（环境科学专业论文）九龙江北溪江东库区浮游植物碱性磷酸酶活性研究.pdf

摘要 的主要标记种类有微小平列藻( o s c i l l a t o r i at e n u i s s i m a ) 、惠氏微囊藻( m i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a ) ：甲藻的主要标记种类是佩氏拟多甲藻( p e r i d i n i o p s i sp e n a r d i i ) ，这 也是“1 1 9 ”事件的水华藻种，相比其它种类，其更容易受到磷胁迫，对磷的反 应也更加敏感。 4 、厦门周边三个不同富营养化程度的湖库研究表明，芙蓉湖富营养化程度 高于情人湖，江东库区取水口最低；与其富营养化程度不同，芙蓉湖的单细胞 a p a 标记月份与标记率均低于情人湖与江东库区取水口，取水口的a p a c h la 值高于情人湖和芙蓉湖。 关键词：浮游植物；碱性磷酸酶活性；磷胁迫；淡水水华；亚热带淡水湖库； 九龙江北溪 a b s t r a e t a b s t r a c t j i u l o n g j i a n gr i v e ri st h es o u r c eo fd r i n k i n gw a t e rf o rx i a m e na n dz h a n g z h o u o n 19 t hj a n u a r y2 0 0 9 ，t h ea l g a lb l o o m ，k n o w na s “119e v e n t a n dc a u s e db y p e r i d i n i o p s i sp e n a r d i i ( d i n o p h y t a ) ，s e r i o u s l yt h r e a t e n e dt h ed r i n k i n gw a t e rq u a l i t y i n t h ee n do f 2 0 0 9 ，t h ex i a m e nm u n i c i p a lg o v e r n m e n tl a u n c h e dam a j o rp r o j e c t t os t u d y t h eo c c u r r e n c em e c h a n i s ma n dc o n t r o l l i n gs t r a t e g yo fa l g a lb l o o m a sap a r to ft h e p r o j e c t , t h ew a t e rs a m p l e sw e r et a k e nf r o mj i a n g d o n gr e s e r v o i ro f j i u l o n g j i a n gr i v e r b i - w e e k l yf r o mt h ej a n u a r yt od e c e m b e r , 2 0 1 0 b o t hb u l ka l k a l i n ep h o s p h a t a s e a c t i v i t y ( a p a ) a n ds i n g l e - c e l la p a w e r ed e t e c t e dt os t u d yt h ep h o s p h o r u ss t r e s so f t h e p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yi nt h ew a t e r so nd i f f e r e n ts e a s o n s ，m e a n w h i l er e l a t e d i n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r ea l s oa n a l y z e dt o e v a l u a t et h e i rp o t e n t i a le f f e c to nt h e p h y t o p l a n k t o np h o s p h o r u ss t a t u s c o m p a r i s i o no fa p aw a sa l s od o e na m o n gt h r e e f r e s h w a t e rl a k e sw i t hd i f f e r e n ts t a t u so fe u t r o p h i c a t i o na r o u n dx i a m e n t h er e s u l t s a r ea sf o l l o w s ： 1 b u l ka p aw a ss i g n i f i c a n t l yv a r i e ds p a t i a l l ya n dt e m p o r a l l yi nj i a n g d o n g r e s e r v o i ro fj i u l o n g i i a n gr i v e r t h et o t a lb u l ka p aw a ss i g n i f i c a n th i g h e ri ne a r l y s p r i n ga n ds u m m e rt h a nt h o s ei nl a t es u m m e r , a u t u m na n d w i n t e r a p aw a sh i g h e ra t t h eu p p e rr e s e r v o i rs t r e a m s ( a tl o n g j i n x i k