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第25卷第3期2005年3月生 态 学 报ACT A ECOLOGICA SINICA V ol.25,N o.3M ar.,2005大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考孔繁翔,高 光(中国科学院南京地理与湖泊研究所,南京 210008)基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2002CB 412305);国家自然科学基金资助项目(40471045);中国科学院百人计划资助项目;中国科学院南京地理与湖泊研究所所长基金资助项目收稿日期:2004-05-01;修订日期:2005-01-15作者简介:孔繁翔(1957～),男,江苏人,博士,教授,从事环境生物学研究.E -mail :fx kong @niglas .ac .cn致谢:曹焕生、杨州帮助收集资料,陈宇炜帮助修改有关内容,谨致谢意Foundation item :S tate Key Basic Research an d Develop ment Plan (No.2002C B412305);Th e National Natu ral Science Found ation of Chin a (No.40471045);T he One-Hundred-Scientis t Program of CASReceived date :2004-05-01;Accepted date :2005-01-15Biography :KONG Fan -Xiang,Ph.D.,Professor,mainly en gaged in environmental biology.E-m ail:fxkong @n 摘要:湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。
研究蓝藻水华的形成机制,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。
为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识。
太湖蓝藻水华种类及其演替规律研究朱冰川黄君宋挺吴蔚张军毅（无锡市环境监测中心站江苏无锡214121）摘要通过2013 年1-12 月对太湖蓝藻水华的调查和研究，蓝藻水华种类主要有微囊藻属Microcystis 和鱼腥藻属Anabaena，共计2 属13 种。
太湖的东部和南部，春季个别水域水体中藻类颗粒主要为鱼腥藻属，但是总体来看，太湖蓝藻水华仍为微囊藻水华。
微囊藻属的演替规律为春（水华微囊藻M.flos-aquae、鱼害微囊藻M. ichthyoblabe）→夏（鱼害微囊藻M. ichthyoblabe、惠氏微囊藻M. wesenbergii）→秋（惠氏微囊藻M. wesenbergii、铜绿微囊藻M. aeruginosa）→冬季（水华微囊藻M. flos-aquae、片状微囊藻M. panniformis）。
此外，夏秋季蓝藻水华的种类多样性最好。
关键词太湖微囊藻属鱼腥藻属蓝藻水华季节演替一、研究背景2007 年无锡―供水危机‖之后，国家、省市投入了大量的人力和物力进行太湖综合整治并取得了丰硕成果。
2007 年以来，太湖总磷、总氮、高锰酸盐指数、氨氮的分别下降了37.4%、22.2%、17.5%和76.3%。
太湖水质虽然有了较大幅度改善，但近年来好转的趋势向缓，外来污染及太湖生态环境的关系仍不明晰，蓝藻的生长机理与暴发仍是世界性难题，尤以近年来，蓝藻水华的持续暴发和最大聚集面积有冬季后移的倾向，这在一定程度上体现了蓝藻水华监测及其治理的复杂性和艰巨性。
由于蓝藻水华各种类存在一些生理差异（如是否产毒、光合效率的高低、生长的快慢等），尤其是藻毒素释放的类型和LD50 有较大差异[1-2]，对水体环境的危害程度不同。
例如，铜绿微囊藻和绿色微囊藻是被国际上公认释放藻毒素的种类，尽管其毒素受地域，季节和生理状态等因素影响，但惠氏微囊藻作为太湖水华的主要优势种之一，是否释放毒性一直备受争议。
徐瑶（2008）通过对太湖惠氏微囊藻进行了mcy A 的PCR 检测、ELISA 和HPLC 的化学分析[3]。
Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2023, 12(3), 226-237 Published Online June 2023 in Hans. https:///journal/jwrr https:///10.12677/jwrr.2023.123026湖库蓝藻水华应急治理技术研究现状与展望郝 越1,2，杨 霞3，龙 萌1,2*，王振华1,2，林 莉1,21长江科学院流域水环境研究所，湖北 武汉2长江科学院流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，湖北 武汉3中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心，湖北 宜昌收稿日期：2023年2月28日；录用日期：2023年3月28日；发布日期：2023年6月27日摘 要针对我国湖库蓝藻水华治理需求，首先从蓝藻生理生态特性、水质条件、气象条件、水文水动力条件和水生生物群落结构等方面简要分析了湖库蓝藻水华暴发成因与机理，简述了湖库蓝藻水华产生的危害及监测手段，然后重点从物理、化学和生物三个方面对现有的应急除藻技术原理、适用范围、优势和不足进行了梳理总结，最后对蓝藻水华应急治理技术的研究方向与应用前景提出了展望。
认为应针对湖库富营养化特点及水体净化需求，研发适应于水体低浓度营养盐高效削减、轻度水华防控抑藻、中重度水华应急除藻、抑藻除藻后水质持续改善等多场景的水质净化关键技术及装备，同时提出“多技术优化集成开发、便捷智能化操作、绿色节能环保、除藻技术与湖库水质富营养化监测预警相结合”等是未来的发展方向。
关键词蓝藻水华，成因与机理，监测预警，应急治理技术Research Status and Prospect of Emergency Treatment Technology for Cyanobacteria Bloom in Lakes and ReservoirsYue Hao 1,2, Xia Yang 3, Meng Long 1,2*, Zhenhua Wang 1,2, Li Lin 1,21Basin Water Environmental Research Department, Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan Hubei 2Key Lab of Basin Water Resource and Eco-Environmental Science in Hubei Province, Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan Hubei 3Operation and Administration Center for River Basin Hydro Complex, China Three Gorges Corporation, Yichang Hubei Received: Feb. 28th , 2023; accepted: Mar. 28th , 2023; published: Jun. 27th , 2023 作者简介：郝越(1997-)，男，河北石家庄人，硕士研究生，研究方向为流域水环境与生态，*通讯作者湖库蓝藻水华应急治理技术研究现状与展望AbstractAiming at the demand of cyanobacterial bloom control in lakes and reservoirs in China, this paper briefly analyzes the causes and mechanisms of cyanobacteria blooms in lakes and reservoirs from the aspects of physiological and ecological characteristics of cyanobacteria, water quality, meteorology, hydrology and hydrodynamics, and aquatic communities. The harm and monitoring methods of cya-nobacterial bloom in lakes and reservoirs are briefly described. The principles, application scope, advantages and disadvantages of the existing emergency algae removal technology are summarized from three aspects of physics, chemistry and biolog. Finally, the research direction and application prospect of emergency management technology are prospected. The key technologies and equipment for water purification should be developed according to the characteristics of eutrophication of lakes and reservoirs and the needs of water purification, such as efficient reduction of low-concentration nutrients in water bodies, prevention and control of mild algal blooms, emergency algae removal of moderate and severe algal blooms, and continuous improvement of water quality after algae inhibi-tion and algae removal. The multi-technology optimization and integrated development, convenient and intelligent operation, green energy conservation and environmental protection, algae removal technology and lake water eutrophication monitoring and early warning are suggested the future development directions. KeywordsCyanobacteria Bloom, Causes and Mechanisms, Monitoring and Early Warning, Emergency Treatment TechniquesCopyright © 2023 by author(s) and Wuhan University. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/1. 引言随着全球气候变化和人类活动影响的加剧，生态环境正在面临着严峻的风险与挑战，湖库蓝藻水华频发即是流域水环境领域所面临的重要挑战之一，蓝藻又称“蓝细菌”，是一种光合自养型原核生物，广泛分布于全世界水体中。
水华鱼腥藻(Anabaena aquae)不同生长阶段的产嗅特征和藻源有机物特性张孟雨;米记茹;李桂芳;宋武昌;张素珍;孙韶华;王永磊;贾瑞宝【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2022(17)2【摘要】水华鱼腥藻(Anabaena aquae)是一种水体中常见的优势蓝藻,为水中嗅味的重要来源,且生长过程中释放的藻源有机物(AOM)对于水质有较大的影响。
研究水华鱼腥藻不同生长阶段的产嗅特征和AOM特性对于藻污染控制有重要意义。
建立水华鱼腥藻生长曲线,提取不同生长阶段的胞内与胞外有机物,通过气质联用分析、三维荧光扫描和液相-有机碳测试(liquid chromatography coupled with organic carbon detection,LC-OCD)等表征手段,对水华鱼腥藻生长过程中的胞内外嗅味物质和有机物的变化情况进行多维度解析。
结果表明,本实验培养条件下水华鱼腥藻所产的嗅味物质主要是β-紫罗兰酮和β-环柠檬醛,主要存在于胞内有机物,平均浓度为2.90μg·L^(-1)和1.53μg·L^(-1)。
其产嗅能力随着藻细胞的生长而减弱。
AOM呈现出低分子亲水性的特征。
三维荧光分析结果表明,胞外有机物主要含有类腐殖质物质和溶解性微生物代谢产物,胞内有机物内主要含有溶解性微生物代谢物质、络氨酸和色氨酸。
生长过程中胞内有机物和嗅味物质随藻细胞的破裂逐渐泄露到胞外,胞内外有机物的组分不会发生较大变化,其浓度随生长阶段的不同会发生相应的改变。
LC-OCD结果显示,AOM主要由低分子有机物构成,且溶解性有机氮含量较高。
【总页数】11页(P254-264)【作者】张孟雨;米记茹;李桂芳;宋武昌;张素珍;孙韶华;王永磊;贾瑞宝【作者单位】山东建筑大学市政与环境工程学院;济南市供排水监测中心;济南水务集团有限公司【正文语种】中文【中图分类】X171.5【相关文献】1.溶藻细菌L8的溶藻活性代谢产物对水华鱼腥藻光合特性的影响研究2.不同磷浓度下光强、温度对水华鱼腥藻（Anabaena flos-aquae）生长的动力学∗3.水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)生长周期中腐殖酸的释放特性4.温度对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和鱼腥藻(Anabaena sp.)生长及胞外有机物产生的影响5.不同生长阶段的水华鱼腥藻模拟配水混凝处理效果因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水动力条件下蓝藻水华生消的模拟实验研究与探讨
曹巧丽;黄钰玲;陈明曦
【期刊名称】《人民珠江》
【年(卷),期】2008(000)004
【摘要】蓝藻水华是当今世界共同面临的重大水污染问题之一.通过室内模拟实验,在温度、光照、初始pH值和营养盐等基本条件相同的前提下,模拟水流流速分别为10、20、30、40 cm/s时铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)水华的产生与消亡过程.实验表明,在10～40 cm/s流速区间里藻类生长周期随流速增大而变长,藻类最大现存量在40 cm/s流速下最大,在10 cm/s流速下最小,流速为30 cm/s 时藻类比增率最大,较适合藻类生存,在整个水华暴发过程中水体氮磷营养浓度呈下降趋势,水体的pH、DO和Ec变化不大.
