扰动对群体微囊藻营养吸收的影响及其生物学响应研究

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微囊藻水华是蓝藻水华中最常见的一类水华,因其难以治理且危害性强给人们的生产和生活造成了严重的影响。氮磷营养盐是引发微囊藻水华的主要因素。在浅水湖泊,很多研究表明蓝藻水华往往出现在大风作用之后。太湖是一个典型的浅水湖泊,风浪扰动频繁。研究发现风浪扰动对太湖微囊藻水华的爆发起着不可忽视的作用。国内外有关扰动对微囊藻的研究绝大部分是以单双细胞微囊藻为研究对象,而有关扰动对群体微囊藻的群体大小、生长、营养吸收以及相关的生理特征的影响的研究鲜见报道。本课题在室内模拟扰动对太湖群体微囊藻的群体大小和营养盐吸收的影响,同时在太湖进行了野外原位扰动实验,并进一步研究了扰动对群体微囊相关生理特征的影响。主要研究内容和结果如下:(1)不同扰动强度对群体微囊藻营养吸收的影响。在室内模拟不同风浪扰动强度(0 r/min、50 r/min、100 r/min、200 r/min和400 r/min)对太湖群体水华微囊藻和铜绿微囊藻营养吸收的影响。研究发现,扰动24 h后,群体水华微囊藻50 r/min和100 r/min实验组的群体大小平均直径增大为17.92μm和39.50μm,显著大于对照组的群体大小10.88μm(P<0.01);群体铜绿微囊藻100 r/min和200 r/min实验组的群体大小平均直径增大为92.85μm和67.84μm,显著大于对照组的群体大小23.60μm(P<0.01)。实验期间,群体水华微囊藻和铜绿微囊藻100 r/min实验组的藻密度显著高于对照组(P<0.05);而400 r/min实验组的藻密度在实验期间显著低于对照组和其他实验组(P<0.05)。群体水华微囊藻和铜绿微囊藻100 r/min实验组对总溶解性氮(TDN)、硝氮(NO3--N)、总溶解性磷(TDP)和正磷酸盐(PO43--P)的吸收利用率分别是22.59%、26.59%、28.22%、53.95%和20.46%、21.28%、34.43%、40.91%,显著高于对照组和400 r/min实验组。该研究结果表明适宜的扰动强度有利于群体微囊藻的生长和群体的增大,而过强的扰动则不利于群体微囊藻聚集和生长,同时表明适宜的扰动强度有利于群体微囊藻对氮磷营养盐的吸收利用。(2)太湖原位风浪扰动对野外群体微囊藻营养吸收的影响。本研究以太湖野外群体微囊藻为研究对象,在太湖梅梁湾研究原位风浪扰动对野外群体微囊藻营养吸收的影响。研究发现,实验第3天,实验组的群体微囊藻群体大小由19.07μm显著增大为31.42μm(P<0.05);过强的风浪扰动对藻密度的增长是不利的。在实验结束时,对照组和实验组对TDN、NO3--N和NH4+-N的消耗量分别是17.00%、15.78%、25.00%和17.00%、15.99%、26.00%,实验组TDP和PO43--P从最初的0.41 mg/L和0.35 mg/L降低至0.21mg/L和0.19 mg/L。该研究结果表明太湖原位风浪扰动对野外群体微囊藻营养吸收没有显著的影响,但短期的扰动有利于群体微囊藻的聚集。(3)太湖原位风浪扰动对群体微囊藻营养吸收的影响。本研究以太湖群体水华微囊藻和铜绿微囊藻为研究对象,在太湖梅梁湾研究原位风浪扰动对群体微囊藻营养吸收的影响。研究发现,在实验第3天时,群体铜绿微囊藻和水华微囊藻实验组的群体大小增大为59.01μm和40.78μm,显著高于对照组群体大小31.51μm和26.90μm(P<0.01)。过强的风浪扰动不利于微囊藻的生长。在实验结束时,群体铜绿微囊藻和水华微囊藻实验组TDN浓度由初始值9.45 mg/L和9.43 mg/L降低至6.64 mg/L和6.88 mg/L,NO3--N浓度由初始值9.19 mg/L和9.18 mg/L降低至5.33 mg/L和5.85 mg/L;群体铜绿微囊藻和水华微囊藻对TDP和PO43--P的利用率分别是53.00%、51.00%和55.00%、53.00%,除群体水华微囊藻的TDP浓度以外,其他实验组和对照组之间的浓度都无显著性差异(P>0.05)。该研究结果表明太湖原位风浪扰动对野外群体微囊藻营养吸收基本没有显著的影响,但短期的扰动有利于群体微囊藻的聚集。(4)不同扰动强度对群体微囊藻营养吸收和生理生化的影响。在室内模拟不同风浪扰动强度(0 r/min、50 r/min、100 r/min、200 r/min和400 r/min)对太湖群体水华微囊藻营养吸收和生理生化的影响。研究发现,24 h扰动后,200 r/min和400 r/min实验组的藻细胞的膜透性增大了9.77%和24.36%,显著大于对照组和其他实验组(P<0.05);丙二醛(MDA)含量显著升高,从5.23 nmol/108cells分别升高至5.55 nmol/108cells和6.21 nmol/108cells(P<0.05);超氧化物歧化酶(SOD)活性在扰动之后有明显的升高(P<0.05),分别是扰动前的1.07和1.22倍;Ca2+/Mg2+-ATPase活性都显著升高为2.85μmol/h/108cells和3.24μmol/h/108cells(P<0.05)。在实验结束时群体水华微囊藻0 r/min-400 r/min组对Ca2+和Mg2+离子的利用率分别是45.54%、50.44%、53.30%、51.89%、44.45%和65.31%、68.87%、74.11%、68.51%、60.65%,对照组和实验组400 r/min对Ca2+和Mg2+离子的利用率显著低于其他实验组(P<0.05)。该研究结果表明低强度扰动(50r/min和100 r/min)有利于群体水华微囊藻的生长和对氮磷的吸收利用,高强度扰动(200r/min和400 r/min)显著影响了群体微囊藻藻细胞的生理特性,并对藻细胞造成了一定的伤害。
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