o ua n dm a y a n g x i k o u ) t h a nt h a ta tl o w e r r e s e r v o i r ( a ts h i g u i t o ua n dq u s h u i k o u ) b u l k a p aw a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e c o r r e l a t i o nw i t hc h l o r o p h y l la ( c h i 口) c o n c e n t r a t i o n ，b o t hb u l ka p aa n dc h la r e a c h e dp e a ka l m o s ta tt h es a m et i m ei nw i n t e r ( j a n u a r ya n df e b r u a r y ) a n ds u m m e r ( j u l ya n da u g u s t ) t o t a ln i t r o g e n ( t n ) ，t o t a lp h o s p h o r u s ( t p ) ，s o l u b l er e a c t i v e p h o s p h o r u s ( s r p ) a n do t h e re n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa l s oi n f l u e n c e dt h ea p a w i t h o u t s i g n i f i c a n t l e v e l t h ef a c t t h a th i g h e rt n | t pr a t i oa n dr e l a t i v el o w e rs r p c o n c e n t r a t i o ni n d i c a t e dt h a t p h o s p h o r u s c o u l db e p o t e n t i a l l i m i t a t i o nf o r p h y t o p l a n k t o ng r o w t hi nt h es t u d ya r e a 2 s i n g l e - c e l la p ai n d i c a t e dt h a tt h e r ew e r ed i f f e r e n te x p r e s s i o nf e a t u r eo f a l k a l i n e p h o s p h a t a s e ( a p ) f o r d i f f e r e n t p h y t o p l a n k t o n s c h l o r o p h y t a a n d i a b s t r a c t b a c i l l a r i o p h y t aw e r et h ed o m i n a n tg r o u p si nj i a n g d o n gr e s e r v o i r e l f - l a b e l l e do f b o t hg r o u p so c c u l l r e dt h r o u g ht h ey e a r , a n dt h el a b e l l i n gr a t ew a sm o r et h a n2 0 f o r c h l o r o p h y t a , w h i l eu s u a l l yb e l o w10 f o rb a c i l l a r i o p h y t a m e a n w h i l e ，t h e r ew a s h i g h e ra b u n d a n c ea n dv e r yl o we l f l a b e l l i n gr a t e ( 2 ) i ns u m m e rf o rc y a n o p h y t a a l t h o u g hd i n o p h y t ad i s t r i b u t e dt h r o u g ht h ey e a rw i t hl o wa b u n d a n c ea n dl o w e l f - l a b e l l i n gr a t ei ns p r i n ga n ds u m m e r ( m e a n2 0 ) ，i ts i n i f i c a t l yi n c r e a s e du pt o m o r et h a n8 0 i na u t u m na n dw i n t e r 3 t h em a i ns p e c i e sw i t he l f l a b b e l e dw e r ep a n d o r i n am o r u m , s c e n e d e s m u s q u a d r i c a n d aa n dp e d i a s t r u ma 甜p t e xo fc h l o r o p h y t a , m e l o s i r ag r a n u l a t ea n ds y n e d r a u l n ao fb a c i l l a r i o p h y t a , a n do s c i l l a t o r i at e n u i s s i m aa n dm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s ao f c y a n o b a