【总页数】4页(P8-10,13)
【作者】曹巧丽;黄钰玲;陈明曦
【作者单位】三峡大学,湖北,宜昌,443002;三峡大学,湖北,宜昌,443002;三峡大学,湖北,宜昌,443002
【正文语种】中文
【中图分类】TV131.6
【相关文献】
1.不同接种量对蓝藻水华生消的影响探讨 [J], 林启才;黄钰铃;陈明曦;刘德富
2.不同水温下蓝藻水华生消模拟与预测 [J], 黄钰铃;陈明曦;郭静
3.水动力条件下蓝藻水华生消的模拟实验研究与探讨 [J], 曹巧丽
4.不同降雨强度下滨海盐渍土水盐运动规律模拟实验研究 [J], 赵耕毛;刘兆普;陈铭达;邓力群
5.水环真空除氧泵的理论探讨及叶片与水环除氧的模拟实验研究 [J], 周军现;孙尚勇
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微囊藻水华叠加对太湖沉积物中细菌垂直分布的影响向燕;刘国锋;刘正文【期刊名称】《水利渔业》【年(卷),期】2011(032)006【摘要】To investigate the effects of Microcystis spp. bloom on bacterial community in sediment, a sediment core sample from the Zhushan Bay, Taihu Lake was incubated with M. spp. added. Vertical distribution of bacterial communities in the sample was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis （PCR-DGGE）. The results indicated that the superposition of M. spp. bloom had little impact on the bacteria community overlaid on the surface of the sample profile, and the vertical distribution of bacteria community in the sediment as well, the composition of bacteria changing partly between 7 cm and 9 cm in depth. The results also extend a researching horizon on the ecological distribution of bacteria and the rudiment of environmental regulation of eutrophic freshwater lake.%为研究微囊藻水华爆发对沉积物中细菌的影响,加强对富营养化湖泊细菌生态分布和环境调控原理的认识,选取太湖竺山湾沉积物柱状样,经添加高浓度微囊藻培养后,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis;PCR-DGGE）方法,分析细菌在沉积物中的垂直分布特征。
广西北部湾近岸海域近20年赤潮灾害特征分析粟启仲;雷学铁;刘国强;孙燕;劳齐斌;孙田力【期刊名称】《广西科学》【年(卷),期】2022(29)3【摘要】本研究对广西北部湾近岸海域2002-2021年发生的20次赤潮灾害进行综合分析,结果表明:近20年广西近岸海域赤潮平均每年发生1次,发生面积约为384 km^(2),持续时间为3.65 d,主要集中在春夏季,近10年(2012-2021年)相对前10年(2002-2011年)赤潮发生面积增加(18倍)。
引发赤潮的生物种类共有10种,其中次数最多的是球形棕囊藻(Phaeocystis globosa),其次是夜光藻(Noctiluca scintillans)、水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)和红海束毛藻(Trichodesmium erythraeum),但近10年不断有新的赤潮藻种出现。
赤潮发生总数中,有毒或有害赤潮11次,分别为球形棕囊藻4次,夜光藻和水华微囊藻各3次,链状裸甲藻(Gymnodinium catenatum)1次。
广西近岸海域赤潮发生的分布范围广,2008年以前主要发生在北海市涠洲岛海域,2008年以后钦州市三娘湾和三墩岛海域、北海市廉州湾及防城港市防城湾陆续开始发生赤潮。
通过综合分析近20年北部湾近岸海域赤潮发生和分布的基本特征,为北部湾赤潮预警预报及治理工作提供科学依据。
【总页数】6页(P552-557)【作者】粟启仲;雷学铁;刘国强;孙燕;劳齐斌;孙田力【作者单位】国家海洋局北海海洋环境监测中心站;自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室;自然资源部海洋减灾中心【正文语种】中文【中图分类】P76【相关文献】1.近岸海域赤潮灾害特征分析2.闽浙近岸海域赤潮暴发前后海水营养盐特征分析3.赤潮灾害风险评估方法研究--以辽宁近岸海域为例4.2010—2020年宁德近岸海域赤潮时空分布特征分析5.2001—2020年宁波近岸海域赤潮灾害特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第2期2023年4月V ol.18,No.2Apr.2023㊀㊀基金项目:国家重点研发计划 水华蓝藻合成微生物控制系统构建与应用 (2018YFA0903000);烟台大学研究生科技创新基金(GGIFYTU2228)㊀㊀第一作者:张紫馨(1999 ),女,硕士研究生,研究方向为药学,E -mail:********************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:**************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220715001张紫馨,王寅初,刘钦弘,等.微囊藻毒素生物学功能的研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(2):128-140Zhang Z X,Wang Y C,Liu Q H,et al.Research progress on biological function of microcystins [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(2):128-140(in Chinese)微囊藻毒素生物学功能的研究进展张紫馨1,王寅初2,3,刘钦弘1,焦绪栋2,3,王璐1,*1.烟台大学药学院,烟台2640052.中国科学院烟台海岸带研究所,烟台2640033.中国科学院海洋大科学研究中心,青岛266071收稿日期:2022-07-15㊀㊀录用日期:2022-11-24摘要:在全球气候变化的大背景下,藻类水华暴发愈加频繁,产生的藻毒素对人类和动物的健康造成了严峻的威胁,其中以微囊藻毒素最为突出㊂阐明以微囊藻毒素为代表的藻毒素产生的原因无疑对水环境治理具有长远意义,然而微囊藻毒素的生物学功能至今尚不明确㊂微囊藻毒素的产生和多种环境条件相关,而微囊藻中也只有部分是产毒株系㊂尽管该毒素的毒理学靶点主要在人类和其他哺乳动物的蛋白磷酸酶,然而结合进化生物学和地质历史的证据可知,微囊藻毒素的出现比包括哺乳动物在内的后生动物的起源要早得多,因此微囊藻毒素并非藻类为了防御后生动物摄食而进化出来的,这引发了该毒素原本生物学功能的多年广泛研讨㊂本文综述了近年来关于微囊藻毒素生物学功能的新进展,并侧重在地质历史及当今全球气候变化背景下讨论该领域的研究意义㊂关键词:微囊藻毒素;蓝藻水华;生物学功能;全球气候变化文章编号:1673-5897(2023)2-128-13㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AResearch Progress on Biological Function of MicrocystinsZhang Zixin 1,Wang Yinchu 2,3,Liu Qinhong 1,Jiao Xudong 2,3,Wang Lu 1,*1.School of Pharmacy,Yantai University,Yantai 264005,China2.Yantai Institute of Coastal Zone Research,Chinese Academy of Sciences,Yantai 264003,China3.Center for Ocean Mega -Science,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,ChinaReceived 15July 2022㊀㊀accepted 24November 2022Abstract :Under the background of global climate change,algal bloom outbreaks are becoming more frequent,and the production of algal toxins pose a serious threat to human and animal health,among which microcystins are the most prominent.Elucidating the cause of algal toxins represented by microcystins is of great significance to water environment management in the long run.However,the biological