水华蓝藻生消的生物数学理论及其应用

 首次提出了水华蓝藻的生物数学理论,应用推广的Logistic-Exponential方程,导出了水华蓝藻爆发和强持续生存情况下的个体数变化规律.建立了在磷、氮等环境因子限制下蓝藻个体数的微分方程,证明了关于蓝藻弱持续生存和灭绝条件的2个定理.基于这个理论,提出如何控制水华蓝藻生消的方法和途径.     

水生所发现维生素E对于蓝藻越冬的作用

中科院水生所徐旭东研究员领导的蓝藻遗传学与生物技术学科组利用一种中温蓝藻模式生物——集胞藻PCC6803，发现了蓝藻的“获得性寒冷光照耐受性（ACLT）”，认为是蓝藻越冬的重要基础，并证明阿法-维生素E是形成ACLT所必需的，研究结果发表于新近一期细菌学期刊（Journal of Bacteriology，190：1554—1560）。蓝藻在富营养化淡水湖泊中往往过量繁殖形成水华，加剧水质恶化，造成异味，甚至产生毒素，成为世界性的环境问题。我国一些大型浅水湖泊发生蓝藻水华造成的影响尤为严重，影响周边居民的生活。蓝藻水华的爆发一般经历越冬、复苏、生物量增加和上浮聚集四个阶段。蓝藻细胞成功越过冬季寒冷条件才能成为次年水华发生的种源。对于蓝藻越冬已有一些生理生态研究，但对于其机理尚不能清楚阐述。     

碧水之灾

2007年5月底，太湖水面漂起了一层厚厚的绿油油的泡沫，整个无锡市的城市供水系统也因为水原严重污染不得不暂时关闭。忽然之间，一种一直以来默默无闻的微生物——蓝藻，受到了社会各界的广泛关注。而蓝藻是如何形成“水华”的呢？[编者按]     

基于MODIS数据的淀山湖蓝藻“水华”监测

叶绿素a（chla）是水质监测的重要参数之一,其浓度是湖泊富营养化和蓝藻“水华”发生的重要标志。本文将MODIS影像波段反射率与叶绿素。浓度同步实测值进行相关分析,在此基础上建立遥感监测模型,应用该模型计算得到淀山湖水体叶绿素a浓度分布情况,并提取淀山湖富营养化导致的蓝藻“水华”分布情况。     

山仔水库两种水华蓝藻磷营养动力学特征

通过分析测定山仔水库两种水华蓝藻:铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、浮游鱼腥藻(Anabaena planctonica)在不同质量浓度的无机磷(K2HPO4)和有机磷(ATP)中的生长速率和生物量的变化,并利用Monod方程计算分析两种藻的磷吸收动力学参数(KS和μm),比较了两种水华蓝藻对磷的吸收差异和竞争能力.结果表明,无机磷培养条件下,动力学参数为:μm(铜绿微囊藻)μm(浮游鱼腥藻),KS(铜绿微囊藻)KS(浮游鱼腥藻).有机磷培养条件下,动力学参数较无机磷条件下要小,且两种藻有机磷条件下差异不明显.表明无机磷是水华蓝藻主要吸收的磷源,在无机磷缺乏的条件下,水华蓝藻均能吸收部分有机磷.     

铜绿微囊藻、水华鱼腥藻对不同形态磷的摄取及生理响应

研究山仔水库2种水华蓝藻:铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华鱼腥藻(Anabaena flosaquae)在不同形态磷(4种无机磷和2种有机磷)条件下的生长效应.通过测定胞外总磷含量及碱性磷酸酶活性,比较两者对不同形态磷的摄取能力.结果显示,2种水华蓝藻对正磷酸盐(磷酸氢二钾、磷酸二氢钾)的吸收速度和碱性磷酸酶酶活均大于多聚磷酸盐(焦磷酸钠、聚磷酸钠)和有机磷盐(ATP、甘油磷酸钠);铜绿微囊藻磷吸收速率大于鱼腥藻,但水华鱼腥藻相应的比增长速率和碱性磷酸酶酶活性均大于微囊藻,表明正磷酸盐是水华蓝藻生长所需的最适磷盐;低磷条件下,水华鱼腥藻有可能成为优势藻.     

什么是蓝藻？

今年太湖经历了一场环境危机，而这场危机的罪魁祸首就是蓝藻肆虐形成的水华。蓝藻究竟是什么？蓝藻水华又有什么危害呢？     

AHLs及其结构类似物对蓝藻紫外防护剂生物合成的影响

MAAs和Scytonemins是蓝藻细胞中的紫外防护剂,与蓝藻细胞的强抗逆性形成和水华爆发密切相关.研究了AHLs及结构类似物对水华蓝藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)FABHE905和集胞藻(Synechocystis sp.)FACHB898 MAAs和Scytonemin合成的影响.结果表明:AHLs能有效促进两种蓝藻MAAs及Scytonemin的生物合成,并且这种促进作用与其含有的内酯环有关.通过干扰AHLs物质内酯环相关的信号传递,影响蓝藻细胞紫外防护剂合成和抗逆性形成,可以为寻找新的抑藻方法提供新的思路.     