c t e r i a p e r i d i n i o p s i s ，w h i c hw a st h eb l o o m - c a u s i n gs p e c i e so f “119e v e n t ( 2 0 0 9 ) ”，w a sam a i ns p e c i e so fd i n o p h y t a ，b a s e do nt h ee l f - l a b e l l e dd a t aa n d s i g n i f i c a n t l ys e a s o n a l v a r i a t i o n so fh a b s p e c i e sp e r i d i n i o p s i sp e n a r d i i , w e c o n c l u d e dt h a tt h i sh a bs p e c i e sw a ss e n s i t i v et oe n v i r o n m e n t a lf a c t o r ss u c ha s p h o s p h o r u ss t r e s s 4 t h es t a t u so fe u t r o p h i c a t i o nw a sf u r o n gl a k e q i n g r e nl a k e j i a n g d o n g r e s e r v o i ra r o u n dx i a m e n m e a n w h i l e ，s i n g l e - c e l la p a s h o w e dt h a tt h e r ew a sl o w e r e l f - l a b b l e di nf u r o n gl a k e ，w h i l eh i g h e ri nj i a n g d o n gr e s e r v o i r k e y w o r d s ：p h y t o p l a n k t o n ；a l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y ；p h o s p h o r u ss t r e s s ； f r e s h w a t e rb l o o m ；n o r t h e r nb r a n c h ( b e i x i ) o f j i u l o n g j i a n gr i v e r a b s t r a c ti nc h i n e s e c o n t e n t s a b s t r a c ti ne n g l i s h l i s to fa b b r e v i a t o n s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n i v 一一l 1 1r e l a t i o n s h i pb e t w e e na l g a lb l o o m sa n de u t r o p h i c a t i o ni nf r e s h w a t e r l 1 2s p e c i e so f p h o s p h o r b si nf t e s h w a t e ra n di t sb i o a v a i l a b i l i t y 1 1 3b i o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f a l k a l i n ep h o s p h a t a s ea n di t sd e t e r m i n a t i o n m e t h o d 2 1 4r e l a t i o n s h i pa n di t se c o l o g i c a ls i g n i f i c a n c eb e t w e e na l k a l i n ep h o s p h a t a s ea n d p h y t o p l a n k t o np h o s p h o r u ss t a b l s 4 1 5p u r p o s eo f t h es t u d y , s c i e n t i f i cq u e s t i o na n dt h em a i nc o n t e n t s 。7 c h a p t e r 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 9 2 1s t u d ya r e a , s t a t i o n sa n ds a m p l i n g 9 2 2m a t e r i a l sa n dm e t h o d s 13 2 2 1d e t e r m i n a t i o no f e n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s 13 2 2 2p h y t o p l a n k t o nb i o m a s s a n dc o m m u n i t yc o m p o s i t i o n 13 2 2 3d e t e r m i n a t i o no f b u l ka l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y 1 4 2 2 4d e t e r m i n a t i o no f s i n g l e - c e l la l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y 