洱海螺旋鱼腥藻生长生理特性的初步研究

近年来,洱海正处于中营养水平向富营养湖泊的过渡阶段,蓝藻水华也频繁发生。本文作者在洱海大规模水华暴发期间,分离、纯化了水华优势种螺旋鱼腥藻,并对其生长生理特性进行了初步研究,以期为探讨洱海鱼腥藻水华发生的环境影响因素提供基础的参考资料。实验结果表明,氮含量1.5mmol/L、磷含量12µmol/L、光照强度30E/ m·s、pH值8－10及温度25℃时,螺旋鱼腥藻生长状况最好,生物量及相对生长速率较高。不同氮、磷浓度下的氮磷代谢活性表明：氮浓度在0－0.36mmol/L时,硝酸还原酶活性随着氮浓度的增加而增强;氮浓度在0.36－6 mmol/L时,酶活性由其生长状况决定,生长越好,酶活性越高。碱性磷酸酶受磷影响较大,随着磷浓度的增加其活性逐渐减弱,磷充足时,氮对其活性并无显著影响。此外,洱海螺旋鱼腥藻可在低的氮、磷浓度下生长,这与其氮磷代谢活性的调节作用有关。     

镇海水库拟柱孢藻的分离鉴定和氮磷对其生长的影响

以分离自广东省镇海水库的拟柱孢藻N8为对象, 探究其在不同磷浓度及氮磷浓度组合下的生长情况。结果表明, 拟柱孢藻N8对磷的适应范围很宽, 在0.025.12 mg/L磷浓度下均能生长, 最适生长磷浓度范围为0.165.12 mg/L, 磷浓度的升高能显著延长拟柱孢藻的对数生长期和提高生物量。动力学分析表明, 拟柱孢藻N8有较低的KSP值, 对磷元素的亲和性较高, 在磷营养贫乏的环境下更容易形成优势。在氮磷组合实验中, 低氮(0.5 mg/L)显著抑制拟柱孢藻的生长, 且这种生长抑制不受磷浓度的影响; 而在低磷(0.04 mg/L)条件下, 水体中氮浓度的增加会显著促进拟柱孢藻的生长, 拟柱孢藻在高氮中磷和高氮高磷下的生长显著优于其他氮磷组合条件。研究表明, 广东省水库拟柱孢藻的生长受磷的限制较弱, 氮是其生长的决定因子。       

斜生栅藻在不同磷条件下氮生态幅的研究

为获得斜生栅藻（Scendesmus obliquus）的氮生态幅,研究根据中华人民共和国地表水环境质量标准磷浓度界定,利用谢尔福德（Shelford）耐受定律进行曲线拟合对斜生栅藻在低磷（0.02 mg/L）、中磷（0.2 mg/L）和高磷（0.4 mg/L）三种不同磷浓度下氮的生态幅进行定量表达,获得三种磷起始条件下斜生栅藻生长的最佳氮浓度、氮适宜生长范围和氮耐受范围。研究表明,在三种磷条件下斜生栅藻生长的最佳氮浓度分别为1.02、8.91和18.05 mg/L,对应的最大比生长速率分别为（0.1420.006）、（0.3140.002）和（0.3460.007） /d,氮适宜生长范围分别为（0.521.52）、（4.4813.34）和（11.7224.38） mg/L,氮耐受限度分别为（0.022.02）、（0.0517.77）和（5.3930.71） mg/L。这表明富营养化水体可能引起斜生栅藻的大量生长、繁殖,也暗示了斜生栅藻能作为高氮水环境的一个良好指示生物。       

洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

为研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响,采用不同比例洱海底泥与湖岸土壤掺混形成五种基质,并分别移栽苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻,进行为期70d的室外生长实验,结果表明不同基质对几种植物的影响具种间差异。（1）在基质为50%深层底泥+50%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为31.59、0.334和0.095 mg/g）时,苦草、马来眼子菜和光叶眼子菜的株高最大;基质为100%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为37.88、0.803和0.149 mg/g）时,黑藻、微齿眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻的株高最大;（2）基质为100%深层底泥时,苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜和光叶眼子菜生物量增加最多且相对生长速率最大;基质为100%浅层底泥（碳、氮、磷含量分别为77.37、5.691和0.136 mg/g）时,穿叶眼子菜生物量增加最多,相对生长速率最大;狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g）时生物量增加最多,相对生长速率最大;（3）基质为100%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/g）时,7种沉水植物均生长缓慢,生物量增加较少。综上所述,中营养底泥（碳、氮、磷含量分别为31.59-49.27、0.334-2.005和0.095-0.131 mg/g）更适合沉水植物生长,底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。     