洋河水库“水华”发生的实验研究

本工作在洋河水库现场进行了“水华”发生的实验研究，采用以受控生态系统实验为主，结合对自然水体进行观测的方法，观察了从藻类增殖到“水华”形成及消失的全过程；定量研究了“水华”发生所需的条件。研究表明：水体的富营养状态是藻类异常增殖的主要原因，而藻类的异常增殖又是“水华”发生的前提条件。“水华”发生时水体表层所需的藻类生物量阈值为４８．０μｇＣｈｌａ／ｌ。气象因子引起的藻类聚集对于“水华”的发生具有诱     

基于荧光传感方法的藻类在线监测

 湖泊水库严重的水质富营养化导致水华大面积暴发,已成为目前主要环境问题之一。实现水华暴发前后浮游藻类种群结构变化过程（主要包括浮游藻类种群组成、数量变化过程）的有效监测是分析水华发生的生态学机制、掌握水华的生消过程和实现水华预警的基础。本文基于藻类活体荧光光谱技术、嵌入式微控制技术和实时采集与处理技术,研发出具有实时在线监测能力的藻类在线荧光仪,可实现不同光谱组藻类（蓝藻、绿藻和褐藻）的分类测量。通过对比实验分析发现,藻类在线荧光仪对蓝藻、绿藻和褐藻的分类测量误差均小于17.88%。同时,巢湖外场实验表明藻类在线荧光仪具有长期稳定的运行能力。具有以上指标的藻类在线荧光仪在水环境监测、水华监测预警和水质富营养化现状评估等领域具有广阔的应用前景。     

南四湖3种沉水植物对铜绿微囊藻化感作用研究

化感作用是水生植物与浮游藻类竞争的重要手段。通过沉水植物与铜绿微囊藻共培养以及沉水植物种植水单独培养铜绿微囊藻实验,研究了南四湖广泛分布的3种沉水植物菹草、光叶眼子菜和金鱼藻对铜绿微囊藻的化感作用。结果表明,在排除营养及光照条件限制的前提下,3种沉水植物与铜绿微囊藻共培养时都能抑制铜绿微囊藻的生长,但抑制作用的强弱与沉水植物的种类和生物量以及藻类初始密度相关,生物量为10 g/L和5 g/L时,菹草对低起始浓度的铜绿微囊藻抑制作用较明显,而对于高起始浓度的铜绿微囊藻,菹草生物量为10 g/L时抑制作用较强,菹草生物量为5 g/L时抑制作用较弱;光叶眼子菜生物量为7 g/L和4 g/L时,对两种起始密度铜绿微囊藻的生长均有强烈的抑制作用;金鱼藻生物量为7 g/L和4 g/L时,对低起始密度的铜绿微囊藻抑制作用明显,而对高起始密度的铜绿微囊藻抑制作用比较弱。3种沉水植物对铜绿微囊藻的抑制作用强弱顺序依次为:光叶眼子菜>菹草>金鱼藻。实验中3种沉水植物的种植水对铜绿微囊藻的生长均有促进作用。     

流动条件下四尾栅藻对铜绿微囊藻生长的影响

为揭示在水流条件下四尾栅藻与微囊藻竞争时对微囊藻生长的影响。在室内无菌条件下,通过有机玻璃环形槽模拟不同水体流速下四尾栅藻对铜绿微囊藻生长的影响。通过竞争抑制参数对相互间的竞争关系、微囊藻生物量和最大比增长速率进行了分析。结果表明,在流动水体中四尾栅与微囊藻之间的相互竞争表明,微囊藻对水流的适应性降低,在单独培养条件下最适宜的流速为35cm/s,混合培养条件下则为5cm/s,而对四尾栅藻的影响较小;混合培养下微囊藻的对数生长时间较单独培养下延长;在流速为0～25cm/s时四尾栅藻促进微囊藻的生长、比增长速率增加,当流速为35cm/s时则表现为抑制作用、比增长速率降低;对照组和实验组中微囊藻对四尾栅藻生长产生弱的抑制作用。     

几种长链脂肪酸对铜绿微囊藻生长的影响研究

以十二酸、9,12-十八碳二烯酸、9,12,15-十八碳三烯酸3种长链脂肪酸对密度为1.942×105/mL的铜绿微囊藻的生长情况进行了研究,结果表明:这3种长链脂肪酸对铜绿微囊藻都有不同程度的抑制作用,其中十二酸对铜绿微囊藻的生长有很强的抑制作用,其次是十八碳三烯酸,十八碳二烯酸最弱.     

