铜锈环棱螺对水华中常见藻类的抑制效应

藻类水华频发已成为全球性的水环境问题,近年来,生物控藻法因具有环境友好的特点而备受关注。本研究以我国富营养化湖泊中常见大型底栖动物铜锈环棱螺为操纵生物,通过室内培养试验,研究了其对水华水体中常见蓝藻铜绿微囊藻、绿藻普通小球藻和斜生栅藻生长及光合活性的影响,以期阐明螺-藻间相互作用关系,探究铜锈环棱螺作为生物操纵物种的可行性。结果表明: 铜锈环棱螺能在短时间内大量摄食藻细胞,其对铜绿微囊藻产毒株和不产毒株以及斜生栅藻的去除率均在12 h内达到最大值,分别为73.7%、73.2%和51.1%;其对普通小球藻的摄食强于其他藻类,至试验结束时去除率达到99.2%。产毒铜绿微囊藻产生的微囊藻毒素会在铜锈环棱螺体内累积并促发其肝脏病理学变化,进而阻碍铜锈环棱螺的摄食。试验后期各处理组藻细胞光合活性均显著低于对照组,表明铜锈环棱螺的摄食作用对藻细胞造成了损伤,抑制了其大量增殖。此外,当不产毒铜绿微囊藻与斜生栅藻混合时,铜锈环棱螺的选择摄食性导致微囊藻的优势地位被斜生栅藻所取代。因此,铜锈环棱螺可以通过摄食作用抑制藻类的光合活性并降低其生物量,从而在一定程度上抑制或减缓水华的形成。     

普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型

利用大型水生植物的化感作用抑制水华藻类是水域生态学研究的热点课题之一。探讨了不同浓度普生轮藻浸提液对产毒铜绿微囊藻和斜生栅藻(单纯以及混合藻类)的抑制作用,并根据实验过程中得到的数据和数据特征,在传统的Logistic模型和Lotka-Volterra模型基础上,通过微元法建立了普生轮藻浸提液对单纯产毒铜绿微囊藻、单纯斜生栅藻抑制的数学模型以及两藻混合时抑制的数学模型。结果表明,(1)普生轮藻浸提液无论对单独的毒性铜绿微囊藻或斜生栅藻还是共生状态的毒性铜绿微囊藻和斜生栅藻均有很强抑制作用,且对毒性铜绿微囊藻的抑制作用要显著高于对斜生栅藻;(2)所建立的抑藻模型可有效表征和预测在一定范围内的产毒铜绿微囊藻、斜生栅藻及其混合藻在普生轮藻浸提液胁迫下藻密度随时间变化的规律;通过这些模型可方便地计算出实验期间任何时间节点上普生轮藻浸提液的半抑制浓度(EC50)、最小有效浓度(MIC)等指标的预测值、混合藻在小生境中相对稳定时的预测值等等。该研究可为实际抑藻的方案制定和实施提供有价值的数据支撑和参考,具有一定的理论与应用意义。     

光、温限制后铜绿微囊藻和斜生栅藻的超补偿生长与竞争效应

研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)低温和低光照限制后的超补偿效应,以及共培养条件下的竞争效应。结果表明,低温和低光照均显著抑制微藻的生长发育,但低温对铜绿微囊藻的抑制效应更强,而斜生栅藻则对低光胁迫更敏感。经过低光和低温培养后,铜绿微囊藻和斜生栅藻在恢复正常培养时藻细胞密度短期内都表现出超补偿增长效应,但不同藻类超补偿模式不同,斜生栅藻补偿生长时间不超过1周,而铜绿微囊藻的补偿效应可以持续10天;此外,统计结果表明铜绿微囊藻细胞密度对低温限制解除表现出更显著的补偿生长,斜生栅藻则在低光解除后表现出更强的超补偿效应。微藻叶绿素a指标在光恢复条件下都表现出显著的补偿效应,但温度恢复过程中叶绿素a含量与藻密度增长不同步,低温胁迫对恢复正常培养后微藻叶绿素a的形成产生了一定的负效应;铜绿微囊藻产毒株(912)在两种恢复模式下脱氢酶活性显著高于对照,产毒株(912)脱氢酶活性的补偿响应明显高于其它两种材料。共培养实验结果表明斜生栅藻同铜绿微囊藻产毒株(912)相比处于竞争劣势,而在同无毒株(469)的共培实验中,尽管连续正常培养情况下两者竞争能力差异不显著,但在恢复培养条件下斜生栅藻竞争能力显著高于后者。因此产毒型铜绿微囊藻低温和低光后的补偿生长效应以及对斜生栅藻的竞争优势可能是蓝藻爆发的内源性机制之一。     