CO2对转基因鱼腥藻生长的影响

为了进一步探索转基因鱼腥藻高密度培养的方法,在小型气升式反应器中研究了CO2对转基因鱼腥藻7120培养的影响。结果发现转基因鱼腥藻培养过程中通入5％ CO2能促进藻细胞生长,12d生物量提高7．44％,由于光照限制,不能大幅提高15d收获生物量,但生长周期能缩短近20％;而高浓度(10％)的CO2抑制转基因鱼腥藻的生长。CO2是通过调节pH值和影响碳源利用来影响藻细胞生长的,合适浓度的CO2有利于转基因鱼腥藻的培养。     

城市生活废水用于产油微藻培养

将废水与产油微藻培养结合起来,可以实现废水的无害化处理,还可为微藻的培养提供营养组分和大量水源。利用高产油栅藻,以城市生活废水为水源,在气泡柱式光反应器中,考察了添加不同营养组分对栅藻细胞的生长、生物质产量、总脂含量以及氮磷的去除情况的影响。结果表明：生活废水非常适合于产油微藻的培养,利用生活废水进行微藻培养中,仅需补充添加无机氮、无机磷、柠檬酸铁铵以及微量元素。但这些营养组分的加入量对藻细胞的生长、生物量和油脂积累有重要影响。在优化的废水培养基中微藻细胞浓度可达8.0 g/L左右,远高于标准BG11培养基5.0 g/L的水平。微藻细胞对于无机氮与磷有着高的吸收能力,在废水中加入185.25 mg/L以下无机氮,16.1 mg/L以下无机磷的条件下培养3~4 d后,培养液水体中未检测到有氮磷残留。由此表明利用城市生活废水培养含油微藻可以在获得微藻油脂产品的同时实现水体的无害化处理。     

白鲢鱼种对螺旋鱼腥藻摄食量和利用率的研究

在通过示踪试验肯定了白鲢鱼种能消化利用螺旋鱼腥藻之后,我们继续用放射性磷做了白鲢鱼种对螺旋鱼腥藻摄食量和利用率的示踪试验,同时做了鱼体自射线显影。通过以上的研究工作,证实了螺旋鱼腥藻是白鲢鱼种易摄食和消化利用的良好食物,是白鲢鱼种快速生长的主要物质基础。       

磷酸盐对盐藻生长与物质积累的调控作用

实验研究了不同浓度的磷酸盐对盐藻细胞生长与物质积累的调控作用。结果表明,培养液中供给磷过多或过少都不利于盐藻细胞的生长与物质积累。以培养基中30mg/L的磷浓度对盐藻细胞生长、蛋白质合成与β-胡萝卜素积累的促进作用最大。培养液中磷浓度提高会使盐藻细胞生长与物质积累受到抑制。在培养液中的磷浓度为0mg/L时,单个盐藻细胞中的蛋白质含量最高。     

氮磷浓度对藻-溞-草间相互作用的影响

为了解氮磷浓度对生物操纵效果的影响, 以小球藻、大型溞和金鱼藻分别作为浮游植物、浮游动物和大型沉水植物的代表, 建立了它们之间相互作用的水生微宇宙模型。研究了在25℃、2000—3000 lx 的温度和光照下, 不同氮磷浓度对三者生长的影响。结果表明: 两者共培养时, 在高氮(10.5 mg/L)条件下, 磷浓度小于0.1 mg/L 对大型溞繁殖和金鱼藻的生长有利; 磷浓度介于0.1—2 mg/L 时小球藻呈大暴发趋势, 而金鱼藻的生长则明显受抑制。在低氮(0.5 mg/L)条件下, 磷浓度不大于0.5 mg/L, 大型溞对小球藻有较好的抑制作用, 金鱼藻与小球藻无显著互抑现象; 磷浓度增大为2 mg/L 时, 小球藻对金鱼藻生长产生明显抑制。在0.05—2 mg/L 的磷浓度范围及高氮和低氮条件下三者共培养时, 大型溞数量及金鱼藻生物量均不同程度的升高,且小球藻数量得到了有效抑制, 以磷浓度为0.1—0.5 mg/L 时效果最佳; N/P 比值对藻、溞、草间的相互作用有重要影响, 在藻-溞系统中, 大型沉水植物的加入可以大大提高控藻效果, 减小N/P 比值波动带来的不利影响。与低氮情况相比, 高氮条件对金鱼藻、大型溞及小球藻的增长均存在一定抑制作用。磷浓度为0.5 mg/L时的水体氮磷去除效果好于其他磷浓度梯度。       