光合细菌固定化及其对铜绿微囊藻的抑制

为探讨光合细菌固定化后对铜绿微囊藻的抑制作用,比较了光合细菌的5种不同固定化方法及其特性,确定了最佳的固定化方法;在实验室条件下进行菌藻共同培养,通过试验研究了固定化后的光合细菌与游离光合细菌对铜绿微囊藻生长的影响差异并确定了固定化光合细菌的最佳投加量。结果表明：采用沸石、碳酸钙和海藻酸钠混合包埋光合细菌的固定化方法最佳;固定化光合细菌对铜绿微囊藻抑制作用显著,为83.55%,而相同量的游离光合细菌的抑制作用只有26.81%;最佳固定化光合细菌投加量为36 g / L。     

水体流动对鄱阳湖撮箕湖原水培养基中铜绿微囊藻生长的影响

为定量化研究水动力对鄱阳湖撮箕湖水体中蓝藻生长的影响,该文采用灭菌撮箕湖原水在光照培养箱中控温、控光的无菌条件下,使用自制有机玻璃环形槽进行水体流速控制试验.研究结果表明:在撮箕湖原水培养液中微囊藻的生长随水流速度的增加呈先增加后降低的变化趋势,当水流速度为45 cm·s-1时最有利于微囊藻的生长,微囊藻最大比生长速率...     

微电流电解对铜绿微囊藻的持续抑制研究

采用微电流电解法处理水体中的铜绿微囊藻,重点研究电解对藻类的持续抑制效能．结果表明：阳极材料对电解持续抑藻效果影响较大,4种材料效果依次为钌钛〉铂钛〉不锈钢〉铱钛;阴极材料对电解持续抑藻的效果影响较小;选择钌钛作阳极,不锈钢为阴极;电解时间和电流密度对持续抑藻效能影响较大,20min的电解时间和15mA／cm2的电流密度即可实现对藻细胞生长的完全持续抑制,但藻液的光密度和叶绿素a值并未在电解结束时立即大幅降低,而是在后期培养过程中呈逐渐下降趋势,显示出微电流电解对铜绿微囊藻具有良好的持续抑制效果．     

不同光照条件下水流对铜绿微囊藻生长的影响

为探索富营养化水体中蓝藻"水华"的形成机理,研究不同光照条件下水流对铜绿微囊藻生长的影响.采用小型有机玻璃环形槽模拟不同水流,在恒温、无菌条件下进行,对比研究了两种光照强度(2 500lx和3 500lx)下的差异.结果表明:在不同光照条件下,水流改变了微囊藻的各个生长阶段,使微囊藻适应时间增加,对数生长时间延长,水流提高微囊藻的比增长速率,直接影响微囊的生物量;水流对微囊藻的影响与光照强度有关,在光照强度为2 500lx时较光强为3 500lx时更利于微囊藻的生长,且均在35cm/s时最利于微囊藻的生长;微囊藻在2 500lx时各流速下微囊藻生长差异较大,而光照为3 500lx时微囊藻的生长在各流速下的差异较小;水流降低了微囊藻对光照强度的需求并提高了对光的利用。     

沸石去除铜绿微囊藻的试验研究

用粒径0．28mm以下的沸石粉处理实验室培养、处于稳定期的铜绿微囊藻水样，结果表明：沸石粉颗粒通过吸附一沉淀作用，使铜绿微囊藻细胞及其群体产生沉降，且沉降性能稳定，并可以有效地去除水中的氨氮和活性磷，特别是对活性磷吸附牢固；沸石粉效果的显著性与其投加量有关，投加量越高，效果越显著；藻类自身特性对沸石粉的沉降效果有显著影响。     

Mg/Al水滑石对铜绿微囊藻的去除性能

 目前用于除藻的黏土矿物表面带负电荷,需通过改性提高黏土矿物的除藻能力,而改性材料会导致成本增加、产生二次污染等,因此研究了直接用表面带正电荷的黏土矿物进行除藻的可行性。通过共沉淀法制备Mg/Al 水滑石,并用其进行去除铜绿微囊藻的实验研究,探究了吸附剂用量、搅拌时间、铜绿微囊藻初始浓度以及pH 值对Mg/Al 水滑石去除铜绿微囊藻的影响。结果表明,吸附剂用量为1 g/L、搅拌1.5 h、pH=6~11 是Mg/Al 水滑石除藻的最佳条件;Mg/Al 水滑石对质量浓度为0.5~3.0 mg/L的铜绿微囊藻具有较高的去除率。     

不同氮磷质量浓度对鳗池优势藻生长的影响

以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)、小球藻(Chlorella vulgaris)、四尾栅藻(Scendesmus quadricauda)4种鳗池常见优势藻为实验对象,研究不同N、P质量浓度对4种藻生长的影响.结果表明:铜绿微囊藻和水华微囊藻最适生长的N、P质量浓度范围分别为150～350mg/L和0.005～5mg/L,小球藻的最适N、P质量浓度范围分别为25～250mg/L和75～100mg/L,四尾栅藻的最佳N、P质量浓度范围分别为25～150mg/L和50～100mg/L.从实验结果来看,蓝藻和绿藻对N、P的需求差异较大.