模拟水华爆发条件下铜绿微囊藻生长过程中产生一氧化氮的变化

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本研究的目的是综合运用一氧化氮(nitric oxide,NO)测定的三种方法(化学发光法、荧光法、电化学法),通过在实验室内模拟水华爆发条件来探究铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)生长过程中是否会产生NO以及其释放量的变化,并且进一步研究不同培养条件和NO外源供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP)对铜绿微囊藻生长及其NO释放变化的影响,最后对其NO的产生途径进行了探讨。以期弄清楚蓝藻产生的NO浓度变化是否可作为水华爆发预警的一个新指标以及NO在水华爆发中所起的可能作用。取得如下主要结果:   (1)在使用三种方法(化学发光法、荧光法、电化学法)检测NO的实验中,随着铜绿微囊藻细胞密度的增加,相应地得到了气态NO浓度的增加、藻细胞内的指示NO浓度的荧光强度越来越强烈、指示NO浓度的电流强度明显的增强。从而说明了这三种方法都能测定NO的水平,其结果相互证明,增加了实验结果的可信度。   (2)通过电化学法和荧光法的研究发现,外源添加生成NO的反应底物亚硝酸钠可使藻液中代表NO浓度的电流强度迅速增加到大约700pA,荧光强度也有较大增加。而加入另一反应底物L-精氨酸时,电流强度只略微地上升到5pA,荧光强度增加幅度也较小。从而说明了硝酸还原酶(nitrate reductase,NR)途径可能是铜绿微囊藻产生NO的主要途径,而NO合酶途径则可能是次要途径。   (3)SNP对铜绿微囊藻的生长有低浓度促进高浓度抑制的作用,并且当SNP浓度为0.1mg/L时,是其促进铜绿微囊藻生长的最佳浓度。   (4)模拟水华爆发条件下随着铜绿微囊藻的生长,其释放的NO的浓度也逐渐增加并最终稳定在大约0.3nmol/L。并且在第五到第六天的生长过程中NO浓度从0.072nmol/L剧烈增加到0.13nmol/L。与此同时,细胞密度也急剧从0.31×106cell/mL增加到3.41×106cell/mL,叶绿素a含量则从0.13mg/L增加到0.81mg/L,这时的细胞密度以及叶绿素a含量已达到了水华爆发的起始水平。   (5)不同培养条件对铜绿微囊藻生长及其NO释放变化有显著影响。其中,不同氮磷比实验中,高氮磷比(44∶1)能够加速水华的爆发和NO的急剧增加;在不同氮源实验中,与铵氮(NH4Cl)和有机氮源(尿素)相比,硝态氮(NaNO3)是铜绿微囊藻生长的最适氮源;在不同温度实验中,30℃时藻生长速度及细胞数显著高于20℃并且没有40℃藻细胞沉淀退绿的现象;在静置和振荡实验中,静置能促进铜绿微囊藻的生长速率。   综上,我们的研究成功地证实了铜绿微囊藻主要通过NR途径产生NO,其浓度的突然急剧增加很好地指示和促进了即将来到的在实验室模拟水华爆发条件下由铜绿微囊藻引起的水华爆发,因而在一定程度上揭示了NO与水华爆发的关系。环境条件如氮源、氮磷比、温度等的变化可以影响铜绿微囊藻生长及其产生的NO变化,进一步证明了铜绿微囊藻产生的NO能够很好指示其生长状态。  
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