岩兰草油对淡水藻类的抑制作用

利用植物分泌的化感物质进行藻类控制已成为国内外生态环境领域研究的热点之一。首次探讨了岩兰草油的抑藻效应,建立了岩兰草油对铜绿微囊藻和斜生栅藻两种藻共培养时抑制作用的数学模型,采用GC-MS分析方法对岩兰草油中主要成分进行了鉴定。结果表明:岩兰草油对铜绿微囊藻和斜生栅藻在单独和共培养状态下均有良好的抑制作用,对单独培养的铜绿微囊藻和斜生栅藻抑制作用的EC50分别为0.20和0.30 m L/L,说明岩兰草油对蓝藻(铜绿微囊藻)的抑制效果明显好于对绿藻(斜生栅藻)。岩兰草油的主要成分为具有良好抑藻作用的倍半萜类物质,而所建立的岩兰草油对两藻共培养状态下抑制作用的数学模型可以求出在任何时间节点上铜绿微囊藻和斜生栅藻的种群密度以及要达到抑藻最佳状态的岩兰草油浓度。该研究对水华藻类的控制有较重要的理论与应用价值。     

重金属铅与两种淡水藻的相互作用

为了研究重金属铅与淡水藻类之间的相互作用,采用不同Pb2+浓度处理铜绿微囊藻(Microcysis aeruginosa Kutz.)和斜生栅藻[Scenedesmus obliquus(Turp.)Kutz.],分别对两种藻的生物量、藻液电导率、O-·2含量、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及藻对Pb2+的吸收作用等进行了测定,并通过扫描电镜观察了不同Pb2+浓度处理下两种藻细胞的表面结构。结果显示:(1)Pb2+浓度低于3 mg/L促进铜绿微囊藻生长,高于9 mg/L抑制其生长;但在3—12 mg/L范围内,Pb2+均明显抑制了斜生栅藻的生长,说明斜生栅藻对Pb2+毒性的敏感程度要高于铜绿微囊藻。(2)受到铅离子的胁迫,两种藻细胞膜通透性均有一定改变,扫描电子显微镜的照片观察,两种藻细胞表面的絮状物随着Pb2+的升高而增多,尤其是斜生栅藻细胞结构改变明显,多数细胞变形破裂;同时,O-·2含量升高,POD、CAT活性早期均可随Pb2+的增加而上升,表明氧自由基的产生增多以及由其引起的细胞生理生化改变可能是铅离子作用于藻细胞的主要机制。(3)两种淡水藻对Pb2+均有吸收作用,单位量藻细胞内,斜生栅藻对Pb2+的吸收能力好于铜绿微囊藻。所有结果提示:斜生栅藻不仅可以作为对重金属敏感的指示生物来监测水体Pb2+污染程度;同时由于斜生栅藻比铜绿微囊藻具有更好的Pb2+吸收能力,因此还可以利用斜生栅藻作为处理水体Pb2+的生物材料。     

梭鱼草化感物质丁二酸对微囊藻和栅藻生长及竞争的影响

为了解梭鱼草(Pontederia cordata)根茎有机酸类化感物质对铜绿微囊藻(Micro-cystis aeruginosa,M)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus,S)生长和竞争关系的影响,将不同浓度丁二酸作用于两种藻的单种培养和共培养,即铜绿微囊藻与斜生栅藻初始比例为1∶0(100%M)、1∶1(50%M+50%S)、2∶3(40%M+60%S)、3∶2(60%M+40%S)、0∶1(100%S)。结果表明:丁二酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻均有抑制作用,抑制能力与浓度呈正相关;无化感物质作用下,单种培养和共培养中铜绿微囊藻生长能力均强于斜生栅藻; 60mg·L-1丁二酸处理下,40%M+60%S、50%M+50%S培养组中β(斜生栅藻对铜绿微囊藻的抑制参数)0,60%M+40%S培养组中β0,表明藻类初始比例影响蓝绿藻之间竞争;丁二酸可改变蓝绿藻之间竞争关系,低浓度(20、40 mg·L-1)作用下,表现为铜绿微囊藻抑制斜生栅藻,斜生栅藻促进铜绿微囊藻,高浓度(60、80 mg·L-1)作用下,表现为两者相互抑制,表明两种藻之间竞争加强。     