function of microcystins is still unclear.The pro -duction of microcystins is related to a variety of environmental conditions,and only some of Microcystis strains are toxin -producing.Although the toxicological targets of the toxin are mainly protein phosphatases in human and mammalian,evolutionary biology and geological history suggest that microcystins emerged much earlier than the第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展129㊀origin of metazoans,including mammals,and thus was not evolved by algae as a defense against metazoan feeding. This led to years of extensive researches on the original biological function of the toxins.This paper reviews recent advances in the biological function of microcystins and highlights their significance in the context of geological his-tory and current global climate changes.Keywords:microcystin;cyanobacterial bloom;biological function;global climate changes1㊀微囊藻毒素的毒理与地质历史(Toxicological and geological history of microcystins)1.1㊀微囊藻毒素的生物毒性蓝藻是一种光自养的原核藻类,常见于世界各地的多种水环境中㊂蓝藻会在富营养化水体和特定环境条件下容易发生过度生长,形成水华㊂全球性气候变化带来的全球性升温㊁二氧化碳浓度升高㊁紫外线辐射增强㊁极端天气发生概率加大导致蓝藻在全球性气候变化过程中相对其他藻类更具有竞争优势,致使蓝藻水华发生的频度加大[1]㊂水华蓝藻常常能够产生多种有毒性的藻毒素,微囊藻毒素(microcystins,MCs)是其中一种最广泛报道㊁也对人类健康威胁最大的蓝藻毒素㊂MCs普遍地由世界各地水环境中形成水华的蓝藻产生,如固氮的鱼腥藻(Anabaena)㊁节球藻(Nodularin),非固氮的微囊藻(Microcystis)㊁颤藻(Oscillatoria)等[2]㊂MCs的一般结构为环状(D-Ala1-X2-D-MeAsp3-Z4-Adda5-D-Glu6-Mdha7),其中X和Z是可变的L-氨基酸,D-Me-Asp代表D-β-甲基天冬氨酸,Adda 是(2S,3S,8S,9S)-3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基癸-4,6-二烯酸,Mdha是N-甲基脱氢丙氨酸(图1)㊂可变的亚基组合使得天然MCs存在超过100个异构体[3]㊂MCs对周围环境中的植物存在一定的植物毒性㊂很多水生植物可以吸收微囊藻毒素并使其在体内累积,若长时间暴露于受藻毒素污染的水体,MCs 会穿过根膜屏障,在植物组织内部转移并积累到不同的器官中,通过诱导氧化胁迫或抑制真核生物蛋白质的合成来影响水生植物的生物代谢(如生长㊁光合作用和酶系统)[4-5]㊂此外,MCs激活植物防御反应的同时也会导致光合作用速率降低[6]㊂但到目前为止,它们对植物细胞的毒性分子机制尚未明确㊂MCs对人类与哺乳动物能够产生强烈的毒性[7]㊂蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程由磷酸化酶和激酶催化,能够调控细胞内的蛋白质活性,异常抑制这些酶对细胞的稳态会产生重大影响㊂MCs对丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白磷酸酶的PP1和PP2A 有很强的共价结合力,但对PP2B影响较小,MCs通过与PP1和PP2A结合抑制其活性(图2为LR型MCs与蛋白磷酸酶PP1的结合示意图)㊂MCs对动图1㊀微囊藻毒素的一般结构注:在MC-LR中,X表示L-亮氨酸,Z表示精氨酸,R1和R2表示CH3㊂Fig.1㊀General structure of microcystinsNote:In MC-LR,X stands for L-leucine,Z stands for arginine,and R1and R2stand for CH3.130㊀生态毒理学报第18卷物的急性毒性也是通过抑制蛋白磷酸酶,导致蛋白的过度磷酸化和细胞骨架的改变,失去对促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)旁路的负调控作用,造成细胞形态的丧失,最终使肝内出血或肝功能不全[7]㊂除此之外,MCs 还会通过诱导氧化应激反应㊁诱导中性粒细胞衍生趋化因子等分子机制,来诱导细胞凋亡,造成机体损害[8]㊂MCs 的污染造成人类死亡的首次报道是1996年在巴西Caruaru 市,医院的血液透析用水被MCs 污染,造成至少76人发生肝功能衰竭症状,最终导致死亡[9]㊂近年来,MCs 多次在全球范围内直接或间接影响人类健康㊂我国的太湖㊁长江等水域20多年来一直遭受蓝藻水华的困扰,甚至在2015年检测出太湖和巢湖地区的MCs 超出国标2600倍[10-11]㊂美国五大湖流域发生严重的蓝藻水华并造成牲畜死亡,其中占主导地位的产毒蓝藻就是产生MCs 的微囊藻属[12]㊂近期,在希腊塞尔迈湾的紫贻贝(Mytilus galloprovincialis )养殖地也首次检测到MCs 的存在[13]㊂因此,治理微囊藻水华及其释放的藻毒素污染是一个全球范围内的重要课题㊂图2㊀MC-LR 与蛋白磷酸酶PP1结合示意图Fig.2㊀The binding diagram of MC -LRand protein phosphatase PP11.2㊀地质历史上的藻毒素与生物大灭绝全球气候变化不仅会由人类活动而导致,在地球历史上流星撞击或火山喷发等自然原因或偶然事件也都会造成全球气温升高㊁海平面上升和CO 2浓度升高等变化㊂这些气候变化被认为能够直接或间接地促进海洋和淡水环境中大规模藻类水华的发生[14-15]㊂通过对显生宙5次生物大灭绝时期的岩石记录进行研究(表1),发现除了白垩纪末期生物大灭绝(其主要归因于小行星撞击地球[16]),其他几次显生宙生物大灭绝事件都和叠层石丰度的增加存在一定关联性,而且与全球气温变化和海平面变化有关㊂对此,Castle 和Rodgers [17]提出假说,频繁而大规模的藻类水华是造成水环境缺氧的主要原因,流星撞击或火山喷发引发的全球气候变化也促成了水华过程中藻毒素的大量释放,继而引起了显生宙的几次生物大灭绝㊂2㊀微囊藻毒素的生物学功能(Biological functions of microcystins )目前的已有研究结果表明,MCs 等藻毒素的产生,并非针对人类和哺乳动物㊂Rantala 等[25]对MCs 合成酶编码基因的系统发育分析表明,藻类合成MCs 的能力要早于后生动物的起源,更是远远早于哺乳动物和人类的出现㊂因此可以确定,MCs 对于哺乳动物和人类的毒性是偶然的,并不是该毒素原本的生物学功能㊂鉴于此,近20年来,国际上对MCs 生物学功能的探索和争论持续至今[26-29]㊂2.1㊀作为化感物质增强竞争力由于蓝藻水华的有害影响在很大程度上是通过产生毒性化合物造成的,因此Wang 等[30]认为水华是借助了这些藻毒素,才会达到如此高的细胞密度[31]㊂一种可能的机制是MCs 能够保护蓝藻免受病原体㊁寄生虫或捕食者的侵害㊂这一机制得到了一些研究的支持,产毒藻株不太受捕食者的青睐,并且捕食者的存在也可能会诱导毒素的产生[32-33]㊂第2种可能的机制是藻毒素的主动释放可能会抑制竞争物种的生长或生存[33-34]㊂这种由化学物质介导的干扰性竞争现象被称为化感作用[35]㊂有研究认为MCs 的产生可能与多种浮游植物之间的化感作用有关,因此,MCs 被认为是一种化感物质[36]㊂实验结果表明,MC -LR 对莱氏衣藻(Chlamydomonas reinhardtii )细胞活力有明显的化感抑制作用㊂MC -LR 在暴露开始阶段显著上调抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)的蛋白丰度,并伴随着H 2O 2的过度积累㊂这表明MC -LR 可以通过氧化损伤来抑制细胞活性[37]㊂铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa )的产毒藻株在营养充足和光照不受限制的条件下,与近头状尖胞藻(Pseud -okirchneriella subcapitata )和镰形纤维藻(Ankistrodes -mus falcatus )共培养时,2种藻的生物量均低于其单第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展131㊀独培养时的生物量㊂这表明,藻毒素作为一种化感物质,使铜绿微囊藻在与其他物种竞争时处于有利地位[38]㊂在对铜绿微囊藻和韦森伯格氏微囊藻(Mi-crocystis wesenbergii)之间的化感作用进行实验时,加入铜绿微囊藻的无细胞滤液对韦氏微囊藻的生长有抑制作用,说明铜绿微囊藻对韦森伯格氏微囊藻具有明显的化感抑制作用[39]㊂无论是微囊藻毒素纯品还是蓝藻提取物,都对多种受试硅藻(Fistulifera pelliculosa等)和红藻(Chroothece richteriana)的光合速率产生影响,进而抑制其生长[40]㊂微囊藻与鱼腥藻(Dolichospermum)的共培养存在化感抑制作用,但精确的生长效果会因菌株或种类而异,并受到营养条件的影响[41-42]㊂另外,长期暴露于MC-LR(49.1~98.3μg㊃L-1)下,水生植物蒲草(Typha angustifolia Linn)受氧化胁迫严重,非气孔限制或气孔限制对光合作用系统的影响明显,导致光合作用速率下降[37]㊂MCs也会通过影响细胞膜功能㊁诱导氧化应激等机制,来抑制水生植物黄菖蒲(Iris pseudacorus L.)