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微囊藻与硝化细菌相互关系的初步研究

左新宇  
【摘要】:富营养化湖泊等水体环境中,各种微生物之间尤其是藻类和氮循环微生物之间存在复杂的相互作用。本文从氮素化学指标和微生物生物量指标两方面,对一株产毒的微囊藻(Microcystis sp. PCC7806)与硝化细菌在不同条件下的共培养体系中的相互关系进行了初步研究。 本工作设计了藻菌共培养光暗实验、藻细胞破碎液实验、藻菌不同种群密度条件下的相互作用等实验,来探讨微囊藻与硝化细菌间可能存在的抑制作用及其机理。在实验过程中,又注意到藻类对NO2--N的利用现象,进而设计了微囊藻对低浓度NO2--N的利用以及微囊藻和NOB的相互作用的实验。 实验以硝化细菌和微囊藻单独培养作为对照,设置了藻菌共培养光照组和黑暗组,来进行藻菌共培养光暗实验;设置了藻细胞破碎液组,用以研究藻细胞破碎液对硝化细菌生长的影响。藻菌共培养光暗实验中,藻菌黑暗组亚硝酸盐氮(N02--N)出现了显著积累,微囊藻逐渐死亡,硝化细菌生长较快,与硝化细菌单独培养时情况相似;而藻菌光照组NO2--N无显著积累,微囊藻生长迅速,硝化细菌增长较慢。结果表明,高种群密度的(107cell/mL)微囊藻的生长对硝化细菌的生长有明显的抑制作用。与此同时,藻细胞破碎液实验中,藻破碎液实验组NO2--N积累及消耗过程以及硝化细菌生长状况,与硝化细菌单独培养无明显差异。结果显示,微囊藻破碎液对硝化细菌生长无明显影响,微囊藻藻毒素等内溶物释放不是抑制硝化细菌生长的关键因素。 不同种群密度条件下的藻菌相互作用实验结果显示,在初始氨氮(NH4+-N)为30mg/L的硝化细菌与微囊藻共培养体系中,藻初始种群密度较小(106cell/mL)时,藻菌在实验前期同步增长,但随着氨氧化细菌(AOB)代谢产物NO2--N的快速积累,藻生长受抑制并逐渐死亡;而藻初始种群密度较大(107cell/mL)时,NO2--N被藻菌及时利用,藻菌保持同步生长直到NH4+-N消耗至较低水平。结果表明,微囊藻的生长对硝化细菌的生长有抑制作用,而且微囊藻种群密度越大对AOB的生长的抑制作用越明显。这种抑制作用主要是因为微囊藻与AOB对NH4+-N存在竞争性利用。 低浓度NO2--N间歇添加实验表明,微囊藻对低浓度NO2--N有一定的吸收。一定条件下,其吸收能力与藻细胞密度呈正相关关系。106cell/mL微囊藻对NO2--N的吸收可达到每天0.6mg/L。藻菌共培养体系N02--N代谢的模拟实验中,通过向藻培养液中间歇添加NaNO2,来代替藻菌共培养体系中AOB产生NO2--N,很好的模拟了共培养体系中藻对NO2--N的利用情况。而低浓度NO2--N光暗实验显示,藻类黑暗条件下不消耗NO2--N。只在光照条件下藻类才消耗NO2--N,并且获得生长。由此推断,微囊藻进行同化作用时可利用低浓度NO2--N作为其氮源。 低浓度NO2--N下,微囊藻和亚硝酸盐氧化细菌(NOB)的相互作用实验显示,由于两者对NO2--N存在竞争性利用,107cell/mL微囊藻对NOB生长有抑制作用。 综上所述,高种群密度微囊藻的生长对硝化细菌的生长有明显的抑制作用。其主要原因不是由于微囊藻内溶物释放,而是由于微囊藻与AOB.NOB之间对NH4+-N和低浓度NO2--N存在竞争性利用。由此推断,在富营养化湖泊中,NH4+-N和NO2--N作为微囊藻的氮源和硝化细菌的能源物质,微囊藻和硝化细菌的关系主要是对氮素营养盐的竞争利用关系。当湖泊中藻类大量繁殖时,硝化细菌的生长会受到抑制,硝化作用会因此而减弱。


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