温度和氮磷浓度对平裂藻和栅藻生长及竞争的影响

为了解温度及氮磷浓度对平裂藻和栅藻生长及竞争的影响,分别在18、25和35℃条件下,以BG11培养基为基础,设置了不同的氮磷浓度组,进行了2种藻的单独培养试验和混合培养试验,结果表明:在纯培养条件下,低营养浓度组(磷浓度分别为0.1和0.5 mg/L)平裂藻在3种温度下基本停止生长,高营养盐浓度组(磷浓度分别为1.0和1.5 mg/L)除18℃1.0 mg/L组停止生长外,其余均能正常生长增殖,且细胞最大密度表现为25℃ 18℃ 35℃, 1.5和1.0 mg/L浓度组细胞生长差异不显著。栅藻在纯培养条件下,细胞密度总体表现为随着营养盐浓度升高而增加的趋势,细胞最大密度表现为18℃ 25℃ 35℃。在混合培养试验中,除35℃、1.5 mg/L组平裂藻对栅藻的竞争抑制参数大于栅藻对平裂藻的竞争抑制参数外,其余试验组均表现为栅藻受平裂藻影响较小。在混合培养体系中, 0.1 mg/L组平裂藻仍基本停止生长, 0.5 mg/L组受栅藻的刺激作用,生长优于纯培养体系。1.0和1.5 mg/L组均受栅藻的抑制作用,且浓度越高抑制作用越强。       

大沙河水库冬季浮游植物群落结构与水华分析

于2009年12月、2010年1月和2月对广东省大沙河水库湖泊区距水表层0.5m、5m和10m三个水层的浮游植物进行了定性与定量分析,同时对环境变量进行了测定.采样期间三个月的总降雨量为263mm,水温范围在15.5～19.4℃之间,水体处于混合状态.三次采样中,共检测出浮游植物69种(属),隶属于6个门,浮游植物丰度范围在4.1×10⁶～14.8×10⁶cells·L^-1之间.三个水层的浮游植物优势种类差异不显著(p>0.05),丰度的主要优势种为蓝藻门的卷曲鱼腥藻(Anabaena circinalis)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa),这两个种的丰度之和占总丰度的70%以上,在2009年12月和2010年2月的表层出现了轻度鱼腥藻和微囊藻水华.蓝藻自身的浮力调节机制和适应低磷的生活策略是其成为优势种的重要原因,相对稳定的外部条件、水体混合与富营养共同导致的光的可获得性的减少是形成蓝藻水华的关键外部因子.     

Effect of iron plaque outside roots on nutrient uptake by rice (Oryza sativa L.): Phosphorus uptake

Under anaerobic conditions, ferric hydroxide deposits on the surface of rice roots have been shown to affect the uptake of some nutrients. In the present experiment, different amount of this iron plaque were induced on the roots of rice (Oryza sativa L. cv. TZ88-145) by supplying different Fe(OH)₃ concentrations in nutrient solutions, and the effect of the iron plaque on phosphorus uptake was investigated. Results showed that 1) iron plaque adsorbed phosphorus from the growth medium, and that the amount of phosphorus adsorbed by the plaque was correlated with the amount of plaque; 2) the phosphorus concentration in the shoot increased by up to 72% after 72 h at concentration of Fe(OH)₃ in the nutrient solution from 0 to 30 mg Fe/L, corresponding with amounts of iron plaque from 0.2 to 24.5 mg g^-1 (root d. wt); 3) the phosphorus concentration in the shoots of rice with iron plaque was higher than that without iron plaque though the concentration in the shoot decreased when Fe(OH)₃ was added at 50 mg Fe/L producing 28.3 mg g^-1 (root d. wt) of plaque; and 4) the phosphorus concentrations in Fe-deficient and Fe-sufficient rice plants with iron plaque were the same, although phytosiderophores were released from the Fe-deficient roots. The phytosiderophores evidently did not mobilise phosphorus adsorbed on plaque. The results suggest that iron plaque on rice plant roots might be considered a phosphorus reservoir. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

