铜绿微囊藻生长状态与毒素产生及释放关系研究

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蓝藻水华暴发与饮用水安全预警是当今世界各国共同关注的热点问题和环境科学难题。目前预警分析主要是对藻生物量的判断,然而单个因子难以指示蓝藻水华的发生,且伴随蓝藻水华产生的藻毒素是威胁饮用水安全的关键因子。虽然人们已开展了较多研究,但对于藻类生长状态与藻毒素产生、释放之间的关系尚不明确。随着我国蓝藻水华的频繁持续暴发,研究并明确藻类生长状况与蓝藻水华发生,以及与藻毒素产生、释放之间的关系,将为蓝藻水华暴发及饮用水安全预警提供数据,具有重要的科学意义和应用价值。  本文通过实验室纯种藻培养,重点研究了不同生长阶段藻类光合作用活性、藻毒素及生物量的变化特征,并分析了种间的相互作用及影响,取得的创新研究成果如下:  (1)藻内毒素提取方法研究:以蓝藻水华优势种铜绿微囊藻为对象,研究了水浴法提取铜绿微囊藻细胞内毒素(MC-LR),实验测量并分析了温度与时间对铜绿微囊藻细胞内毒素MC-LR提取的影响,确定了最佳提取温度与提取时间。结果表明:在100℃下提取20 min效果较好,回收率为89.3%,为论文研究中藻细胞内毒素的快速提取提供了基础。  (2)藻类不同生长阶段毒素产生与释放特征:在光照度3000 lx、温度25℃,光暗比为14h/10h的培养条件下,研究了铜绿微囊藻生长过程中MC-LR的产生与释放特征,并分析了光合作用活性和生物量的变化关系。结果表明:生长对数期生物量呈对数增加,而细胞外MC-LR随生物量的增加缓慢上升,并呈现较好的正相关关系(相关系数R2=0.9350),当生物量(第38天)达到最大值4.98×108个/mL时,细胞外毒素为83.7μg/L,处于较低水平;稳定期细胞外毒素MC-LR与生物量也呈正相关关系(R2为0.6726)。衰亡期细胞外毒素与生物量呈明显的负相关关系(R2=0.8784),第66天生物量为4.2×107个/mL时,细胞外毒素达到394.8μg/L;细胞内MC-LR与生物量在整个生长阶段均呈现较好的正相关关系(R2=0.8376)。铜绿微囊藻光合作用活性(以Fv/Fm值表征)与生物量有很好的相关关系。对数期Fv/Fm值高,平均值达0.36,光合作用活性高,藻生物量呈对数增加,稳定期Fv/Fm平均值降至0.26,藻生物量增加速率变缓,衰亡期Fv/Fm值降至很低水平,藻几乎失去光合作用活性,生物量也随之大幅下降,开始大量死亡。  (3)种间相互作用及影响:在四尾栅藻(非产毒藻)与铜绿微囊藻共存条件下,研究了生长过程中四尾栅藻对铜绿微囊藻产生与释放MC-LR的影响。结果表明:共存条件下,四尾栅藻与铜绿微囊藻的生长均一定程度受到限制,其中铜绿微囊藻比纯种培养时产生并释放更多的毒素。整个生长过程中,共存培养组细胞外MC-LR始终高于纯培养组,最大高出606.7μg/L;纯培养组细胞内MC-LR在第38天达到最大值78.53μg/L,而共存培养组在第46天达到最大值334.35μg/L,比纯培养组延迟了7天左右,且最大值相差255.82μg/L。  在上述研究基础上,通过现场取样在实验室初步分析了巢湖自然水体中微囊藻毒素在细胞内与水体中的分布状况。本文研究结果为利用藻类生长状态与藻毒素变化进行蓝藻水华暴发与饮用水安全预警提供了基础数据。
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