的生长[43]㊂但对MCs与动物之间化感作用的研究仅在典型的水华高细胞浓度下发现显著影响,而进行较低细胞浓度条件实验时,没有检测到化感作用㊂除此以外也有一些研究结果否定了MCs作为抵抗动物摄食的化感物质的可能[44]㊂系统发育学研究发现, MCs的合成基因在蓝藻进化过程中一直存在,且早于后生动物的出现[45],于是否定了它抵御浮游动物摄食的功能[25,46]㊂因此,MCs作为化感物质来抵御动物摄食的观点并不被学界广泛接受㊂2.2㊀参与调节光合作用光照是MCs生物合成的一个重要影响因素,研究表明细胞需要活跃的光合作用才能产生更多的毒素,这说明MCs与光合作用之间存在一定的联系㊂Zilliges等[47]研究发现,在高光强下MCs通过其N-甲基脱氢丙氨酸部分与蛋白磷酸酶靶标的半胱氨酸形成稳定的硫醚键,与卡尔文循环的光合活表1㊀与5次生物大灭绝相关的藻类生物量增加的证据Table1㊀Evidence for increased microbial activity associated with mass extinctions时期Geological age证据Evidence参考文献Reference奥陶纪末期End Ordovician美国大盆地:微生物叠层石在大灭绝的地层之上American Great Basin:Microbial stromatolites are above the extinct strata[18]泥盆纪晚期Late Devonian加拿大阿尔伯塔省:大规模凝块石与核形石Alberta,Canada:Massive curdstones and nucleolites中国:碳酸盐岩台地序列中含有微生物粘结岩㊁叠层石㊁凝块石China:Carbonate terrace sequences contain microbial cementites,stromatolites,and tartites[18-19]二叠纪末期End Permian日本西南部:三叠纪初期在浅海碳酸盐堆积物中记录到繁盛的蓝藻Southwest Japan:Cyanobacteria were recorded inshallow sea carbonate deposits in the early Triassic Period中国贵州:蓝藻的光合作用为无脊椎动物提供了 避难所Guizhou,China:Photosynthesis of cyanobacteria provides a refuge for invertebrates意大利㊁亚美尼亚㊁土耳其㊁伊朗㊁格陵兰(丹麦属地)和加拿大等地发现了广泛而丰富的藻类叠层石Extensive and abundant algal stromatolites have been found in Italy,Armenia,Turkey,Iran,Greenland(Denmark),Canada,and other places[20-22]三叠纪末期End Triassic 加拿大不列颠哥伦比亚省:蓝藻的扩张与大范围海洋层化造成的生物大灭绝同时发生British Columbia,Canada:The expansion of cyanobacteria coincidedwith mass extinctions caused by widespread ocean stagnation中国长江流域:恶劣的海洋环境阻碍后生动物的扩张并刺激微生物的繁殖Yangtze River,China:Harsh marine environment hinders the expansion ofpost-physiology and stimulates the reproduction of microorganisms[23-24]白垩纪末期End Cretaceous 无No132㊀生态毒理学报第18卷性酶结合发生相互作用,显示了野生型比突变株更加耐受高光强的优势㊂Wang等[48]为了研究铜绿微囊藻的光合作用速率与MCs产量之间的关系,在不同铁处理条件下对铜绿微囊藻进行了培养㊂实验验证,铁可以促进铜绿微囊藻的光合作用能力和促进MC-LR的产生,但不是以剂量依赖的方式㊂并且,光合作用能力与MCs产量呈显著正相关㊂由于铁的变化会通过影响电子传递链而抑制ATP的产生,进而改变微囊藻毒素合成基因的表达,这表明MCs 的产生在很大程度上依赖于光合作用的氧化还原状态和能量代谢㊂García-Espín等[40]的实验结果显示, MC-LR纯品和蓝藻提取物都会促进或抑制被测藻类的光合作用活性㊂这种光合作用速率的变化可能与MCs通过产生更多的光合色素而影响光合作用系统有关㊂另外,在高光强的环境条件下,细胞会发生氧化应激,MCs可提高核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, RuBisCO)的活性,降低胞内氧气浓度,耗费高光合速率积累的能量,从而避免氧化损伤[37,47]㊂2.3㊀有助于藻类适应环境变化水温在3~27ħ的范围内,蓝藻生物量在18ħ以下随温度升高而增加,但随后随温度的进一步升高而迅速下降㊂环境中的MCs浓度与温度密切相关,且在20~25ħ之间升高最多,这与蓝藻生物量的下降同时发生㊂并且产毒藻株比无毒藻株更容易在底泥中存活[49]㊂在富营养化的太湖,生物量受季节变化影响比较显著的蓝藻就包括微囊藻[50],其四季的相对丰度分别为19.6%㊁39.1%㊁75.6%和15.0%[51]㊂在夏季水温较高时,微囊藻提高光合速率会导致氧化应激,蓝藻生物量降低的同时产生大量MCs以维持自身生物量㊂Wang等[52]的研究也显示,大多数底栖微囊藻群落可以依赖MCs的存在以维持正常的光合作用速率,来度过冬季较为恶劣的环境㊂但Feng等[53]在研究复苏阶段毒素对微囊藻的影响时,并未发现高产毒微囊藻具有较高的复苏率,毒素含量较低的藻株反而复苏率略高㊂因此MCs有助于藻类越冬的观点还需要进行进一步研究㊂由于人类生产活动造成碱性含盐废水排放量的增加,会对多种水生生物造成影响㊂Yu等[54]的实验结果表明,低碱性盐度(EC=2.5mS㊃cm-1)有利于铜绿微囊藻的生长和MCs的合成和释放[55]㊂在中碱性盐度(EC=5mS㊃cm-1)时,铜绿微囊藻能够激活碱性盐耐受机制,通过增加光合色素含量,但不影响细胞的抗氧化防御系统和细胞超微结构,来保护细胞免受碱性盐胁迫㊂因而增强铜绿微囊藻的存活率㊂但过量的碱性盐(EC=7.5mS㊃cm-1)会对铜绿微囊藻产生毒性作用导致细胞死亡[56]㊂将产毒蓝藻培养在较低盐度水平(4g㊃L-1NaCl)时发现,这些蓝藻菌株可以诱导MCs的产生和ATP-柠檬酸裂合酶去磷酸化蛋白的表达[57]㊂由此可以说明,在一定的盐度范围内,产毒藻株可以通过调节MCs的释放,激活盐度耐受机制,来平衡并降低环境中盐度变化对自身的影响㊂李伟等[58]通过模拟人工酸雨,发现铜绿微囊藻产毒藻株FACHB905的细胞粒径在各个pH处理下都要明显高于无毒藻株FACHB469;同时,酸雨处理导致藻体有效光化学效率显著降低,生长速率受到抑制,细胞死亡,FACHB905表现出更强的抗逆性㊂推测MCs在对抗pH变化也发挥着一定的作用㊂有研究发现,在湍流条件下,MCs浓度(胞内和胞外)显著增加,最大值是静水中的3.4倍㊂强烈的湍流会增加水流的剪切力,导致细胞机械损伤或细胞溶解,造成细胞破裂和包括毒素在内的细胞内物质泄漏㊂短期的湍流条件有利于产毒微囊藻的生长,也导致了微囊藻毒性的增加[59]㊂2.4㊀有助于群落的形成Kurmayer等[60]通过对野外单个群体微囊藻的尺寸大小及产毒量分析发现,微囊藻的产毒量与群体大小呈正相关㊂这表明MCs很有可能参与了微囊藻群体的形成过程㊂此外,MC-RR暴露会上调4种多糖的生物合成基因(capD㊁csaB㊁tagH和epsL)并显著增加细胞外多糖的产生[61]㊂Sedmak和El-ersek[62]发现,MCs可以通过增加细胞浓度使细胞聚集;改变细胞通透性造成细胞体积增大;影响光合速率等多种机制参与水华的形成㊂Kehr等[63]在铜绿微囊藻中发现的一种凝集素(microvirin,MVN),它参与了微囊藻的细胞间识别与粘附过程㊂添加外源MVN,可观察到MVN缺失突变株产生明显的细胞聚集㊂在铜绿微囊藻NIES-478的培养试验中,花生凝集素(peanut ag-glutinin,PNA)处理后的细胞表现出更高的细胞铁摄取率㊁MCs产量以及细胞外碳水化合物在细胞膜中的积累[64]㊂基于在mcyB突变细胞中不能检测到MVN等多种证据,表明MCs和MVN之间存第2期张紫馨等:微囊藻毒素生物学功能的研究进展133㊀在功能关联[65]㊂MCs可能作为一种信号分子,并以这种方式影响MVN及其结合配体的表达[66]㊂相关实验以是否降解胞外的MCs为对照,发现释放到胞外的毒素被降解后,微囊藻群落生物量减小约50%,证实了MCs对微囊藻群体形态的维持具有重要作用[61]㊂2.5㊀作为信号分子传递信息Phelan和Downing[67]将集胞藻(Synechocystis