及非产毒株在环境样品中的组成,建立产毒蓝藻的预报及评价体系显得极为重要.本文采用荧光原位杂交技术结合流式细胞技术实现对环境样品中产毒藻株的鉴别与定量.针对目标基因mcyA设计的、以地高辛标记的双链DNA探针可有效应用于产毒微囊藻FACHB905和PCC7806的鉴别.分别对来自滇池、太湖和关桥的11个样品进行分析显示,该方法与传统的形态学鉴定及PCR方法有较好的匹配.荧光原位杂交技术与流式细胞相结合可有效鉴别产毒与非产毒微囊藻,尤其可以对野外样品中产毒与非产毒藻株进行简便、可视化地鉴别,从而达到对产毒微囊藻水华早期预警的目的.     

蓝藻水华预报模型及基于遗传算法的参数优化

蓝藻水华预报是应对水危机,保障水资源供给的一项重要工作。以太湖北部三湾(竺山湖、梅梁湾、贡湖)为研究对象,采用动态空间环境建模技术,构建了蓝藻水华预报模型,并通过实地观测建立了模拟的初始参数集。利用2008年04-09月太湖水环境、气象等实测数据,采用遗传算法优化叶绿素a浓度预报模型中敏感度较高的4个参数。研究结果表明,该模型在蓝藻水华空间分布的预报上达到了一定的精度;采用遗传算法能全面、高效地进行参数优化,降低了模拟结果的相对残差,提高了模型预报精度。     

蓝藻水华水样总氮含量的测定

为评估蓝藻水华藻密度对水样中总氮含量测定的影响,采用实验室培养纯藻和天然微囊藻水华样品,利用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,测定了不同藻密度水样TN的含量并进行了比较分析。研究发现,如果藻密度较高的水样稀释不充分, TN值会被严重低估。对太湖水华水样分析结果表明,叶绿素a与TN的相应值平均为0.156 mg N/μg Chl. a,干藻样的氮含量平均为16%。这些数据有助于估算蓝藻水华对水体TN的贡献。     

我国蓝藻水华的发生机理、危害及防控利用研究进展

近些年蓝藻水华的大规模爆发不仅危害了水产养殖业,而且严重影响了人类日常生活、供水、旅游业等。主要介绍了蓝藻水华爆发的内在因素（假空泡、类胡萝卜素、厚壁孢子、细胞壁等）及外在因素（营养物质、温度、微量元素、滤食性鱼类等）。阐述了蓝藻水华对生产、生态和生活造成的危害,归纳总结了蓝藻水华防控的化学、物理、生物等方法。最后描述了蓝藻水华的有效利用并提出其研究中存在的问题。     

鄱阳湖南矶湿地自然保护区蓝藻水华状况与成因分析

南矶湿地国家自然保护区位于鄱阳湖西南部, 总面积约333 km2, 大部分区域由碟形湖及相应洲滩组成。2012 年10 月该地区碟形湖爆发了较重的蓝藻水华, 通过监测发现本次蓝藻水华优势种为铜绿微囊藻(M.aeruginosa)和水华微囊藻(M. flos-aquae), 其细胞密度最高达2.51×109 cells^_L–1, 相应水体的微囊藻毒素浓度也达到1.6 gL^–1, 超过了世界卫生组织规定的安全界限。通过水质分析发现该地区的总磷浓度普遍较高, 所有调查点位的总磷浓度在0.15-0.3 mgL–1 之间, 综合富营养化指数在52-63 间, 总体达到了轻-中度富营养化状态。本次南矶湿地蓝藻水华可能与当地居民对碟形湖的不合理开发致使水体营养盐浓度偏高有关, 同时当地高温高光强的秋季特殊气候也为蓝藻水华的爆发提供了优良的外部条件。     

应用环境微生物治理淡水湖泊微囊藻毒素污染的研究进展

近年来,随着水体富营养化程度的加剧,蓝藻水华现象时有发生,蓝藻及其释放的藻毒素对生态环境和人类健康构成严重威胁。在各种藻毒素中,以微囊藻毒素(Microcystins,MCs)毒性最强,对人类危害也最大,微囊藻毒素的化学性质相对稳定且难以通过常规水处理方法消除,因此如何有效去除环境中的MCs是国内外普遍关注的难题。研究发现自然界中的微生物能够有效降解和消除MCs污染,由此产生的环保技术极具应用价值。本文主要概述了微囊藻毒素的产生机理、化学结构以及毒性危害,总结了微囊藻毒素的自然分解过程以及微生物群落对微囊藻毒素的响应机制,重点分析了微生物群落在微囊藻毒素污染控制技术中的潜在应用,并对应用微生物技术治理微囊藻毒素污染的技术瓶颈提出了建议,以期加速微囊藻毒素微生物降解技术的完善和应用。     

微囊藻毒素生物合成及其检测的分子生物学研究进展

随着世界各地水体富营养化的日益加剧,蓝藻水华的爆发频率越来越高,爆发范围也越来越广,已经成为国内外学者高度关注的重大环境问题。微囊藻水华是淡水水体中危害最严重的一类,特别是在我国巢湖、太湖和滇池等大型湖泊,经常爆发微囊藻水华,给水体生态系统和人类健康带来了巨大的危害。本文简介了微囊藻毒素的化学结构与危害,综述了微囊藻毒素mcy基因簇、Adda生物活性结构以及肽链合成与环化等关键生物合成过程,并重点归纳了聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)、实时定量PCR(real time quantitative PCR detecting system,QPCR)、基因芯片(gene microarray)和变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)等用于藻毒素检测的分子生物学技术方法,最后对相关研究进行了展望。