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硫酸铜对藻细胞生长和光合活性的调控研究

宗容容  
【摘要】:富营养化是当前地表水面临的最具挑战性的环境问题之一。城市湖泊具有深度浅、流速慢、表面积小且城市人口与之接触频繁等特点,因此城市湖泊富营养化已成为我国日益严重的环境问题。湖泊水华的控制方法在不断探索中,涉及物理、化学和生物等方法都有报道。硫酸铜(Cu SO4)是一种传统的化学除藻剂,由于其成本低廉、易获得,所以被广泛使用。因此,本文在对全国不同区域城市湖泊水质和藻类群落结构进行调查分析的基础上,以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为研究对象,从藻类细胞生长和光合活性方面探讨在硫酸铜胁迫下藻细胞的生理生化响应。最后,将硫酸铜投加到城市湖泊原水中,分析其对藻类去除率和藻类群落结构的影响。主要研究结果如下:一、以东西南北四个区域的共16个城市湖泊为调查对象,研究了藻类群落结构的差异性。结果表明:(1)城市湖泊藻密度存在明显的区域差异(P0.001),不同区域藻密度由高到低依次为北、西、南、东。(2)共鉴定出了6种藻类,分别属于蓝藻门、绿藻门、硅藻门、裸藻门、甲藻门和金藻门,绿藻门是最常见的藻类,占总藻类群落的57.19%。在属水平,以针杆藻(Synedra sp.)、小球藻(Chlorella sp.)、微囊藻(Microcystis sp.)和棒胶藻(Rhabdogloea sp.)等为优势属。(3)共生网络分析(network)表明,地理格局与藻类生物的相互作用导致了不同城市湖泊特有的藻类群落结构。(4)通过冗余分析(RDA)和结构方程(SEM)的分析表明,发现水质(TN、NO3--N)和地理格局对城市湖泊藻类群落具有协同作用。二、以铜绿微囊藻为研究对象,硫酸铜(Cu SO4)为除藻剂,通过对藻细胞浓度、叶绿素a、光合作用相关参数、抗氧化酶活性、ATP浓度、碳代谢活性和藻类有机物等生理和代谢活性的分析,研究不同浓度Cu SO4对铜绿微囊藻细胞生长和光合活性的的影响。结果表明:(1)Cu SO4能抑制铜绿微囊藻细胞的生长,且浓度越大,抑制效果更显著,0.5 mg/L Cu SO4处理72 h后的藻密度从100×104 cells/m L下降到66.09×104 cells/m L。(2)Cu SO4对叶绿素荧光参数的影响显著,均抑制了铜绿微囊藻细胞的光合活性,在抗氧化酶活性的分析过程中发现,处理组的酶活性在24 h内都有不同程度的增加,随后酶活性又逐渐降低,且随着Cu SO4浓度的增加,酶活性始终保持较高的活性。(3)碳源代谢活性的研究结果表明,不同浓度Cu SO4胁迫下的藻细胞对碳源的利用能力不同,藻细胞的碳源代谢活性的强弱顺序为对照组0.2 mg/L0.5 mg/L。三、从实际应用角度出发,在6个城市湖泊原水中投加不同浓度Cu SO4,研究不同浓度Cu SO4对湖泊藻类种群结构的影响。结果表明:(1)不同浓度的Cu SO4对藻类的去除率不同且各个城市湖泊的藻类去除率也各有差异;对于QX湖来说,在0.2 mg/L Cu SO4的胁迫下,藻类去除率为35%,0.5 mg/L Cu SO4的胁迫下,藻类去除率为39%。(2)不同城市湖泊的藻类种群结构无显著差异,蓝藻门占主导地位;属水平的藻类群落结构也无明显差异,小球藻为优势藻(3)水体中剩余铜含量的研究结果表明,不同水体中的铜含量在经过72 h的应用后有明显下降,且含量低于国家地表水环境要求Ⅴ类水体的铜含量标准(0.1 mg/L)。


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