1 4 2 2 5d a t a a n a l y s i s ”1 5 c h a p t e r3a l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t yo fp h y t o p l a n k t o ni n j i a n g d o n gr e s e r v o i ro fj i u l o n g r i v e r 1 6 3 1v a r i a t i o no f e n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s 1 6 3 1 1t e m p e r a t u r e 1 6 3 1 2n u t r i e n t s 1 6 3 1 3c h l 口2 0 3 1 4p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yc o m p o s i t i o na n da b u n d a n c e 21 i 3 2d i s t r i b u t i o no f b u l ka l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y 2 5 3 2 1b u l ka p a 2 5 3 2 2s i z e f r a c t i o n a t e db u l ka p a 一2 6 3 2 3b u l ka p a c h la 2 9 3 3d i s t r i b u t i o no f s i n g l e - c e l la l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t yo f p h y t o p l a n k t o n 3 0 3 3 1 s i n g l e - c e l l a l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t yo fp h y t o p l a n k t o ns p e c i e s m a r k e r s 3 0 3 3 2s i n g l e c e l la l k a l i n ep h o s p h a t a s eo f d o m i n a n tp h y t o p l a n k t o n 3 3 3 4a n a l y s i sa n dd i s c u s s i o n 4 l c h a p t e r4a l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y o fp h y t o p l a n k t o ni n d i f f e r e n tt y p e so ff r e s h w a t e r sa r o u n dx i a m e n 。 4 6 4 1v a r i a t i o no f e n v i r o n m e n t a lp a r a m e t e r s 4 6 4 1 1n u t r i e n t s 4 6 4 1 2c h la 4 9 4 1 3p h y t o p l a n k t o nc o m m u n i t yc o m p o s i t i o na n da b u n d a n c e 4 9 4 2d i s t r i b u t i o no f b u l ka l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t y 5 0 4 3d i s t r i b u t i o no f s i n g l e - c e l la l k a l i n ep h o s p h a t a s ea c t i v i t yo f p h y t o p l a n k t o n 。5 2 4 4a n a l y s i sa n dd i s c u s s i o n 5 7 c h a p t e r 5s u m m a r ya n do u t l o o k r e f e r e n c e s a c k n o w l e d g e m e n t ”一5 9 ”6 2 7 3 缩略词中英文对照表 缩略词中英文对照表 i 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 淡水水体富营养化与水华 由于水体中氮、磷等营养元素富集，藻类、原生生物或细菌迅速繁殖，并使 水体颜色发生改变的现象，称为“水华 ( 金相灿等，1 9 9 0 ) 。造成水华的原因通 常是水体富营养化。富营养化可分为天然富营养化和人工富营养化( 范成新& 陈荷生，1 9 9 7 ) 。在自然条件下，富营养化是一个较漫长的过程，但是随着科学技 术的发展和人口数量的膨胀，人类加速了对自然资源的开发利用和环境的改造， 例如，在农业种植中大量使用化肥，超负荷的畜牧业养殖以及破坏森林造成水土 流失等等，大量的营养物质从不同途径进入流域，并最终随河流排入湖泊、海水 中，富营养化现象加剧。水华严重时，会引发很多生态问题，如水体中溶解氧含 量下降、鱼类及其它生物大量死亡、饮用水质恶化等。2 0 0 7 年5 月，太湖贡湖 湾水域爆发了有毒的蓝藻水华，导致了附近的无锡市出现了严重的饮用水危机， 这次事件受到了国内外极大的关注，通过这次事件，中国政府开始对水污染治理 特别是饮用水水质保障投入了大量的人力和物力，国家环保部还为此提出了“水 专项”，开展全国各地江河湖泊的治理工作( 张宁红等，2 0 0 9 ；张力，2 0 0 9 ) 。 