sp.)PCC6803暴露于MCs中,结果表明在与环境相关的浓度下,MCs能被不产生藻毒素的细胞吸收,并定位在类囊体膜上导致PSⅡ(photosystemⅡ)活性下降㊂RT-PCR结果表明,MCs的信号传导效应在很大程度上取决于用于培养的光照条件㊂pksⅠ~pksⅢ基因簇对外源MCs最敏感,而对微囊藻毒素合成基因表达的自诱导效应可以忽略不计,并且仅在光的临界阈值以上观察到[68]㊂MCs在产毒细胞中对多种蛋白质具有调节的作用㊂微囊藻毒素合成基因缺失突变体ΔmcyB的蛋白质积累发生了显著变化,包括卡尔文循环中的几种酶㊁藻胆蛋白和2种依赖NADPH的还原酶(谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白-二硫键还原酶)㊂MCs 在细胞内能与这些蛋白质结合产生相互作用,并且在强光和氧化应激条件下,这种结合显著增强[47]㊂MCs对光合活性酶的作用在前文已有提及,是通过提高RuBisCO活性从而加快细胞光合速率㊂在类囊体膜中发现的MCs的百分比非常低,藻胆蛋白可能是具有这些寡肽结合位点的主要蛋白质,MCs通过与藻胆蛋白结合,增加其在微囊藻胞内溶胶的溶解度[69]㊂Schatz等[46]研究则发现,被动机械裂解的细胞释放的MCs可被存活的细胞接收信息,进而显著提高微囊藻毒素合成基因的表达及含量以提高其他细胞的存活率,表明MCs可作为种内细胞信息交流物质,提高其他存活细胞的适应性[70]㊂甘南琴等[71]也指出MCs可能参与胞内信号传递与基因调控㊂3㊀环境因素对藻毒素的影响(Effects of environ-mental factors on microcystins)3.1㊀影响藻毒素产生与分布的环境因素MCs的产生和环境变化有很强的关联㊂除了上述MCs能够帮助藻类适应环境变化(表2),反过来,MCs的生物合成也受到多种环境因素的影响,如光照[37,76]㊁温度[49,77]和营养物质[36,76,78]等㊂光照会直接影响微囊藻毒素合成基因的表达㊂紫外线照射可导致DNA㊁蛋白质或脂质的直接损伤,以及活性氧的积累,导致分子和细胞损伤㊂相比之下,却可导致MCs㊁氰肽蛋白等蛋白的产量增加㊂铜绿微囊藻暴露在逐渐增加的光强下或改变光质,MCs的胞外浓度增加[79]㊂紫外光照射不仅直接作用于膜系统的脂质并引起超微结构变化,而且对OEC和D1蛋白造成伤害,从而导致PSⅡ失活,同时可能通过氧化损伤来降解细胞内和细胞外的MCs[80]㊂一项比较铜绿微囊藻在3种不同温度(20㊁26和32ħ)下产生藻毒素的研究表明,随着温度的升高, MC-LR的水平不断升高㊂此外,铜绿微囊藻的产毒菌株在20ħ以上时更具竞争力[81]㊂温度升高10ħ会显著增加微囊藻毒素合成基因mcyB表达,从而增加MCs的合成[82]㊂温度的直接或间接影响是蓝藻群落产生的毒素空间分布㊁浓度的主要驱动因素㊂广义线性模型表明,毒素多样性指数随纬度的增大而增大,随水体稳定性的增大而减小㊂随着全球变暖的持续,湖泊温度升高的直接和间接影响将推动全球范围内蓝藻毒素分布的变化,可能会增加一些产毒物种或菌株的优势[81,83]㊂Taranu等[84]的实验证实,毒性较大的MC-LA和MC-LR的水平与气候因素相关,在中风和频繁降雨的中低营养水体显示MC-LA的百分比较高,而温暖㊁营养丰富的条件显示MC-LR和MC-RR的百分比较高㊂淡水水体中的蓝藻有害水华主要归因于水体富营养化,水体中的氮㊁磷含量也会对MCs有着一定的直接或间接影响㊂增加氮的供应将导致MCs产量增加,中低剂量(1~3mg㊃L-1㊃周-1)的氮水平促进了有毒蓝藻在湖泊中的优势地位以及MCs浓度的升高[85]㊂无论氮的形态如何,较低的碳氮比培养基都会使微囊藻产生更高的MC-LR浓度[86]㊂产毒藻株的MCs产量与太湖中氨氮(NH3-N)浓度呈正相关,与洋河中总磷(TP)㊁总溶解磷(TDP)和磷酸盐(PO4-P)浓度呈正相关㊂这表明,影响太湖有毒蓝藻水华的主要营养因子是氮,而洋河则是磷[87]㊂3.2㊀全球气候变化下藻毒素问题的凸显蓝藻水华已成为全球最严重的水环境问题之一,已经对世界范围内的水生生态系统和人类公共健康造成了不可忽视的影响[88]㊂在全球气候不断变化的情况下,蓝藻水华的发生频率和危害范围也在日益增加,为防治藻毒素带来严峻的挑战[88-89]㊂134㊀生态毒理学报第18卷表2㊀微囊藻毒素的生物学功能及其机制Table2㊀Biological function and mechanism of microcystins功能Function机制Mechanism参考文献Reference化感作用Allelopathy 减少其他藻类生物量Reduce other algal biomass[38-41]引发氧化损伤Cause oxidative stress[37]降低光合速率Reduce photosynthetic rate[37]影响细胞膜功能Affect cell membrane function[43]参与光合作用Participatein photosynthesis影响参与光合作用的酶Affect enzymes involved in photosynthesis(1)与酶发生相互作用,使野生型微囊藻耐受高光Interact with enzymes to make wild-type microcystis tolerant to highlights(2)提高RuBisCO活性,避免氧化损伤Increase RuBisCO activity and avoid oxidative stress(3)产生更多光合色素Produce more photosynthetic pigments[37,40,47]不同铁浓度下,通过电子传递链抑制ATP的产生,进而影响微囊藻毒素合成基因的表达At different iron concentrations,the expression of microcystin synthesisgenes is affected by electron transport chains[48]加速碳积累使野生型微囊藻胞内碳水化合物含量高Accelerated carbon accumulation results in high intracellularcarbohydrate content in wild-type microcystis[72]帮助藻类适应环境变化Make algae adapt to environmental changes温度Temperature(1)适宜的温度范围内,产毒藻株比无毒藻株更易存活Within the right temperature range,MC-producing strains aremore likely to survive than non-MC-producing strains(2)高温和低温胁迫使MCs含量增加以维持正常的生物量High and low temperature stresses force the MCs content to increase to maintain general biomass溶解性无机碳(DIC)与藻类生物量和MCs浓度呈负相关Dissolved inorganic carbon(DIC)is inversely correlated with algal biomass and MCs concentrations碱性盐Alkaline salt中碱性盐度(EC=5mS㊃cm-1)会激活细胞的碱性盐耐受机制Medium alkaline salinity(EC=5mS㊃cm-1)activates the alkaline salt tolerance mechanism of cells盐度Salinity较低盐度诱导MCs的产生和ATP-柠檬酸裂合酶去磷酸化蛋白的表达Lower salinity induces the production of MCs and the expressionof ATP-citric acid lyase dephosphorylated proteinspH低pH时有毒藻株比无毒藻株的细胞粒径更大㊁抗逆性更强At low pH,MC-producing strains have a larger cell size and aremore resistant to stress than non-MC-producing strains水速Velocity of flow短期湍流条件造成细胞溶解,增加MCs的产生The production of MCs increases when the water flow is fast[49-51][73-74][54][57][58][59]。
不同超声强度下微囊藻群体沉降及其上浮过程对光照和温度的响应谭啸;孙玉童;段志鹏;曾庆飞;郑雪莹;刘倩倩【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2017(029)005【摘要】以太湖微囊藻群体为研究对象,研究低频超声作用下,4种超声强度和不同处理时间对微囊藻群体的抑制效应,试图得出最优超声参数,同时探讨超声处理后的微囊藻群体对光照和温度的响应.结果表明,当超声强度为0.0353W/cm3、处理时间为60s时,藻细胞沉降量高达80％,且此时藻细胞浓度和叶绿素a浓度均保持不变,表明超声未破碎藻细胞,细胞内含物不会泄漏污染水质,因此作为最优超声参数.随后,对超声处理后的微囊藻群体在不同光照和温度条件下进行恢复培养,结果表明光照和温度均能影响微囊藻群体的浮力恢复,但光照的影响更明显,当光照度为2000lx 时,藻细胞在培养120h后漂浮率恢复至对照组水平.超声后的藻细胞在较低温度(≤20℃)下漂浮率无显著变化,而在较高温度(25℃)下,培养72h后漂浮率迅速升高,至120h能恢复至对照组水平的80％左右.因此,野外超声控藻应选择低光强、低温的时段,采用间歇式多次处理,抑制微囊藻群体上浮,使其彻底沉降.