河道型水库支流交汇区消落期“藻华”中胞外酶的作用机制

Extracellular enzyme, which play an important role in transformation of organic matter in aquatic ecosystem can promote macromolecule hydrolyze into oligomer or small molecules that can be easily assimilated by bacteria. Exocellular enzyme activity is closely related to the water eutrophication level. Laboratory test and in situ test were conducted to study the suppression- induction mechanism of extracellular enzyme on nutrient(carbon, nitrogen and phosphorus) absorption process of algae in drawdown period of Jialing River in the city zone of Chongqing. The study include: ① The effect of nutrient content on dominant algal species and typical extracellular enzyme activity and their variation. ② The correlation between dominant algal species and extracellular enzyme activity. ③ Expound catalytic mechanism of extracellular enzyme based on external condition, nutrient content changes and modification of metal ion, then establish reaction kinetics equation and conclude relevant parameter. Enzymology index which is selected from molecular level can act as premonitory index with regard to algal bloom for channel reservoir and this index can provide evidence for the prediction of eutrophication.

胞外酶可促进大分子物质水解为易于被细菌同化的寡聚物或单分子物质，它在水生态系统有机物的转化过程中具有重要作用，同时，胞外酶活性与水体富营养化程度密切相关。以嘉陵江重庆主城段为研究目标，针对藻类利用碳、氮、磷等营养盐的过程中胞外酶的"抑制-诱导"机制开展原位试验和实验室研究。研究内容包括：①消落期水体氮、磷等养分含量对水华优势藻种和典型胞外酶活性的影响及其变化规律；②消落期"水华"优势藻种活动规律与胞外酶活性的相关性；③基于外界条件、营养盐含量变化及金属离子置换修饰阐明消落期优势藻种胞外酶的催化作用机制，然后建立反应动力学方程并得到相关参数。课题旨在从分子学角度选择适当酶学指标作为河道型水库藻类"水华"的预兆性指标，为富营养化预测提供指示性依据。

三峡库区蓄水对库区内水环境的影响一直受到人们的关注，而其中“藻华”现象又是众多水环境问题中较为突出的一个问题。一直以来水体氮磷浓度过高被认为是藻华爆发的主因，然而有报道指出三峡库区部分次级河流的营养物质浓度已超过富营养化最低阈值，却并未爆发藻华。实际上藻类仅能利用特定形态营养盐，而当该形态营养盐缺乏时，需要分泌对应的酶对其它形态营养盐进行转化，从而补充水体中特定营养盐的消耗。因此认为酶在藻华的发生过程中具有关键作用。本课题以嘉陵江主城段为研究对象，对涉及藻类营养盐利用的相关酶活及其在藻华中的作用机理开展了酶学及动力学方面的深入研究。主要包括对嘉陵江水样的原位监测分析研究及通过实验室模拟水样对原位规律的验证研究两大部分。通过对原位水样的分析，明确了嘉陵江主城段水环境特征、营养盐赋存形态、胞外酶特征及藻类生物量和优势度等指标的变化规律，初步掌握了不同指标相互之间的影响规律及内在相关性规律。在原位水样研究的数据基础上，通过实验室水样模拟研究，对影响酶活性的主要因素、影响嘉陵江水体藻华典型藻种生长的主要因素进行了定量分析，得到了水体中各环境指标对酶活性的影响规律、各环境指标对藻类生长的影响规律及酶活性与藻类生长之间的相互影响规律。在原位水样研究及实验室模拟水样研究的基础上，结合二者所得数据，通过相关性分析、主成分分析及回归分析等统计学手段，建立了以“抑制-诱导”原理为基础的藻类生长过程中水体碳酸酐酶活性(CAA=0.027Chla+0.052pH-0.079CO2+1.774Zn2+.+0.592)、硝酸还原酶活性(NRA=0.017Chla+0.037pH-0.246Fe3++0.111NO3--0.267)、碱性磷酸酶活性(APA=60.8Zn2+-8.34EHP+0.21Chla-1.3SRP+0.19pH-3.02）计算模型；并进一步以各酶活性为基础，结合其他影响藻类生长的环境因素，建立了阐述藻华影响规律的综合方程(Cells= -1.262V+5.152pH+8.962Zn2++9.103Chla+.1.191POC-4.871CO2-8.336SRP+5.383EHP+7.88NRA+ 8.948APA+6.807CAA+19.6)及藻华易发期藻华预测模型(Cells=-46.507pH+37.894CAA-586.025EHP+.2.237APA+358.27