在我国，许多江河湖泊处于富营养化状态，甚至重度富营养化。很多流域， 太湖、昆明滇池、巢湖、蓄水后的三峡库区等都频频爆发水华( 秦伯强等，2 0 0 7 ； 李原& 张梅，2 0 0 5 ；张敏等，2 0 0 5 ) 。2 0 0 9 年1 月，九龙江北溪江东库区爆发大 规模的拟多甲藻水华，持续时间长达1 个月。形成水华的藻种众多，包括蓝藻、 绿藻、硅藻和甲藻等，近年来受到广泛关注的太湖和滇池水华，就是由蓝藻引发 的，也得到了较为深入的研究。不同于海洋中的赤潮，淡水甲藻水华的研究较少， 我国曾在云南漫湾水库、三峡库区和武汉东湖有淡水甲藻水华事件的报道( 王海 珍等，2 0 0 4 ；汤宏波等，2 0 0 7 ) ，它的生态影响和防治值得关注。 第l 章绪论 1 2 水体中磷的形态与其生物可利用性 水体中磷的存在形态包括溶解态和颗粒态两种。溶解态形式包括两种：( 1 ) 溶解态活性磷酸盐( s o l u b l er e a c t i v ep h o s p h o r u s ，s r p ) 和( 2 ) 溶解态非活性磷酸 盐( s o l u b l en o n r e a c t i v ep h o s p h o i u s ，s n p ) ，s r p 是浮游植物可直接利用磷的形态； 颗粒态形式也包括两种：( 3 ) 通过生物合成固定存在于颗粒态有机物中的颗粒有 机磷和( 4 ) 因无机磷具有吸附特性，吸附到其它无机或有机颗粒物上形成的颗 粒无机磷( 浮游植物体内的无机磷也是以这种形式存储) ( b j & k m a n & k a r l ，1 9 9 4 ； o l i v e r & g a n f , 2 0 0 0 ) 。 由于生物活动的影响，磷在水体中不断地循环，从无机态到有机态再到无机 态，从溶解态到颗粒态再到溶解态的不断循环过程中；同时在淡水流域中，磷通 常是浮游植物生长的最重要的限制因子之一，浮游植物可以快速地吸收利用环境 中的s r p ，使s r p 浓度一般处于非常低的水平，往往不足总磷的5 ( w e t z e l ， 1 9 8 3 ) ，而s r p 是磷的几种形态中唯一可以被直接利用的，但其浓度不足以支持 现实中观测到的浮游植物生长的需求( c u r r i ee ta 1 ，1 9 8 6 ) 。浮游植物通过多种方 式解决这一问题，一方面，浮游植物通过吸收过量磷，以多聚磷酸盐 ( p o l y p h o s p h a t e s ) 形式存在细胞内的策略，应对可能遇到的环境中磷不足的状 况( o l i v e r & g a n f , 2 0 0 0 ；e l e n a & b i n h ，2 0 0 8 ) ；另一方面，水体中的磷更多以s n p 或颗粒态存在，浮游植物可通过释放胞外碱性磷酸酶( a p ) ，将s n p 分解成无 机磷，后者可被浮游植物直接利用，以满足生长的需求。s u z u m u m 等( 1 9 9 8 ) 用超滤和磷酸酶水解的方法，研究了日本河流和海湾中s n p ( d o p ) 的组成，发 现了其中有易于被酶催化水解组分和不易被酶催化水解组分之分；f r a n c k o 等 ( 1 9 8 4 ) 在美国s a n g r ei s l e 湖，c h r 6 s t 和o v e r b e c k ( 1 9 8 7 ) 在德国p l u b s e e 湖的 研究中，发现半数以上( 约6 5 ) 的d o p 可被碱性磷酸酶水解。因此，s n p 也 是一种可间接被浮游植物利用磷的形式，但它的利用过程需要释放胞外酶，是一 种耗能的过程。 2 第1 章绪论 1 3 浮游植物碱性磷酸酶的生化特性及检测方法 水体中的细菌、浮游植物和浮游动物都可合成并分泌碱性磷酸酶( a p ) ， a p 或附着于细胞表面，或释放到水体中。a p 是一种含锌的金属酶，其在水体中 的作用是催化水解有机态磷，生成有机残基和正磷酸盐( p i ) 的反应( f e d e r , 19 7 3 ； f e u i l l a d ee ta 1 ，19 9 0 ；s p u k e r m a n & c o e s e l ，19 9 8 ；g i l l o re ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 酶动力学( k i n e t i c so f e n z y m e ) 用于研究酶促反应的速率以及影响此速率的 各种因素。m i c h a e l i s 和m e n t e n 在1 9 1 3 年推导出米氏方程，方程形式为 v = v m 扣, * s ( s + k m ) ，反映底物浓度与酶反应速率之间的定量关系。米氏常数k m 和最大反应速度v m 酞是两个动力学参数，k m 是酶对其底物亲和能力的一种量度， k m 值越小则表示亲和能力越强；在一定酶浓度下，酶对特定底物的v ，懈也是一 个常数。不同的胞外酶有不同的动力学参数值，这些参数可为甄别酶来源，计算 磷循环速率和探讨酶生态学意义提供重要的参考依据。 弘 影响a p 酶动力学和其它生化特性的因素有很多：包括温度、p h 和底物。 ( 1 ) 温度可以影响酶蛋白结构的稳定性、反应速率和与底物的亲和力，进而影 响整体的催化效率。浮游植物a p 催化作用的最适温度范围为2 5 5 0 ，高于一 般的天然水体温度( h e a l e y & h e n d z e l ，1 9 7 9 ) ；( 2 ) a p 的最适p n 范围是9 l o 之间( s i u d a , 1 9 8 4 ) ：( 3 ) 底物，a p 的催化能力随着底物结构的不同而发生。 