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亚硝酸盐对铜绿微囊藻生理特性的影响

陈卫民  
【摘要】: 浮游植物占全球初级生产的50%,在淡水水体中主要的藻种是蓝藻门的铜绿微囊藻,水体中氮、磷等营养元素的增加常常引起藻类爆发式的繁殖,形成水华。水华发生时,水体中CO_2浓度下降、pH升高和水体中溶解氧减少,这些条件有利于硝化反应和反硝化反应产生的亚硝酸盐的聚积。另外一些人为的因素也可导致水体中亚硝酸盐浓度的增加。本文研究了亚硝酸盐单独存在时和与硝酸盐、铵盐共存时对铜绿微囊藻生长和生理的影响,探讨了铜绿微囊藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对藻生长的影响,对亚硝酸盐影响铜绿微囊藻和四尾栅藻的竞争进行了分析。 在亚硝酸盐单独存在的条件下,浓度小于5mg/L的亚硝酸盐,对铜绿微囊藻的生长没有明显影响,藻能够以亚硝酸盐为氮源。随着培养基中亚硝酸盐浓度逐渐升高到20mg/L,藻的生长受到抑制直至消亡,此时,铜绿微囊藻的光合速率下降,细胞MDA含量增加,细胞内亚硝酸盐含量增加,表明亚硝酸盐通过抑制铜绿微囊藻的光合作用和升高藻体内氧自由基浓度的方式抑制藻的生长。而藻的CAT酶活性、亚硝酸还原酶活性和藻叶绿素a含量增加可能是藻的一种自我保护措施。 硝酸盐存在的条件下(240mg/L),铜绿微囊藻在亚硝酸盐浓度为30mg/L的培养基中依然可以生长。而且,在相同的亚硝酸盐浓度条件下,含硝酸盐培养基中的藻相比只含亚硝酸盐培养基中的藻,有更高的光合速率,更小的MDA含量和藻细胞内亚硝酸盐含量。亚硝酸盐的吸收试验也显示硝酸盐存在的条件下,藻对亚硝酸盐吸收的半饱和常数(K_S)增加,这些结果表明硝酸盐能够抑制藻对亚硝酸盐的吸收,从而减少藻细胞内的亚硝酸盐含量,导致亚硝酸盐对藻抑制的减弱。在硝酸盐和亚硝酸盐共存的培养基中,我们还观察到亚硝酸盐被氧化为硝酸盐,表明此条件下可以诱导铜绿微囊藻生成亚硝酸氧化还原酶。 铵盐存在的培养基中(20mg/L),2mg/L的亚硝酸盐添加,对铜绿微囊藻的生长表现出促进作用,藻的光合速率和细胞内亚硝酸盐含量增加,MDA含量下降。进一步增加亚硝酸盐浓度(4、7、10mg/L),藻的生长受到抑制直至消亡,同时观察到藻的光合速率下降,细胞内亚硝酸盐含量和MDA含量增加。亚硝酸盐的吸收试验显示铵盐存在的条件下,藻对亚硝酸盐吸收的半饱和常数(K_S)减少,表明铵盐能够刺激藻对亚硝酸盐的吸收,增加藻细胞内的亚硝酸盐含量。在一定的范围内,细胞亚硝酸盐含量的增加可以促进藻的生长,但是过高的细胞内亚硝酸盐含量会抑制藻的生长。 硝酸盐浓度为150mg/L和300mg/L的处理组中,相比低CO_2组,高CO_2组藻的生长更好,光合速率增加,细胞内亚硝酸盐含量和MDA含量减少。而硝酸盐浓度为50mg/L的处理组中,高CO_2组和低CO_2组中,藻的生长变化不明显,光合速率、细胞内亚硝酸盐含量和MDA含量都没有明显变化。而且在相同的亚硝酸盐浓度条件下,藻细胞内亚硝酸盐含量的降低,导致培养基中藻生长的增加,这些结果表明细胞内的亚硝酸盐可能是影响藻生长的主要原因。通过对NO_2~--N:NO_3~--N为0:240和30mg/L:240mg/L两个处理组中细胞内亚硝酸盐含量和培养基中硝酸盐浓度变化的30d观察,发现培养基中亚硝酸盐进入藻体和藻排放亚硝酸盐是同时存在的,当培养基中亚硝酸盐浓度过高时,进入藻体的亚硝酸盐大于藻排放的,导致细胞内亚硝酸盐含量增加。相反,则培养基中亚硝酸盐浓度增加。 相比单独培养时,混合培养的条件下,铜绿微囊藻和四尾栅藻的生长都受到抑制,但是四尾栅藻的最大生物量与单独培养时藻的最大生物量的比值大于铜绿微囊藻,而且随着亚硝酸盐浓度的增加这种差距越明显,亚硝酸盐浓度为30mg/L时,铜绿微囊藻完全被抑制。表明两种藻之间存在着竞争,四尾栅藻在竞争中更具优势,亚硝酸盐浓度的升高增强了四尾栅藻的竞争优势。通过两种藻的相互化感作用试验,发现两种藻之间存在着化感作用,而且亚硝酸盐浓度增加化感作用增强。这些现象表明上述的竞争结果是化感作用和亚硝酸盐对藻的毒害作用共同造成的。


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