%Inhibition effect of different ultrasonic intensities was investigated by using Microcystis colonies from Lake Taihu,and the aim of this study was to obtain the optimal ultrasound parameters.The floating character of Microcystis colonies after sonication was cultured under different illumination intensity and temperature conditions.Results showed that sonication for 60 s at 0.0353 W/cm3 was an optimal parameter,which ledto an immediate sedimentation(up to 80％)markedly.In the experiment,the algal cell concentration and chlorophyll-a concentration were unchanged,which suggested that algal cells remained intact and cell inclusions did not leak to contaminate water quality.Light and temperature played important roles in the floating process of Microcystis colonies,but light was a more significant factor during the process.Under 2000 lx at 25℃,the floating rate of algal cells could restore to the normal level after 120 h,while the floating rate of algal cells after sonication did not change significantly at a relatively low temperature(≤20℃).In comparison,at a higher temperature of 25℃,the floating rate inc reased after 72 h which could restore to 80％ of the level in control group after 120 h.Therefore,the ultrasonic control of algal blooms in lakes should choose a weak illumination intensity and low temperature condition.【总页数】9页(P1168-1176)【作者】谭啸;孙玉童;段志鹏;曾庆飞;郑雪莹;刘倩倩【作者单位】河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,河海大学环境学院,南京 210098;河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,河海大学环境学院,南京 210098;河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,河海大学环境学院,南京 210098;中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京 210008;河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,河海大学环境学院,南京 210098;河海大学浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,河海大学环境学院,南京 210098【正文语种】中文【相关文献】1.超声波处理对微囊藻群体光合活性和沉降过程的影响 [J], 谭啸;段志鹏;李聂贵;孙玉童;戴凯文;朱峰2.光照强度对水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体大小增长的影响 [J], 张艳晴;杨桂军;秦伯强;周健;许慧萍;王颖;吴雅丽3.铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长及光合活性对温度和光照交互作用的响应 [J], 刘世明;朱雪竹;张民4.朱砂根幼苗在不同光照强度下的形态和生理响应 [J], 熊静;王臣;邢文黎;虞木奎;成向荣;张翠5.不同光照强度下仙掌藻(Halimeda opuntia)对海洋酸化的生理响应 [J], 韦章良; 莫嘉豪; 胡群菊; 严锐飞; 龙超; 丁德文; 杨芳芳; 龙丽娟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
doi: 10.7541/2021.2019.180微塑料对大型溞的急性毒性研究李 勤1李尚谕2熊 雄2张榜军1刘 洋1, 3(1. 河南师范大学生命科学学院, 新乡 453007; 2. 中国科学院水生生物研究所, 武汉 430072;3. 河南师范大学学报编辑部, 新乡 453007)摘要: 为了解微塑料对淡水生态环境的影响, 选择了大型溞作为受试生物, 研究了聚氯乙烯(PVC)对其产生的急性毒性效应与恢复试验。
研究设置了7个 PVC 浓度梯度, 范围是0—400 mg/L, 等比系数为2, 对其进行急性毒性处理, 测定96h LC 50, 并对大型溞心率变化和抗氧化指标进行测定。
同时, 对其进行清水21d 恢复实验。
96h LC 50为130.132 mg/L, 95%置信区间为82.864—234.989 mg/L 。
处理组与对照组相比, 高浓度组心率具有显著性差异(P <0.05), 低浓度组无显著性差异(P >0.05); 高浓度组摄食率具有极显著差异(P <0.01), 低浓度组无显著性差异(P >0.05); 高浓度组SOD 、GSH 值具有显著性差异(P <0.05), 低浓度组并不显著(P >0.05)。
处理组与对照组相比, 处理组的生育力明显提高, 首次产幼时间提前, 但后代体长变短, 出现畸形个体; 处理组的后代死亡数高于对照组, 母溞体长缩短, 但并不显著。
结果表明, PVC 的暴露对大型溞具有一定的毒性效应, 短期暴露会对其后续生长和繁殖产生不利影响。
关键词: 微塑料; 大型溞; PVC; 急性毒性; 恢复试验中图分类号: Q178.1 文献标识码: A 文章编号: 1000-3207(2021)02-0292-07微塑料是指粒径从几微米到几毫米、形状不一的塑料混合体的总称, 定义为小于5 mm 的塑料,其形状有碎片、纤维、颗粒和小球等多种, 分为初级塑料和次级塑料[1]。
J．Lake Sci．（湖泊科学），2019，31（2）：355-364DOI10.18307/2019.02052019by Journal of Lake Sciences扰动方式对水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响*芮政1，杨桂军1＊＊，刘玉1，韩丽华1，秦伯强2，杨宏伟2，钟春妮2（1：江南大学环境与土木工程学院，无锡214122）（2：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，南京210008）摘要：风浪扰动是影响湖泊生态系统的重要环境因素之一．为了解扰动方式对微囊藻群体大小的影响，在实验室可控条件下，模拟不同扰动方式（持续扰动和间歇扰动）对太湖水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响．结果显示，间歇扰动组水华微囊藻群体从35．09μm迅速增大至43．73μm，实验第17天时为59．00μm；而持续扰动组水华微囊藻群体大小先从35．07μm增大到43．51μm，实验第17天时减小至13．95μm；不扰动组整个实验期间群体大小相对稳定，实验初为35．38μm，实验第17天时为33．67μm．方差分析显示，间歇扰动组群体大小显著大于持续扰动组和不扰动组，持续扰动组显著小于不扰动组．实验第17天时间歇扰动组藻细胞密度（1．675ˑ106cells/ml）显著高于持续扰动组（0．344ˑ106 cells/ml）和不扰动组（1．461ˑ106cells/ml）．研究结果表明，适当强度下的间歇扰动能促使水华微囊藻群体显著增大和生长，而长时间的持续扰动则会抑制水华微囊藻群体的聚集和生长，该结果有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识．关键词：间歇扰动；持续扰动；水华微囊藻；群体大小；太湖Effects of disturbance modes on the size of Microcystis flos-aquae coloniesＲUI Zheng1，YANG Guijun1＊＊，LIU Yu1，HAN Lihua1，QIN Boqiang2，YANG Hongwei2＆ZHONG Chunni2（1：Environment and Civil Engineering School，Jiangnan University，Wuxi214122，P．Ｒ．China）（2：State Key Laboratory of Lake Science and Environment，Nanjing Institute of Geography and Limnology，Chinese Academy of Sciences，Nanjing210008，P．Ｒ．China）Abstract：Disturbance induced by wind-wave is one of the important environmental factors that affect the lake ecosystem．