变化，这反映在米氏常数k m 的变化上，另外无机磷可通过与其它底物竞争结合 位点来抑制酶反应的初始速率( p e r e r s s o n ，1 9 8 0 ) 。 s t e i n e r ( 1 9 3 8 ) 首先发现淡水中有机磷可被酶促反应水解，浮游植物a p 的 研究首先在海洋中开展( k u e n z l e r & p e r r a s ，19 6 5 ) ，淡水领域的研究从19 6 6 年 开始( f i t z g e r a l d & n e l s o n ，1 9 6 6 ) 。常用的a p 活性研究方法的原理是：在反应 体系中加入人工合成的有机磷底物，该底物经a p 酶解后，生成带有发光或荧光 基团的残基，这些基团可呈现一定的颜色或者可受激发出荧光，通过吸光值或荧 光强度的测定，和底物标准曲线的制作，即可测定a p 的活性。但a p 对不同的 有机磷底物具有不同的催化效率，这是a p 活性测定方法中需要注意的问题之一， 不同底物的选择使测定具有不同的精度，甚至在结果上也会发生很大的差异。从 1 9 6 0 年代以来，有机磷底物的选择经历了不同的阶段： ( 1 ) 甘油磷酸钠( n a - g l y c e r o p h o s p h a t e ) ； 3 第l 章绪论 ( 2 ) 对硝基苯磷酸二钠盐( p n p p ) ； ( 3 ) 荧光底物( 3 一o m e t h y l - f l u o r e s c e i n p h o s p h a t e ，m f p ；f l u o r o g e n i c 4 - m e t h y l u m b e l l i f e r y l p h o s p h a t e ，4 - m u p ) ； ( 4 ) 荧光标记底物e l f ( e n z y m el a b e l l e df l u o r e s c e ) 。 p e t t e r s s o n 和j a n s s o n ( 1 9 7 8 ) 通过对6 种底物进行测试，发现荧光底物m f p 、 m u p 相比p n p p 可获得更高的灵敏度，m f p 是p e r r y ( 1 9 7 2 ) 在海洋研究领域中 引入的，荧光背景值较高，用其做为底物时浓度需要维持在较低水平上，但在淡 水水域中应用的时候，因为背景中存在较高的正磷酸盐，会造成严重的底物抑制 效应，因此不宜使用，m u p 则是一种较为合适的底物。同时他还研究了不同温 度和p h 的影响，发现温度效应q l o 等于1 6 ，同时p h 值在8 - - - 9 之间最为合适 的。 g o n z f i l e s g i l 等( 19 9 8 ) 首先将酶标记荧光底物( e l f ) 应用于海洋浮游植 物胞外磷酸酶的研究，e l f 是磷酸酶的特异性底物，e l f 催化水解产生无机磷和 可发生荧光的有机残基，非溶解性的有机残基可沉淀附着在酶促反应处，借助荧 光显微镜或流式细胞仪观测荧光信号，一者可以判定胞外磷酸酶是否存在，二者 能标记其发生部位( d y h r m a n & p a l e n i k , 1 9 9 9 ) ，相对于先前的研究方法，已经 有了质的突破。g o n z f i l e s g i l 等( 1 9 9 8 ) 还发现，只有在非常低的磷浓度培养条 件下，浮游植物细胞膜上才能检测到e l f 标记，而在高磷浓度培养液中生长的 浮游植物，则不易显现荧光信号。 在现今的研究中，e l f 标记法和m u p 底物法通常都是结合在一起使用。 r e n g e f o r s 等( 2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) 用e l f 研究了e r k e n 湖中浮游植物胞外磷酸酶的表达 情况，结果发现，并非所有藻类都表现出磷酸酶活性，只有部分藻类是总酶活性 的主要贡献者。他们还比较了e l f 方法和m u p 方法，发现这两种方法测得的结 果之间的可比较性较差。n e d o m a 等( 2 0 0 3 ) 将e l f 方法进行了详细规范，并结 合m u p 荧光方法对胞外酶活性进行了半定量研究。s t r o j s o v ；i 等( 2 0 0 3 ) 用e l f 方法在捷克水库进行了关于浮游植物胞外磷酸酶的长期研究，并对该方法在某些 浮游植物上的应用进行了修正。 4 第1 章绪论 1 4 碱性磷酸酶与浮游植物磷胁迫的关系及其生态学意义 a p 的作用将水体中的s n p 分解生成可供浮游植物直接利用的无机磷( p i ) ， 磷是淡水浮游植物生长的主要限制因子之一。自工业革命以来，人类人工合成氮 的能力大大增强，现在人工合成氮量已占全球合成氮总数的一半以上。随着含氮 化学肥料的大量使用，再加上土地利用的变化，氮流失加剧，淡水河流和湖泊日 渐趋向于富营养化，甚至有些区域已经达到重度富营养化水平。另一方面，营养 盐中元素比例，氮磷比偏离正常值，远高于浮游植物吸收利用的平均比例r e d f i e l d 值( 1 6 ) ，因此造成相对缺磷，磷成为浮游植物生长的主要限制因子之一。水体 中可被浮游植物直接利用的p i 远不能够满足其生长的需求，研究发现浮游植物 通过合成胞外a p 分解水体中s n p 生成p i ，正是一种缺磷环境的适应机制。a p 在p i 浓度较低时被诱导表达，在p i 充足时表达抑制( b e r m a n , 19 7 0 ；j a n s s o ne ta 1 ， 1 9 8 8 ) 。h e a l e y 等( 1 9 7 8 ) 首次提出将a p 活性( a pa c t i v i t y ，a p a ) 作为水体 缺磷的指标。d o r e 和o i s c u ( 2 0 0 1 ) 的实验表明，随着营养盐的添加，a p a 逐渐 降低，a p 可以用作南极淡水缺磷的指标。l s t v a n o v i c s 等( 1 9 9 2 ) 和n e w m a n 等 ( 2 0 0 3 ) 发现a p a c h la ( 酶活性与生物量的比值，称为酶的特异活性，可以 更好地反应生物真实的生理状态) 是e r k e n 湖浮游植物磷营养状态的灵敏指示 物。m a t a v u l j 等( 1 9 8 4 ) 对l j u k o v o 湖、b o r k o v a c 湖、l u d o s 湖、p a l i c 湖、z o b r a t i c a 湖、d a n u b e - t i 踞册运河和t i s a 河，进行了长期的检测，发现a p a 与c h la ， 细菌数和污水指示生物数等指标呈显著正相关，因此提出，a p a 可以用作水质 评价指标之一。当然也有不少学者对此提出不同意见，p i c k ( 1 9 8 2 ) 在加拿大 o n t a r i a 湖实验中，当水样加入大量的p i 后，a p a 并未出现预测的明显下降。j a m e t ( 1 9 9 7 ) 和r a o u i 等( 2 0 0 2 ) 都发现a p a 不与水体中s r p 浓度呈现相关关系。 p i c h ( 1 9 8 7 ) 发现只有当p i 添加浓度足够大时，p i 对a p 的抑制作用才能够显现。 同时，a p 对某些藻类来说，是非常灵敏的磷缺乏状态的指示物，但对另一些藻 类来说，并不是如此( h e a l e y & h e n d z e l ，1 9 7 9 ) 。能分泌a p 的藻类细胞在浮游 植物群落中不一定是优势种群，占优势的藻类也可以是对磷要求较低的藻类种 群，或者是具有混合营养类型的种群( r e n g e f o r se ta 1 ，2 0 0 1 ；d y h r m a n & r u t t e n b e r g ，2 0 0 6 ) 。许多学者应用无菌培养的方法，研究各种藻类是否可以合成 释放胞外磷酸酶以及不同藻类的表达情况。蓝藻门的鱼腥藻( a n a b a e n a 5 第l 章绪论 v a r i a b i l i s ) 和绿藻门的栅藻( s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a ) 都能分泌磷酸酶( h e a l e y & h e n d z e l ，1 9 7 5 ) 。蓝藻( a n a c y s t i sn i d u l a n s ) 的培养液中可以分离纯化到磷酸 酶( i h l e n f e l d t & g i b s o n ，1 9 7 5 ) 。多甲藻( p e r i d i n i u m c i n c t u m ) ，盘星藻( p e d i a s t r u m d u p l e x ) 和鼓藻( c o s m a r i u ms p ) 均能产生胞外磷酸酶，其活性受细胞内不溶性 磷含量调节( e l g a v i s he ta 1 ，1 9 8 2 ；e l e n a & b i n h ，2 0 0 8 ) 。一种绿藻莱茵衣藻 ( c h l a m y d o m o n a sr e i n h a r d t i i ) 在缺磷条件下培养，其a p a 表达情况与细胞生长 速率相关( o l s e ne ta 1 ，1 9 8 3 ) 。英国河流中分离到的蓝藻，经室内培养发现其也 分泌磷酸酶( l i v i n g s t o n e & w h i t t o n ，19 8 4 ) 。在磷饥饿条件下，微囊藻( m i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a ) 胞外a p a 的表达可较角星鼓藻( s t a u r a s t r u ml u e t k e m u e l l e r i i ) 高出 十倍之多( o l s e n ，1 9 8 9 ) 。室内培养的念珠藻( n o s t o cc o m m u n eu t e x5 8 4 ) 既 能分泌附着在细胞膜上的磷酸酶又能分泌溶解于水中的磷酸酶，在细胞磷酸盐含 量低于细胞于重的0 7 6 时，培养基中可检测到酶活性( w h i t t o ne ta 1 ，1 9 9 0 ) 。 用有机磷作为5 0 种蓝藻的唯一磷源，所有的种类都能分泌胞外磷酸酶来利用有 机磷，它们或附着在细胞膜外，或溶于水中( w h i t t o ne ta 1 ，1 9 9 1 ) 。在过滤的( 0 2 2 p m ) p h a e o d a c t y l u mt r i c o r n u t u nb o h l i n 培养液中，g a r e i ar u i z 等( 19 9 7 ) 用p n p p 和m u p 两种底物均检测到a p a 。室内培养实验证明，向培养液中加入藻类后， a p a 值增加( s a l a & g u e d e ，1 9 9 5 ) 。 除了浮游植物外，水体中仍有许多生物可对胞外磷酸酶活性产生贡献，其中 包括细菌和浮游动物。细菌表达的a p ，位于细胞膜外的周质空间中。细菌碱性 磷酸酶比较容易耐失活，而且拥有较高的活性( c o t n e r & w e t z e l ，1 9 9 1 ) 。b a t i k 等( 2 0 0 1 ) 在热带淡水环境中，测量了游离态a p a ，发现了b a c i l l u ss p p 是细菌 中产生a p 的主要类群，而且沉积物中的a p a 一般高于水体中，表明了细菌在 磷循环中的重要的作用。n i c h o l s o n 等( 2 0 0 6 ) 在旧金山湾，使用e l f 镜检观察， 发现细菌主要附着在悬浮颗粒物上，视