水生植物修复铁污染水体的效果及作用机制

为解决铁离子污染导致水体发黄问题,采用水培试验,分析了水禾、粉绿狐尾藻、圆币草、黄花水龙、大薸和圆叶节节菜等6种水生植物对铁离子污染水体的修复能力,研究了铁离子浓度、pH和植物生物量对水禾修复效果的影响,并探讨了曝气对水禾除铁的强化作用。结果表明: 6种水生植物均不同程度地促进了水中二价铁和全铁的去除,不同植物对铁的去除效果差异显著;试验24 h,水禾和圆币草处理二价铁浓度分别由5.0 mg·L^-1降至0.23和0.26 mg·L^-1,满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)限值要求(二价铁浓度≤0.3 mg·L^-1),全铁浓度降至0.84和1.21 mg·L^-1,去除率达83.2%和75.8%。pH在5、6、7、8时,各pH处理组二价铁和全铁浓度无显著差异,二价铁和全铁去除率分别为95.4%～98.4%和92.2%～94.6%。二价铁初始浓度≤5.0 mg·L^-1时,二价铁和全铁去除率随二价铁浓度增加而增大;高浓度二价铁(10.0 mg·L^-1)对水禾生长有一定的抑制作用,试验期间全铁去除不稳定,试验结束时全铁去除率较对照仅提高7.0%,远低于其他浓度处理。生物量≥300 g时,处理24 h,二价铁浓度从5.0 mg·L^-1降至0.3 mg·L^-1以下,且各生物量处理去除效果差异不显著。间歇曝气和连续曝气均强化水禾对铁的去除,连续曝气更利于稳定去除全铁。     

车桑子幼苗生物量分配与叶性状对氮磷浓度的响应差异

调整叶性状和生物量分配格局是植物适应环境变化的主要途径, 研究车桑子(Dodonaea viscosa)幼苗生物量分配与叶性状对氮磷浓度的响应对认识车桑子在氮磷浓度变化下的适应策略具有重要意义。该研究通过砂培法, 测定不同氮浓度(3、5、15、30 mmol·L^-1)与不同磷浓度(0.25、0.5、1、2 mmol·L^-1)下车桑子幼苗的生长、生物量分配、叶性状的响应特征及其相互关系。结果表明: 高浓度氮(30 mmol·L^-1)促进了车桑子幼苗生长、叶片氮含量和生物量积累, 其余氮添加条件(3、5、15 mmol·L^-1)下车桑子幼苗各性状无显著差异, 但相比高氮水平, 其生物量积累和叶片氮含量显著降低, 根冠比和氮利用效率显著增加。随着磷添加浓度的增加, 车桑子幼苗生物量显著增加, 低磷条件(0.25、0.5 mmol·L^-1)限制了车桑子幼苗生长和生物量积累, 其根冠比和磷利用效率均没有发生显著变化, 但比叶面积和叶/茎生物量比例显著增加, 叶干物质含量显著降低。氮处理下, 叶片氮含量与根冠比显著负相关; 磷处理下, 叶片氮含量与比叶面积显著正相关。同时, 氮处理下, 车桑子幼苗株高、基径、总生物量等生长性状均与根冠比显著负相关, 与叶片氮含量显著正相关, 表明根冠比和叶片氮含量的调整在车桑子适应氮限制中发挥重要作用; 而磷处理下, 株高、基径、总生物量与比叶面积显著负相关, 与叶干物质含量显著正相关, 表明叶片结构性状的调整在车桑子适应低磷环境中具有重要意义。该研究表明, 车桑子幼苗生物量分配和叶性状及性状间的权衡策略对氮、磷的响应具有明显差异性, 在今后的研究中, 应关注氮和磷对植物性状影响的差异性。     

Different responses of biomass allocation and leaf traits of Dodonaea viscosa to concentrations of nitrogen and phosphorus

调整叶性状和生物量分配格局是植物适应环境变化的主要途径, 研究车桑子(Dodonaea viscosa)幼苗生物量分配与叶性状对氮磷浓度的响应对认识车桑子在氮磷浓度变化下的适应策略具有重要意义。该研究通过砂培法, 测定不同氮浓度(3、5、15、30 mmol·L^-1)与不同磷浓度(0.25、0.5、1、2 mmol·L^-1)下车桑子幼苗的生长、生物量分配、叶性状的响应特征及其相互关系。结果表明: 高浓度氮(30 mmol·L^-1)促进了车桑子幼苗生长、叶片氮含量和生物量积累, 其余氮添加条件(3、5、15 mmol·L^-1)下车桑子幼苗各性状无显著差异, 但相比高氮水平, 其生物量积累和叶片氮含量显著降低, 根冠比和氮利用效率显著增加。随着磷添加浓度的增加, 车桑子幼苗生物量显著增加, 低磷条件(0.25、0.5 mmol·L^-1)限制了车桑子幼苗生长和生物量积累, 其根冠比和磷利用效率均没有发生显著变化, 但比叶面积和叶/茎生物量比例显著增加, 叶干物质含量显著降低。氮处理下, 叶片氮含量与根冠比显著负相关; 磷处理下, 叶片氮含量与比叶面积显著正相关。同时, 氮处理下, 车桑子幼苗株高、基径、总生物量等生长性状均与根冠比显著负相关, 与叶片氮含量显著正相关, 表明根冠比和叶片氮含量的调整在车桑子适应氮限制中发挥重要作用; 而磷处理下, 株高、基径、总生物量与比叶面积显著负相关, 与叶干物质含量显著正相关, 表明叶片结构性状的调整在车桑子适应低磷环境中具有重要意义。该研究表明, 车桑子幼苗生物量分配和叶性状及性状间的权衡策略对氮、磷的响应具有明显差异性, 在今后的研究中, 应关注氮和磷对植物性状影响的差异性。     