To under-stand the effect of disturbance modes on the size of Microcystis flos-aquae colonies in lakes，one experiment on the effects of differ-ent simulated disturbance modes（continuous disturbance and intermittent disturbance）on the size of Microcystis flos-aquae colonies from Lake Taihu was conducted under controlled conditions in laboratory．The experiment results showed that the size of Microcystis flos-aquae colony increased rapidly from35．09μm to43．73μm in the intermittent disturbance groups，and to59．00μm on the17th day of the experiment．However，the size of Microcystis flos-aquae colony in the continuous disturbance groups increased from35．07μm to43．51μm，and decreased to13．95μm on the17th day of the experiment．The size of Microcystis flos-aquae colo-ny in the non-disturbance groups was relatively stable throughout the experiment，which was35．38μm，33．67μm at the beginning and on the17th day of the experiment，respectively．Variance analysis showed that the size of Microcystis flos-aquae colony in the intermittent disturbance groups was significantly greater than that in the continuous disturbance groups and the non-disturbance groups．Also，the size of Microcystis flos-aquae colony in the continuous disturbance groups was significantly smaller than that in the non-disturbance group．On the17th day of the experiment，the algal cell density（1．675ˑ106cells/ml）was significantly higher in the intermittent disturbance groups than that in the continuous disturbance groups（0．344ˑ106cells/ml）and the non-disturbance groups（1．461ˑ106cells/ml）．The results showed that intermittent disturbances at appropriate intensities could significantly in-crease the size and the growth of Microcystis flos-aquae colony，but continuous disturbance could inhibit their aggregation and growth over long time，which is valuable for understanding the breakout mechanism of Microcystis blooms in Lake Taihu．Keywords：Intermittent disturbance；continuous disturbance；Microcystis flos-aquae；colony size；Lake Taihu＊＊＊国家基金委创新群体项目（41621002）和国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07101-013-03）联合资助．2018－05－31收稿；2018－08－30收修改稿．芮政（1994～），男，硕士；E-mail：czruizheng@126．com．通信作者；E-mail：yanggj1979@163．com．356J．Lake Sci．（湖泊科学），2019，31（2）伴随着我国经济的快速发展，大量污染物的产生和排放致使水体富营养化日趋严重．富营养化使得水体中的藻类大量生长繁殖，并在适宜的条件下上浮聚集，形成蓝藻水华，给周边居民的生产和生活造成了严重影响和损失［1］．中国第2次湖泊现状调查显示，138个面积大于10km2湖泊中有85．4%的湖泊水质超过了富营养化标准，其中高于重富营养化标准的占40．1%［2］．微囊藻是我国水华蓝藻的主要种类．尽管对微囊藻水华进行了大量研究［3-4］，但到目前为止微囊藻水华暴发机理还有许多方面亟待完善．在自然水体中，微囊藻水华暴发时，大量微囊藻以群体状态漂浮在水体表层［3-5］．微囊藻的群体形态比单细胞微囊藻耐受更高的光强，使其在野外高光强条件下更具竞争优势［6］．在营养波动较大的环境中，微囊藻群体也能形成一套独特的利用营养盐的策略，使其能够获得竞争优势并保持快速生长，增强抵抗逆境胁迫伤害的能力［7］．同时，群体微囊藻较大的体积可以有效抵御浮游动物的牧食［8］，更容易克服水体扰动产生的裹挟力［9］．而微囊藻在野外环境条件下主要以群体形式存在［10］，当在实验室分离培养时，群体微囊藻经过数代繁殖后，往往会解聚成单细胞或双细胞［11-12］．微囊藻群体特征的消失表明：在室内培养过程中，促进群体形成的因子在培养基中不存在［13］．微囊藻如何由单细胞转变为群体这一问题引起了广泛关注．有研究报道，许多因素都可以诱导单双细胞微囊藻形成群体微囊藻，其中包括浮游动物释放的信息化学物质［12］、异养细菌［14］、氮［15］磷［16］限制、钙镁离子［17］、微囊藻毒素［18］、高光强［19］和扰动［20-21］等．尽管有关微囊藻单双细胞状态转变为群体状态的研究已经取得了很大进展，然而到目前为止，其机理还不是很清楚．风浪扰动在微囊藻水华的形成过程中具有重要作用．风浪扰动通常会将底泥中的大量沉积物带入水体，引起沉积物中氮磷等营养盐的释放和水体透明度下降［22］．同时，水体扰动产生的裹挟力会直接作用于水体中的微囊藻，刺激并引起藻细胞生理特征的改变［23］．另外，扰动对微囊藻的迁移聚集也有较大影响［24-25］．关于扰动对微囊藻的影响，大都以单细胞、双细胞微囊藻作为研究对象［26-27］．而关于水体扰动对群体微囊藻大小的影响，国内外的学者对此进行了少量的研究［21，28-30］，但这些只是研究了单一的扰动方式或不同的扰动强度对群体微囊藻的影响．然而在自然环境下，比如连续流动的河流属于持续扰动，在这种水体中很少出现蓝藻水华．而在大型湖泊（比如太湖）、水库这种间歇扰动条件下，往往会频繁暴发蓝藻水华．因此研究人员就想到利用水动力作用（人工曝气、调水引流）来控制微囊藻水华．如Oberholster等［31］研究表明，单纯的人工曝气不足以促使Sheldon湖向混合良好的水生系统过渡，并且蓝藻在整个夏季仍然占主导地位．Tsukada等［32］调查发现从Biwa湖抽水调入Yogo湖，确实影响了蓝藻水华的持续时间，且抽水期间没有发生蓝藻水华，但人工曝气却不足以防止蓝藻水华暴发．Visser等［33］也有类似的研究结果．这就说明不同的水动力作用（持续或间歇性曝气）对蓝藻水华会有不同的影响．而这种不同的扰动方式对纯种微囊藻群体的大小以及生长影响如何？目前，国内外鲜见相关报道．本研究以太湖群体水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）作为研究对象，通过室内模拟扰动实验，探讨了不同扰动方式（包括持续扰动和间歇扰动）对太湖群体水华微囊藻大小以及生长的影响．太湖是我国第三大淡水湖，现有水面面积约2338km2，是典型的浅水湖泊，同时也是微囊藻水华多发的湖泊［34］．近年来，太湖每年5－10月都会出现大量微囊藻水华，给周边的经济发展和人民生活造成重大影响和损失［35］．该研究将有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识，为进一步揭示蓝藻水华的暴发机理和治理蓝藻水华提供科学理论依据．1材料和方法2017年6月在太湖梅梁湾采集水华微囊藻，经显微镜观察、鉴定，并采用稀释法分离得到单个水华微囊藻群体，然后在BG-11培养液中进行培养，等到水华微囊藻繁殖到一定密度后采用经过改良的BG-11培养液（总氮浓度为10mg/L，总磷浓度为0．5mg/L）［36］扩大培养，连续培养了6个月后正式进行实验．首先，往0．5L锥形瓶中加入0．15L经过灭菌的改良BG-11培养基，然后接种0．15L处于对数生长期的水华微囊藻（经镜检，微囊藻形态包括少量单细胞、双细胞和大量小群体）．实验分为不扰动组、间歇扰动组和持续扰动组．实验开始后不扰动组放入光照培养箱中，培养温度为25ħ，光照强度为3000lux，光照周期为光照：非光照=12h：12h，直至实验结束．