腐殖酸类有机物对微囊藻生理及其与栅藻竞争关系的影响

摘要

蓝藻水华在全球范围内频繁发生，造成水生生态系统中水质的不断下降和生物多样性的持续减少。微囊藻是形成蓝藻水华的常见藻种。微囊藻在与其他浮游植物竞争中占优是其产生足够大的生物量进而形成水华的先决条件。因此，研究微囊藻与其他藻类的竞争关系及其发生机制对于控制微囊藻水华的发生是极为必要的。大部分研究者认为化感物质是影响藻类竞争的主要因素。但目前的研究也仅仅是分析鉴定了可能的化感物质，而没有加以验证。另外，藻类在生长过程中能够分泌类腐殖酸类物质，类腐殖酸类物质能够络合铁降低铁的生物可利用性，所以铁很有可能是影响藻类竞争的重要因素。因此，本研究首先评估了微囊藻和栅藻竞争过程中的化感作用，然后分析了铁和腐殖酸对这两种藻竞争的影响。由于溶解性有机物中含有一定的化感物质和类腐殖酸类物质，所以本研究还探讨了天然的溶解性有机物是否会通过化感作用或改变铁的生物有效性影响微囊藻的生长。 本研究的主要结论如下： （1）铜绿微囊藻单培养滤液、斜生栅藻单培养滤液以及混合培养滤液直接或经透析处理后都会抑制微囊藻和栅藻的生长。添加铁可以显著缓解这些抑制作用。2-丁基-辛醇是通过试验确认的化感物质，但这种化感物质几乎不抑制栅藻和微囊藻的生长。因此，化感物质抑制微囊藻生长的作用被高估。另外，本研究还发现了一种关于铜绿微囊藻和斜生栅藻混合培养过程中的新竞争机制。微囊藻和栅藻在生长过程中分泌的类腐殖酸类物质能够降低生物可利用的铁的浓度，从而产生相互的抑制作用。 （2）研究表明可以利用玉米黄素和叶黄素分别计算混合培养过程中微囊藻和栅藻的生物量从而进行蓝藻和绿藻竞争关系的研究。低铁浓度时(0.01mg L-1)，腐殖酸显著抑制单培养的微囊藻和栅藻的生长，最大抑制率分别为67.84%和38.31%，铁浓度增加(1.00mg L-1)显著缓解了腐殖酸这两种藻的抑制作用，对微囊藻和栅藻的最大抑制率分别少至5.82%和23.06%。混合培养中栅藻是优势竞争者，并且在低铁条件下栅藻对微囊藻的抑制系数随腐殖酸浓度增加而减少。高铁浓度时栅藻对微囊藻的抑制作用呈现相反的趋势。 （3）稻壳和水稻土通过促进微囊藻的光合作用提高了微囊藻的生长速率。低浓度的生物炭也同样是增加了微囊藻的PSII最大光化学量子产量进而增加其生物量。但高浓度的生物炭显著降低了藻细胞的蛋白含量和RNA浓度从而抑制了微囊藻生长。果胶既没有提高藻的光合活性，也没有影响蛋白质和RNA的合成，因此其生物量也没有发生变化。结合上述分析和不同来源的DOM组分分析结果，发现氨基酸类物质能够促进微囊藻的生长，多糖不影响藻的生物量，腐殖酸类物质积累到一定程度则具有显著的抑藻作用。

目录

声明

主要符号对照表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状与进展

1.2.1 化感物质对微囊藻与其他藻类竞争的影响研究

1.2.2 铁与类腐殖酸类物质对微囊藻与其他藻类竞争的综合影响

1.2.3 溶解性有机物对微囊藻与其他藻类竞争的影响研究进展

1.3 研究内容

1.3.1 微囊藻和栅藻化感物质的再评估

1.3.2 铁与腐殖酸对微囊藻和栅藻竞争的影响

1.3.3 溶解性有机物对微囊藻生长的影响

第二章 材料与方法

2.1 主要试验的设计

2.1.1 微囊藻和栅藻化感作用的再评估

2.1.2 铁和腐殖酸对微囊藻和栅藻竞争的影响

2.1.3 溶解性有机物对微囊藻生长的影响

2.2.1 藻种来源

2.2.2 藻培养条件

2.2.3 试验材料

2.3 藻细胞计数

2.4.1 藻液分离

2.4.2 溶解性总氮和总磷的测定

2.4.3 二氯甲烷提取化感物质

2.4.4 色素提取与测定方法设置

2.4.5 蛋白、多糖和RNA的测定

2.4.6 酶（SOD）和Fv/Fm的测定

2.4.7 荧光组分分析

2.5 竞争模型

2.6 数据分析与处理

第三章 微囊藻和栅藻化感作用的再评估

3.1 生长曲线与营养盐竞争

3.2 化感物质的确认

3.3 化感物质的验证

3.4 类腐殖酸类物质的作用

3.5 本章小结

第四章 铁和腐殖酸对微囊藻与栅藻竞争的影响

4.1 建立混合培养中两种藻生物量的测定方法

4.2 竞争试验

4.3 竞争模型计算

4.4 本章小结

第五章 溶解性有机物对微囊藻生长的影响

5.1 溶解性有机物的荧光组分分析

5.2 微囊藻的生长曲线

5.3 光合作用的变化

5.4 生理特征的响应

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

个人简历