亚硝酸盐对铜绿微囊藻生理特性的影响

论文摘要

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CO2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（KS）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（KS）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CO2组,高CO2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CO2组和低CO2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NO2--N:NO3--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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 水华的形成和危害
• 1.1.1 富营养化和水华的概念
• 1.1.2 水华的形成
• 1.1.3 水华的危害
• 1.2 铜绿微囊藻概述
• 1.3 亚硝酸盐的污染和危害
• 1.3.1 亚硝酸盐的来源
• 1.3.2 高浓度亚硝酸盐的危害
• 1.4 藻类和水体中亚硝酸盐的关系
• 1.4.1 亚硝酸盐浓度对藻类的影响
• 1.4.2 藻类对亚硝酸盐的吸收利用
• 1.4.3 藻类的亚硝酸盐排放
• 1.5 本论文研究的内容
• 第二章 亚硝酸盐单独存在时对铜绿微囊藻生长的影响
• 2.1 材料和方法
• 2.1.1 仪器和试剂
• 2.1.2 藻种及培养
• 2.1.3 藻细胞计数
• 2.1.4 叶绿素a含量的测定
• 2.1.5 藻细胞内亚硝酸盐含量的测定
• 2.1.6 藻光合作用速率的测定
• 2.1.7 硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性的测定
• 2.1.8 丙二醛含量的测定
• 2.1.9 过氧化氢酶活性的测定
• 2.1.10 培养基中亚硝酸盐浓度的测定
• 2.1.11 培养基中硝酸盐浓度的测定
• 2.1.12 培养基中氨氮浓度的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生长的影响
• 2.2.2 培养基中硝酸盐和铵盐浓度的变化
• 2.2.3 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻细胞内亚硝酸盐含量的影响
• 2.2.4 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻光合速率的影响
• 2.2.5 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻叶绿素a含量的影响
• 2.2.6 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻的硝酸还原酶（NR）和亚硝酸还原酶（NiR）活性的影响
• 2.2.7 不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻丙二醛（MDA）含量和藻过氧化氢酶（CAT）活性的影响
• 2.3 小结
• 第三章 硝酸盐存在的条件下亚硝酸盐对铜绿微囊藻生长的影响
• 3.1 材料和方法
• 3.1.1 仪器和试剂
• 3.1.2 藻种及培养
• 3.1.3 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生理的影响
• 3.1.4 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻亚硝酸氧化还原酶的影响
• 3.1.5 硝酸盐对铜绿微囊藻对亚硝酸盐的吸收动力学的影响
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）不同初始亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生长的影响
• 3.2.2 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）培养基中硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐浓度的变化
• 3.2.3 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻亚硝酸氧化还原酶的影响
• 3.2.4 硝酸盐存在的条件下（240mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生理的影响
• 3.2.5 硝酸盐对铜绿微囊藻对亚硝酸盐的吸收动力学的影响
• 3.3 小结
• 第四章 铵盐存在的条件下亚硝酸盐对铜绿微囊藻生长的影响
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 仪器和试剂
• 4.1.2 藻种及培养
• 4.1.3 铵盐存在的条件下（20mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生理的影响
• 4.1.4 铵盐存在的条件下（20mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻细胞内铵盐含量的影响
• 4.1.5 铵盐对铜绿微囊藻对亚硝酸盐的吸收动力学的影响
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 铵盐存在的条件下（20mg/L）不同初始亚硝酸盐浓度下铜绿微囊藻生长的变化
• 4.2.2 铵盐存在的条件下（20mg/L）培养基中硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐浓度的变化
• 4.2.3 铵盐存在的条件下（20mg/L）不同亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻生理的影响
• 4.2.4 硝酸盐对铜绿微囊藻对亚硝酸盐的吸收动力学的影响
• 4.3 小结
• 第五章 铜绿微囊藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对藻生长的影响
• 5.1 材料和方法
• 5.1.1 仪器和试剂
• 5.1.2 藻种及培养
• 5.1.3 藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对铜绿微囊藻生理的影响
• 5.1.4 培养基中亚硝酸盐存在的条件下藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对铜绿微囊藻生长的影响
• 5.1.5 藻细胞内亚硝酸盐含量和培养基中亚硝酸盐浓度的关系
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 不同硝酸盐浓度下铜绿微囊藻生长的变化
• 5.2.2 藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对铜绿微囊藻生理的影响
• 5.2.3 培养基中亚硝酸盐存在的条件下藻细胞内亚硝酸盐含量的变化对铜绿微囊藻生长的影响
• 5.2.4 藻细胞内亚硝酸盐含量和培养基中亚硝酸盐浓度的关系
• 5.3 小结
• 第六章 亚硝酸盐浓度的变化对铜绿微囊藻和四尾栅藻竞争的影响
• 6.1 材料和方法
• 6.1.1 仪器和试剂
• 6.1.2 藻种及培养
• 6.1.3 单独培养条件下不同初始亚硝酸盐浓度对四尾栅藻生理的影响
• 6.1.4 生长测定和生长曲线的拟合
• 6.1.5 竞争抑制参数的计算
• 6.1.6 抑制起始点的确定
• 6.1.7 藻的相互化感作用
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 单藻培养时不同初始亚硝酸盐浓度对铜绿微囊藻和四尾栅藻生长的影响
• 6.2.2 单藻培养时不同初始亚硝酸盐浓度对四尾栅藻光合作用和 MDA含量的影响
• 6.2.3 混合培养时不同初始亚硝酸盐浓度下铜绿微囊藻和四尾栅藻的竞争
• 6.2.4 混合培养时不同初始亚硝酸盐浓度组中亚硝酸盐浓度的变化
• 6.2.5 藻的相互化感作用
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 7.1 研究结论
• 7.2 创新特色
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间完成的学术科研论文