氮和光的耦合作用对三种典型水华蓝藻浮力影响机制

选择我国水体中3种典型的水华蓝藻－微囊藻、鱼腥藻及颤藻，研究氮和光对蓝藻浮力的影响，通过细胞内伪空胞及糖含量变化、伪空胞的合成速率、蓝藻光合及呼吸作用速率等，研究不同类型蓝藻的浮力调节机制，解析不同浮力调节方式的协同及拮抗作用，阐明氮和光的耦合作用对细胞浮力的影响机制，为利用蓝藻浮力及通过抑制蓝藻浮力调节的相关控藻技术应用提供基础。

湖泊、水库的富营养化以及由此引发的蓝藻水华是一个世界性的环境问题，在我国尤为严重。蓝藻具有调节自身浮力，改变在水柱中的位置以适应环境变化的能力，这也成为蓝藻水华暴发机理及控藻技术研究中的一个核心问题。有关蓝藻浮力定量变化，关键影响因子等研究非常缺乏，使相应的控藻技术难以应用到工程技术中。选择我国水体中 3 种典型的水华蓝藻，微囊藻、鱼腥藻（固氮蓝藻）及颤藻为对象，研究氮和光对蓝藻浮力的影响，采用微宇宙系统进行模拟并结合实验室生物学培养实验,通过细胞内伪空胞及糖含量变化、伪空胞的合成速率、蓝藻光合及呼吸作用速率等，研究不同类型蓝藻的浮力调节机制，解析不同浮力调节方式的协同及拮抗作用，阐明氮和光的耦合作用对细胞浮力的影响机制，为利用蓝藻浮力及通过抑制蓝藻浮力调节的相关控藻技术应用提供基础,取得以下3个主要成果： .（1）氮限制不仅影响典型固氮蓝藻（鱼腥藻）和非固氮蓝藻（微囊藻）生长，而且影响其浮力及浮力调节。低氮条件（小于0.5mg/L）有利于鱼腥藻占据优势，高氮条件（大于0.5mg/L）有利于微囊藻占据优势；非固氮蓝藻（微囊藻）浮力及其调节机制受氮限制和磷限制影响，但在氮限制下影响强烈；微囊藻在氮限制下伪空胞含量、垂向迁移速率以及漂浮百分率较氮磷充分条件低得多；而固氮蓝藻（鱼腥藻）浮力受磷限制和氮限制影响，但受氮限制影响较小，鱼腥藻在氮限制与氮磷充分相比，伪空胞含量、垂向迁移速率以及漂浮百分率较氮磷充分条件降低不多；.（2）光照（光照历史、强度）对蓝藻的伪空胞有较大影响。在先光照（4h）后光暗（48h）、先光照12h，再光暗12h、持续光暗48h和持续光照48小时4种光照历史的培养组中，先光照后光暗组的伪空胞相对含量值较高，持续光照48小时组伪空胞相对含量最低；光照强度影响蓝藻伪空胞的合成，铜绿微囊藻伪空胞的合成速率随着光照强度的增加而增加；螺旋鱼腥藻在高光强（8000 lx）下由于镇重物的积累，导致细胞膨压升高，致使伪空胞破裂。鱼腥藻和颤藻在一个光暗周期内细胞镇重物表现出昼升夜降的变化过程；.（3）光和氮的耦合作用共同决定了蓝藻的浮力调节。光照主要通过合成和消耗细胞内镇重物，并在强光照时可能改变细胞膨压使伪空胞破裂，快速调节细胞漂浮状态（数十分钟至数小时）；氮、磷限制也可以通过改变伪空胞含量改变细胞浮力，氮调节速度较慢（数天）。