萼花臂尾轮虫培养滤液对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻群体形成及生长的影响

为探索浮游动物和藻类之间可能存在的信息传递,研究了萼花臂尾轮虫培养滤液对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻的生长及群体形成的影响.把萼花臂尾轮虫按1000个·L^-1的初始密度置于小球藻中培养24h后,用孔径0.15μm的微孔滤膜抽滤,得到轮虫培养滤液,此滤液中含有轮虫在生活过程中释放的一些信息化学物质.将轮虫培养滤液以20%的比例分别加入纯培养的铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻中,进行为期7d的试验.结果表明,萼花臂尾轮虫培养滤液能显著地促进斜生栅藻的群体形成,而对铜绿微囊藻和小球藻在群体形成方面没有显著作用.另外,该滤液能显著提高小球藻种群的增长,对铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长无明显影响.3种藻类对萼花臂尾轮虫的潜在牧食采取了不同的生态策略:斜生栅藻形成群体,增大摄食阻力,从而降低被摄食的风险;小球藻通过提高增长率来抵消被取食的损失;铜绿微囊藻是通过其它方式来降低被牧食(例如毒素).这些方式分别是这些藻类维持种群规模的反牧食防御策略之一.     

水生花卉对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻生长的影响

选择黄菖蒲(Iris pseudacorus)、溪荪(I.sanguinea)、梭鱼草(Pontederia cordata)、白花水龙(Jussiaea repens)、水罂粟(Hydrocleys nymphoides)和大藻(Pistia stratiotes)6种具有较高观赏价值的水生花卉,通过将植物种植水与藻类共同培养的方式研究了不同种植时间的种植水对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliqnus)和小球藻(Chlorella vulgaris)生长的影响.结果表明:6种水生花卉种植水对3种藻类的化感作用具有选择性.通过6d的处理,种植水对铜绿微囊藻生长的抑制率为31.22％ ～ 96.53％,除白花水龙外,其余5种花卉的种植水对铜绿微囊藻生长的抑制率均超过70％,表现出很好的抑藻效果;种植水对斜生栅藻生长的抑制率为23.15％～77.25％;而种植水对小球藻有抑制也有促进,抑制率为-26.07％ ～75.70％,大藻、梭鱼草和溪荪抑制小球藻的生长,黄菖蒲、白花水龙表现为低促高抑,水罂粟表现为促进作用.随着种植时间的延长,种植水对3种藻类的抑制作用增强.6种水生花卉种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用由大到小依次为水罂粟＞黄菖蒲＞梭鱼草＞大藻＞溪荪＞白花水龙;对斜生栅藻生长的抑制作用由大到小依次为梭鱼草＞溪荪＞黄菖蒲＞水罂粟＞白花水龙＞大藻;对小球藻生长的抑制作用由大到小依次为大藻＞梭鱼草＞溪荪＞黄菖蒲、白花水龙＞水罂粟.试验表明,6种水生花卉在控制城市景观水体中的藻类水华有一定的推广价值.     

流速对不同浮游藻类的生长影响研究

为了研究流速对不同浮游藻类生长的影响, 于 2015 年 3 月采集东江流域广东惠州河段原水, 在环形有机玻璃水槽中分别培养铜绿微囊藻、斜生栅藻和小环藻, 通过调整水体流速, 研究不同流速对不同藻类的细胞密度、叶绿素 a 浓度、最大比增长率和叶绿素荧光参数 Fv/Fm 的影响。结果表明, 在不同流速条件下, 不同浮游藻类的生理生化特征有所差异; 铜绿微囊藻表现为在不同流速条件下生长状况都较弱; 斜生栅藻和小环藻在低流速(<0.075 m·s–1)条件下繁殖速度较快, 且随着水体流速的增加, 对藻类生长有促进作用, 而在较高流速(>0.075 m·s–1)条件下随着流速的增加, 藻类的生长受到抑制。可见, 不同持续的流动条件是影响浮游藻类数量和生理指标变化的重要原因。该研究为东江水源的流速流量调节控制富营养化和水华防治提供技术支撑。     

基于感光色素吸收信号的太湖藻类识别

铜绿微囊藻和斜生栅藻是太湖"水华"的主要藻种,基于室内纯铜绿微囊藻、斜生栅藻组成色素的吸收系数,通过四阶微分、标准化系数等方法对太湖水体浮游植物中铜绿微囊藻和斜生栅藻进行识别,并确定其组成比例。结果表明,纯藻组成色素的吸收系数应用于其在太湖水体浮游植物中比例的确定和识别中,能够全面考虑辅助色素的识别作用,较好地避免非色素物质吸收信号的干扰,具有较好的识别效果。太湖水体浮游色素中铜绿微囊藻比例最高,斜生栅藻次之,由夏季向冬季过度中,铜绿微囊藻比例不断减小,斜生栅藻的比例逐渐升高,但铜绿微囊藻比例仍略高于斜生栅藻;铜绿微囊藻的区域分布差异性较小,但时间差异性相对较大,而斜生栅藻恰恰相反,空间分布差异性较大而时间分布差异性较小。       

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism