硝酸盐氮和氨氮对螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响

硝酸盐氮和氨氮对螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻生长的影响

蓝藻水华的爆发是湖泊富营养化的严重问题。藻类的发生和变化与水体中的氮密切相关。河塘水库优势藻是螺旋鱼梭和惠氏微藻。螺旋鱼梭属于固体藻类。如果水体中氮不足，一些营养细胞会转化为具有固氮作用的变形细胞。微囊藻是一种非固体蓝藻，是广泛存在于富营养化水体的优势水生植物。关于这两种藻类的遗传规律，一些研究表明，在低氮和低氮比的条件下，强氨蓝藻通常可以利用空气中的氮来源，成为水华的优势藻。如果添加氮源，优势藻的路径从固氮藻转变为非固氮藻，但不同形式的氮对藻类的生长和竞争的影响并不少见。2007年6月底，罗马不达官兵爆发了蜗牛水华。然而，近两年，罗马不达官兵的优势藻从螺钉鱼刺传播到了流程微囊藻。从不同形态氮影响藻类生长的角度，研究了不同形态氮对河流水库中螺马形浮游生物和惠氏微囊藻生长的影响。1材料和方法1.1单独培养和接种方法藻种为洋河水库水华暴发时提取的螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻.藻种保存在中国环境科学研究院藻类培养室,25℃和2500lx条件下使用M11培养基培养.试验以M11培养基为基础,配置成无氮培养基.采用500mL锥形瓶,内置200mL培养基.试验分为硝酸盐氮组和氨氮组,对螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻单独培养.参考《地表水环境质量标准基本项目标准限值》(GB3838—2002),每组设置4个ρ(硝酸盐氮)和ρ(氨氮),分别为0.05,0.5,2和10mg/L,每组设5个平行样.根据设定浓度添加相应量的NaNO3或NH4Cl.试验培养条件:光照强度为2000~2500lx,光暗比为12h∶12h,每天人工摇动3次.利用处于对数增长期的藻进行接种.接种前使用含正常量1/10氮的M11培养基进行4d的饥饿培养.螺旋鱼腥藻和惠氏微囊藻的初始接种浓度分别为6.0×102和5.0×104mL-1.1.2比生长速率计算公式惠氏微囊藻细胞用血球计数板(MinatoTATAI)在光学显微镜(OlympusBH-2)下计数,每次计数细胞30~300个,每个样品计数3次.螺旋鱼腥藻使用0.1mL浮游植物计数板在光学显微镜下计数,每个样品计数3次.根据定期测定的生物量,按照以下公式测定对数增长期内藻类的比生长速率(μ):式中,X0为初始细胞密度,mL-1;Xt为第t天细胞密度,mL-1;t为时间,d.1.3培养基中的剩余氮含量分别在试验的第6天(对数期)和第16天(稳定期)测定培养基中剩余硝酸盐氮和氨氮的质量浓度(mg/L).1.4统计方法采用SPSS分析软件中OnewayANOVA进行多个样本平均值间的比较.2结果2.1低硝酸盐氮条件下螺类微囊藻的生长和比生长速率由图1可见,不同ρ(硝酸盐氮)下螺旋鱼腥藻的最大生物量(以藻细胞密度计)分别为2.17×104,1.93×104,1.47×104和1.60×104mL-1,不同ρ(硝酸盐氮)下螺旋鱼腥藻的生长曲线无显著性差异(P>0.05).但ρ(硝酸盐氮)对惠氏微囊藻的生长影响较大(P<0.01),惠氏微囊藻的最大生物量(以藻细胞密度计)依次为2.54×105,1.36×106,2.51×106和4.23×106mL-1,可见,ρ(硝酸盐氮)的升高,能促进惠氏微囊藻的生长.由图2可见,螺旋鱼腥藻的比生长速率在0.23~0.25d-1之间,无显著性差异(P>0.05).而ρ(硝酸盐氮)的增加明显促进了惠氏微囊藻的生长(P<0.01).结果表明ρ(硝酸盐氮)为0.05mg/L时,螺旋鱼腥藻的比生长速率远大于惠氏微囊藻的比生长速率.