硝酸鹽氮和氨氮對螺旋魚腥藻和惠氏微囊藻生長的影響

硝酸鹽氮和氨氮對螺旋魚腥藻和惠氏微囊藻生長的影響

藍藻水華的爆發(fā)是湖泊富營養(yǎng)化的嚴(yán)重問題。藻類的發(fā)生和變化與水體中的氮密切相關(guān)。河塘水庫優(yōu)勢藻是螺旋魚梭和惠氏微藻。螺旋魚梭屬于固體藻類。如果水體中氮不足，一些營養(yǎng)細胞會轉(zhuǎn)化為具有固氮作用的變形細胞。微囊藻是一種非固體藍藻，是廣泛存在于富營養(yǎng)化水體的優(yōu)勢水生植物。關(guān)于這兩種藻類的遺傳規(guī)律，一些研究表明，在低氮和低氮比的條件下，強氨藍藻通常可以利用空氣中的氮來源，成為水華的優(yōu)勢藻。如果添加氮源，優(yōu)勢藻的路徑從固氮藻轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪痰澹煌问降牡獙υ孱惖纳L和競爭的影響并不少見。2007年6月底，羅馬不達官兵爆發(fā)了蝸牛水華。然而，近兩年，羅馬不達官兵的優(yōu)勢藻從螺釘魚刺傳播到了流程微囊藻。從不同形態(tài)氮影響藻類生長的角度，研究了不同形態(tài)氮對河流水庫中螺馬形浮游生物和惠氏微囊藻生長的影響。1材料和方法1.1單獨培養(yǎng)和接種方法藻種為洋河水庫水華暴發(fā)時提取的螺旋魚腥藻和惠氏微囊藻.藻種保存在中國環(huán)境科學(xué)研究院藻類培養(yǎng)室,25℃和2500lx條件下使用M11培養(yǎng)基培養(yǎng).試驗以M11培養(yǎng)基為基礎(chǔ),配置成無氮培養(yǎng)基.采用500mL錐形瓶,內(nèi)置200mL培養(yǎng)基.試驗分為硝酸鹽氮組和氨氮組,對螺旋魚腥藻和惠氏微囊藻單獨培養(yǎng).參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項目標(biāo)準(zhǔn)限值》(GB3838—2002),每組設(shè)置4個ρ(硝酸鹽氮)和ρ(氨氮),分別為0.05,0.5,2和10mg/L,每組設(shè)5個平行樣.根據(jù)設(shè)定濃度添加相應(yīng)量的NaNO3或NH4Cl.試驗培養(yǎng)條件:光照強度為2000~2500lx,光暗比為12h∶12h,每天人工搖動3次.利用處于對數(shù)增長期的藻進行接種.接種前使用含正常量1/10氮的M11培養(yǎng)基進行4d的饑餓培養(yǎng).螺旋魚腥藻和惠氏微囊藻的初始接種濃度分別為6.0×102和5.0×104mL-1.1.2比生長速率計算公式惠氏微囊藻細胞用血球計數(shù)板(MinatoTATAI)在光學(xué)顯微鏡(OlympusBH-2)下計數(shù),每次計數(shù)細胞30~300個,每個樣品計數(shù)3次.螺旋魚腥藻使用0.1mL浮游植物計數(shù)板在光學(xué)顯微鏡下計數(shù),每個樣品計數(shù)3次.根據(jù)定期測定的生物量,按照以下公式測定對數(shù)增長期內(nèi)藻類的比生長速率(μ):式中,X0為初始細胞密度,mL-1;Xt為第t天細胞密度,mL-1;t為時間,d.1.3培養(yǎng)基中的剩余氮含量分別在試驗的第6天(對數(shù)期)和第16天(穩(wěn)定期)測定培養(yǎng)基中剩余硝酸鹽氮和氨氮的質(zhì)量濃度(mg/L).1.4統(tǒng)計方法采用SPSS分析軟件中OnewayANOVA進行多個樣本平均值間的比較.2結(jié)果2.1低硝酸鹽氮條件下螺類微囊藻的生長和比生長速率由圖1可見,不同ρ(硝酸鹽氮)下螺旋魚腥藻的最大生物量(以藻細胞密度計)分別為2.17×104,1.93×104,1.47×104和1.60×104mL-1,不同ρ(硝酸鹽氮)下螺旋魚腥藻的生長曲線無顯著性差異(P>0.05).但ρ(硝酸鹽氮)對惠氏微囊藻的生長影響較大(P<0.01),惠氏微囊藻的最大生物量(以藻細胞密度計)依次為2.54×105,1.36×106,2.51×106和4.23×106mL-1,可見,ρ(硝酸鹽氮)的升高,能促進惠氏微囊藻的生長.由圖2可見,螺旋魚腥藻的比生長速率在0.23~0.25d-1之間,無顯著性差異(P>0.05).而ρ(硝酸鹽氮)的增加明顯促進了惠氏微囊藻的生長(P<0.01).結(jié)果表明ρ(硝酸鹽氮)為0.05mg/L時,螺旋魚腥藻的比生長速率遠大于惠氏微囊藻的比生長速率.