喀斯特高原深水水库-万峰湖富营养化特征分析

以贵州喀斯特高原深水水库-万峰湖为例,研究了其夏季和冬季湖沼学和富营养化特征。结果表明:冬季和夏季湖沼学及富营养化特征区别明显,夏季水温,pH值,溶解氧,电导率等指标在10 m和30 m分别出现明显的分界点,而冬季仅在30 m出现分界点,表明夏季属于双分层型,冬季属于单分层型。表层和底层的水温变化幅度较小,底层温度较高,在10℃以上;底层全年处于厌氧状态,钙离子浓度在0.192~0.235 mg/L 之间,镁离子的浓度在0.149~0.196 mg/L 之间,但是垂直和季节变化较小。总磷浓度在0~40 m较低,在0.02~0.04 mg/L之间,底层达0.794 mg/L;总氮浓度在0~40 m维持在2.18~3.54 mg/L,夏季略高于冬季,总氮浓度随深度逐渐降低。根据单因子指数判断,万峰湖大多时期属于中富营养状态。万峰湖不同季节的分层特征,反映出了喀斯特高原深水水库湖沼学变化特征,水体分层影响着水环境因子的变化和水体富营养化程度。     

In situ field experiment shows Lyngbya majuscula (cyanobacterium) growth stimulated by added iron, phosphorus and nitrogen

Coastal waters worldwide have experienced an increase in the occurrence of harmful algal blooms. Over the past decade, nuisance blooms of the toxic cyanobacterium Lyngbya majuscula have increased in frequency and severity in south-east Queensland, Australia, with blooms in Moreton Bay hypothesised to be linked to increased inputs of dissolved nutrients and organic carbon from land-based sources. An in situ field experiment was conducted in northern Moreton Bay (Deception Bay), Australia, to determine the growth response of L. majuscula to phosphorus, nitrogen and organically chelated iron additions to the water column. A three-way analysis of variance showed each of these nutrients stimulated L. majuscula biomass under field conditions, with organically chelated iron (FeEDTA) > phosphorus > nitrogen. Concurrent addition of all three nutrients [FeEDTA + P + N] caused the greatest response being 18 times the control after 49 days; this resulted in an additional 928 g_dw m⁻² of L. majuscula biomass over the control (54 g_dw m⁻²). These results show that water borne nutrients, particularly organically chelated iron, phosphorus and nitrogen can promote prolific growth of the bloom-forming cyanobacterium L. majuscula. It is also likely that the addition of iron and/or phosphorus stimulated nitrogen fixation in L. majuscula, based on the large L. majuscula biomass and higher tissue nitrogen content in the iron and phosphorus treatments. Enrichment with poultry litter (sourced from the adjacent catchment) also substantially enhanced L. majuscula biomass. The experiment shows that a precautionary approach to limit or reduce nutrient additions to streams, estuaries and coastal waters is justified; otherwise the magnitude of L. majuscula blooms is likely to increase in Moreton Bay in the future.     

Phosphorus Sequestration in Lake Sediment with Iron Mine Tailings

Internal phosphorus loading can lead to eutrophication in lakes when anoxic sediments release bioavailable phosphorus into the water column. In laboratory experiments, iron mine tailings helped to sequester phosphorus in sediment from a eutrophic lake. Phosphorus release from the sediments after extraction with distilled water or 0.02 N H ₂ SO ₄ was significantly reduced when mine tailings were added (1:1 w/w), even when the system was anaerobic (～ 1 mg O ₂ /L). The degree of sequestration was enhanced when glucose (1% w/w) was added to stimulate the growth of microorganisms, suggesting that the process was microbially mediated. We suggest that oxidized iron in the mine tailings served as an electron sink for microbial respiration via dissimilatory Fe³⁺ reduction. The reduced iron released into solution sequestered phosphorus, either as it re-oxidized and formed hydrous ferric oxide complexes containing phosphorus (HFO-P), or through precipitation. Since mine tailings are inexpensive, they may prove useful for preventing phosphorus from entering surface waters, as well as reducing internal phosphorus loading.