由此推测,低ρ(硝酸盐氮)条件下,螺旋鱼腥藻有可能成为优势藻种.2.2氨氮对螺旋鱼腥藻生长的影响当ρ(氨氮)是0.05,0.5,2和10mg/L时,螺旋鱼腥藻的最大生物量(以藻细胞密度计)为2.45×104,2.15×104,3.54×104和3.85×104mL-1(见图3),不同ρ(氨氮)下螺旋鱼腥藻的生长曲线无显著性差异(P>0.05).但ρ(氨氮)对惠氏微囊藻的生长影响较大(P<0.01),当ρ(氨氮)是0.05,0.5,2和10mg/L时,惠氏微囊藻的最大生物量(以藻细胞密度计)分别为3.81×105,1.00×106,2.40×106和1.51×106mL-1,在0.05~2mg/L范围内,随着ρ(氨氮)的增加,惠氏微囊藻最大生物量逐步增大,但当ρ(氨氮)为10mg/L时,最大生物量下降.由图4可见,当ρ(氨氮)为0.05,0.5,2和10mg/L时,螺旋鱼腥藻比生长速率分别为0.266±0.012,0.303±0.005,0.300±0.002和0.333±0.010d-1,试验结果基本相近.当ρ(氨氮)为0.05,0.5,2和10mg/L时,惠氏微囊藻的比生长速率分别为0.096±0.004,0.272±0.008,0.380±0.010和0.364±0.002d-1,表明当ρ(氨氮)小于10mg/L时,比生长速率逐渐增大,但当达到10mg/L时,又有所降低,说明高ρ(氨氮)有可能抑制惠氏微囊藻的生长.ρ(氨氮)低于0.5mg/L时,螺旋鱼腥藻的比生长速率明显大于惠氏微囊藻,可见在低ρ(氨氮)下,螺旋鱼腥藻有可能成为优势藻种.对比分析表明,ρ(氮)为2mg/L时,螺旋鱼腥藻在氨氮培养基中最大生物量为3.54×104mL-1,在硝酸盐氮培养基中最大生物量为1.47×104mL-1,表明在相同的浓度条件下,氨氮更有利于螺旋鱼腥藻生长.在0.5,2和10mg/Lρ(氮)条件下,惠氏微囊藻在氨氮培养基中最大生物量(1.00×106,2.40×106和1.51×106mL-1)均小于硝酸盐氮培养基中的生物量(1.36×106,2.51×106和4.23×106mL-1),表明对惠氏微囊藻而言,硝酸盐氮比氨氮更有利于其生长.3氮对智慧藻微囊藻生长的影响研究表明,ρ(氮)在0.05~10mg/L内对螺旋鱼腥藻的生长特性影响不大,原因可能是螺旋鱼腥藻属于固氮藻类,当外源ρ(氮)降低时,鱼腥藻的部分营养细胞会转变成含有固氮酶的异形胞,起到固氮作用,异性胞的所占比例越大,鱼腥藻的生长潜力也就越大,可见螺旋鱼腥藻是很好的氮竞争者.氨氮培养条件下,螺旋鱼腥藻的比生长速率大于同浓度硝酸盐氮培养条件下的比生长速率,可见氨氮更易于被螺旋鱼腥藻利用.当氨氮作为唯一氮源时,由于其能够被藻细胞直接利用而更利于螺旋鱼腥藻生长.ρ(氮)对惠氏微囊藻的生长影响较大(P<0.05).该研究表明,硝酸盐氮更有利于惠氏微囊藻的生长.有研究表明,氨氮相对于其他形式的氮更易被藻细胞吸收,但通常又认为高ρ(氨氮)能抑制微囊藻生长.唐全民等的研究表明,ρ(氨氮)大于0.5mmol/L(7mg/L)时,藻细胞比生长速率略微降低,达到40mmol/L,则微囊藻的生长受到严重抑制,这和该研究中10mg/Lρ(氨氮)下藻细胞比生长速率略微降低的结果基本一致.对比研究表明,ρ(硝酸盐氮)为0.05mg/L时,螺旋鱼腥藻比生长速率(0.239d-1)大于惠氏微囊藻(0.166d-1),ρ(氨氮)为0.05和0.5mg/L时,螺旋鱼腥藻比生长速率分别为0.266±0.012和0.303±0.005d-1,均大于惠氏微囊藻的比增长速率(0.096±0.004和0.272±0.008d-1).在较低ρ(氨氮)和ρ(硝酸盐氮)下,螺旋鱼腥藻比生长速率更高,更具生长优势,提示低ρ(氮)培养下,螺旋鱼腥藻更易成为优势种.2007年6月洋河水库暴发螺旋鱼腥藻水华,当时ρ(氮)大于2mg/L,而现场分离的藻种并未见异形胞.2009年6月24日,7月1日和8日3次现场采样数据表明,整个库区ρ(氮)平均值为3.12~3.29mg/L,ρ(氨氮)平均值为0.15~0.40mg/L,ρ(硝酸盐氮)平均值较高,为1.89~2.44mg/L,优势藻种为惠氏微囊藻.该研究结果能较合理地诠释该现象,说明随着洋河水库ρ(氮)