由此推測,低ρ(硝酸鹽氮)條件下,螺旋魚腥藻有可能成為優(yōu)勢藻種.2.2氨氮對螺旋魚腥藻生長的影響當(dāng)ρ(氨氮)是0.05,0.5,2和10mg/L時,螺旋魚腥藻的最大生物量(以藻細胞密度計)為2.45×104,2.15×104,3.54×104和3.85×104mL-1(見圖3),不同ρ(氨氮)下螺旋魚腥藻的生長曲線無顯著性差異(P>0.05).但ρ(氨氮)對惠氏微囊藻的生長影響較大(P<0.01),當(dāng)ρ(氨氮)是0.05,0.5,2和10mg/L時,惠氏微囊藻的最大生物量(以藻細胞密度計)分別為3.81×105,1.00×106,2.40×106和1.51×106mL-1,在0.05~2mg/L范圍內(nèi),隨著ρ(氨氮)的增加,惠氏微囊藻最大生物量逐步增大,但當(dāng)ρ(氨氮)為10mg/L時,最大生物量下降.由圖4可見,當(dāng)ρ(氨氮)為0.05,0.5,2和10mg/L時,螺旋魚腥藻比生長速率分別為0.266±0.012,0.303±0.005,0.300±0.002和0.333±0.010d-1,試驗結(jié)果基本相近.當(dāng)ρ(氨氮)為0.05,0.5,2和10mg/L時,惠氏微囊藻的比生長速率分別為0.096±0.004,0.272±0.008,0.380±0.010和0.364±0.002d-1,表明當(dāng)ρ(氨氮)小于10mg/L時,比生長速率逐漸增大,但當(dāng)達到10mg/L時,又有所降低,說明高ρ(氨氮)有可能抑制惠氏微囊藻的生長.ρ(氨氮)低于0.5mg/L時,螺旋魚腥藻的比生長速率明顯大于惠氏微囊藻,可見在低ρ(氨氮)下,螺旋魚腥藻有可能成為優(yōu)勢藻種.對比分析表明,ρ(氮)為2mg/L時,螺旋魚腥藻在氨氮培養(yǎng)基中最大生物量為3.54×104mL-1,在硝酸鹽氮培養(yǎng)基中最大生物量為1.47×104mL-1,表明在相同的濃度條件下,氨氮更有利于螺旋魚腥藻生長.在0.5,2和10mg/Lρ(氮)條件下,惠氏微囊藻在氨氮培養(yǎng)基中最大生物量(1.00×106,2.40×106和1.51×106mL-1)均小于硝酸鹽氮培養(yǎng)基中的生物量(1.36×106,2.51×106和4.23×106mL-1),表明對惠氏微囊藻而言,硝酸鹽氮比氨氮更有利于其生長.3氮對智慧藻微囊藻生長的影響研究表明,ρ(氮)在0.05~10mg/L內(nèi)對螺旋魚腥藻的生長特性影響不大,原因可能是螺旋魚腥藻屬于固氮藻類,當(dāng)外源ρ(氮)降低時,魚腥藻的部分營養(yǎng)細胞會轉(zhuǎn)變成含有固氮酶的異形胞,起到固氮作用,異性胞的所占比例越大,魚腥藻的生長潛力也就越大,可見螺旋魚腥藻是很好的氮競爭者.氨氮培養(yǎng)條件下,螺旋魚腥藻的比生長速率大于同濃度硝酸鹽氮培養(yǎng)條件下的比生長速率,可見氨氮更易于被螺旋魚腥藻利用.當(dāng)氨氮作為唯一氮源時,由于其能夠被藻細胞直接利用而更利于螺旋魚腥藻生長.ρ(氮)對惠氏微囊藻的生長影響較大(P<0.05).該研究表明,硝酸鹽氮更有利于惠氏微囊藻的生長.有研究表明,氨氮相對于其他形式的氮更易被藻細胞吸收,但通常又認(rèn)為高ρ(氨氮)能抑制微囊藻生長.唐全民等的研究表明,ρ(氨氮)大于0.5mmol/L(7mg/L)時,藻細胞比生長速率略微降低,達到40mmol/L,則微囊藻的生長受到嚴(yán)重抑制,這和該研究中10mg/Lρ(氨氮)下藻細胞比生長速率略微降低的結(jié)果基本一致.對比研究表明,ρ(硝酸鹽氮)為0.05mg/L時,螺旋魚腥藻比生長速率(0.239d-1)大于惠氏微囊藻(0.166d-1),ρ(氨氮)為0.05和0.5mg/L時,螺旋魚腥藻比生長速率分別為0.266±0.012和0.303±0.005d-1,均大于惠氏微囊藻的比增長速率(0.096±0.004和0.272±0.008d-1).在較低ρ(氨氮)和ρ(硝酸鹽氮)下,螺旋魚腥藻比生長速率更高,更具生長優(yōu)勢,提示低ρ(氮)培養(yǎng)下,螺旋魚腥藻更易成為優(yōu)勢種.2007年6月洋河水庫暴發(fā)螺旋魚腥藻水華,當(dāng)時ρ(氮)大于2mg/L,而現(xiàn)場分離的藻種并未見異形胞.2009年6月24日,7月1日和8日3次現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)表明,整個庫區(qū)ρ(氮)平均值為3.12~3.29mg/L,ρ(氨氮)平均值為0.15~0.40mg/L,ρ(硝酸鹽氮)平均值較高,為1.89~2.44mg/L,優(yōu)勢藻種為惠氏微囊藻.該研究結(jié)果能較合理地詮釋該現(xiàn)象,說明隨著洋河水庫ρ(氮)