间歇扰动和持续扰动组放入转速为100转/min［4，21］（相当于3 4m/s风芮政等：扰动方式对水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响357速［37］，太湖平均风速3m/s左右［38］）的振荡式光照摇床中，温度设定为25ħ，光照强度为3000lux，光照周期为光照：非光照=12h：12h．整个实验期间，持续扰动组为每天扰动，直至实验结束；间歇扰动组连续扰动24 h后停止扰动，将其取出放入光照培养箱中，下次扰动时再放入摇床连续扰动24h后再停止，如此循环．间歇扰动组为实验第1、5、9和13天扰动，在扰动24h后立即取样，其他时间不扰动．每个处理设置3个重复，共9个．整个实验进行17天，实验第0、1、5、9、13和17天取一定量的藻细胞溶液进行分析，取样过程均在无菌操作台进行，取样后不补充营养盐．取样后分别测定水样中水华微囊藻细胞数量、胞外多糖含量、叶绿素a （Chl．a）浓度和群体大小．藻细胞数量计数方法［39］：先摇匀样品，然后吸取0．1ml藻液，在显微镜下计数不同类型细胞（单细胞、双细胞、3 10细胞群体、10 100细胞群体和＞100细胞群体）的细胞数量及其所占比例．首先，在显微镜下直接计数单细胞、双细胞、3 10细胞群体以及10 100细胞群体的细胞数量．接下来通过超声波将所有群体都打散成单细胞，再次计数细胞数量得到总细胞数．总细胞数减掉单细胞、双细胞、3 10细胞群体以及10 100细胞群体的细胞数量则得到＞100细胞群体的细胞数量．胞外多糖含量的测定参考Yang等［40］的方法，将总胞外多糖（EPS）分为固着性胞外多糖（bEPS）和溶解性胞外多糖（sEPS）分别进行测定．取10ml藻液，4ħ条件下11000转/min离心15min，分离上清液和藻细胞，收集上清液用于测定sEPS．藻细胞加蒸馏水摇匀至10ml，调节pH至10，45ħ水浴4h，4ħ条件下11000转/min离心15min，上清液用于测定bEPS．2次收集的上清液经0．45μm滤膜过滤，经透析后，采用蒽酮硫酸比色法测定多糖．EPS= bEPS+sEPS．测定微囊藻群体大小时使用带有数码相机的显微镜（Nikon E100）和QCapture pro软件，每个水样随机取100个群体测量微囊藻群体最大直径，取平均值作为微囊藻群体大小．Chl．a浓度参照文献［41］测定．数据处理过程中，制图使用Origin8．5软件，对照组和实验组微囊藻群体大小、Chl．a浓度、胞外多糖含量等指标差异采用SPSS21．0软件单因素方差法（P＜0．05或P＜0．01）进行统计分析．2结果2．1不同扰动方式对水华微囊藻群体大小的影响实验结束时不同扰动方式下水华微囊藻群体大小差异很大（图1）．扰动前第0天不扰动组、持续扰动组和间歇扰动组水华微囊藻群体的大小分别为35．38、34．68和34．09μm（图2a），三者无显著性差异（P＞0．05）．当实验结束时，持续扰动组的水华微囊藻群体大小变小为13．95μm，而间歇扰动组的水华微囊藻群体大小增长至59．01μm，不扰动组水华微囊藻群体大小为33．67μm，三者之间都存在极显著差异（P＜0．01）（图2）．持续扰动组和间歇扰动组的水华微囊藻群体大小在第1天扰动24h后并无显著性差异（P＞0．05），两者与不扰动组相比呈极显著差异（P＜0．01）．而在第5天时持续扰动组和间歇扰动组的水华微囊藻群体大小分别为26．16和50．23μm，呈极显著差异（P＜0．01）．随着实验的进行，不扰动组的水华微囊藻群体大小相对稳定，持续扰动组的群体大小逐渐变小至13．95μm，而间歇扰动组则逐渐增大最终趋于平缓至59．00μm（图2a）．而就平均群体大小相比较而言，持续扰动组最小，为26．85μm，间歇扰动组最大，为51．83μm（图2b）．图1实验结束时不同扰动方式下水华微囊藻群体大小比较Fig．1Comparison of the colony size of Microcystis flos-aquae in different disturbance modes at the end of experiment358J．Lake Sci．（湖泊科学），2019，31（2）图2实验中水华微囊藻群体大小变化（a）及平均群体大小（b）Fig．2Changes in colony size（a）and mean colony size（b）of Microcystis flos-aquae in this experiment如图3所示，不同扰动方式对水华微囊藻不同类型藻细胞（单细胞、双细胞、3 10细胞群体、10 100细胞群体和＞100细胞群体）的密度影响不同．在扰动前第0天，持续扰动组与间歇扰动组和不扰动组不同类型藻细胞密度无显著性差异（P＞0．05），扰动结束后，持续扰动组与间歇扰动组和不扰动组的藻细胞密度均发生了明显变化．第1天扰动结束后，持续扰动组与间歇扰动组不同类型藻细胞密度无显著性差异（P＞0．05），两者10 100细胞群体、＞100细胞群体藻细胞密度分别为0．466ˑ106、0．230ˑ106cells/ml和0．469ˑ106、0．230ˑ106cells/ml，而不扰动组10 100细胞群体、＞100细胞群体藻细胞密度分别为0．349ˑ106、0．187ˑ106cells/ml，显著低于持续扰动组和间歇扰动组（P＜0．05）．当实验结束时，持续扰动组＞100细胞群体完全消失（图3b），而间歇扰动组＞10细胞群体（包括＞100细胞群体）藻细胞密度略微上升最后趋于平缓（图3c）．整个实验过程中，间歇扰动组＞10细胞群体平均藻细胞密度最大，为1．009ˑ106cells/ml，持续扰动组＞10细胞群体平均密度最小，为0．327ˑ106cells/ml．2．2不同扰动方式对水华微囊藻生长的影响通过微囊藻Chl．a浓度（图4a）来表征其生物量，微囊藻的藻细胞密度（图4b）来表征其生长情况．实验第0天不扰动组、间歇扰动组和持续扰动组水华微囊藻的Chl．a浓度无显著性差异（P＞0．05），而到实验第5天出现明显区别，不扰动组和间歇扰动组的Chl．a浓度呈上升趋势，且间歇扰动组高于不扰动组，持续扰动组的Chl．a浓度则开始下降．到实验结束时，间歇扰动组的Chl．a浓度最高，上升至332．72μg/L，是不扰动组的1．14倍，持续扰动组则不断下降至41．30μg/L，与不扰动组和间歇扰动组呈极显著性差异（P＜0．01）．微囊藻藻细胞密度与Chl．a浓度呈现的规律基本相似．实验开始后，不扰动组和间歇扰动组的藻细胞密度都呈现快速增大的趋势，实验第5天开始间歇扰动组的增长幅度明显高于不扰动组，实验结束时间歇扰动组藻细胞密度（1．675ˑ106cells/ml）显著高于持续扰动组（0．344ˑ106cells/ml）和不扰动组（1．461ˑ106cells/ml）（P＜0．01）．而持续扰动组的藻细胞密度从第5天开始下降，直到实验结束都显著低于不扰动组和间歇扰动组（P＜0．01），这可能是持续长时间的扰动对藻细胞造成一定的伤害，不利于其生长，在经过一段时间后逐渐适应．2．3不同扰动方式对水华微囊藻群体胞外多糖含量的影响扰动前对照组和实验组水华微囊藻群体的胞外多糖含量（总胞外多糖（EPS）、溶解性胞外多糖（sEPS）和固着性胞外多糖（bEPS））差异不显著（图5）（P＞0．05）．当第1天扰动结束后，不扰动组、持续扰动组和间歇扰动组的EPS含量都有所升高，分别是第0天含量的1．16、1．66、1．71倍，持续扰动组和间歇扰动组无显著性差异（P＞0．05），两者与不扰动组相比呈极显著差异（P＜0．01）．随着实验进行，不扰动组和间歇扰动组EPS含量小幅度下降最终趋于平缓，期间间歇扰动组EPS含量始终高于不扰动组，两者有极显著性差异（P＜0．01）．而持续扰动组EPS含量在第9天达到最高值（4．72pg/cell），然后下降（图5a）．sEPS含量的变化趋势与EPS相似，在第1天扰动24h后，3组sEPS含量都有所升高，其中持续扰动组和间歇扰动组升高最多，分别由0．948、0．955pg/cell增大至1．252、1．327pg/cell，与不扰动组（1．150pg/cell）有显著性差异（P＜芮政等：扰动方式对水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响359图3不同扰动方式下群体水华微囊藻藻细胞密度变化（a、b、c）和平均藻细胞密度（d）Fig．3Changes of different cell density（a，b，c）and mean different cell densityof Microcystis flos-aquae colonies in different disturbance modes（d）图4不同扰动方式下群体水华微囊藻叶绿素a浓度（a）和藻细胞密度（b）变化Fig．4Changes of Chl．a concentration（a）and algal cell density（b）of Microcystis flos-aquae coloniesin different disturbance modes0．05）．当实验结束时，不扰动组和间歇扰动组sEPS含量趋于稳定，间歇扰动组始终高于不扰动组（图5b）．在第1天扰动结束后，不扰动组的bEPS含量由0．194pg/cell降低到0．1783pg/cell，而持续扰动组和间歇扰360J．Lake Sci．（湖泊科学），2019，31（2）动bEPS含量明显升高，分别是扰动前含量的3．38、3．25倍，与不扰动组有极显著性差异（P＜0．01）．在整个实验过程中，不扰动组的bEPS含量有小幅度波动，整体呈下降趋势．持续扰动组和间歇扰动组bEPS含量则在第1天扰动后，大幅度下降（图5c）．本实验结果表明，间歇性的扰动方式会促进微囊藻细胞胞外多糖的合成，间歇扰动组EPS的平均含量也明显高于不扰动组（图5d），这使得微囊藻细胞更容易形成群体．而在第1天之后，持续扰动组EPS和sEPS含量显著高于不扰动组和间歇扰动组，可能是因为长时间扰动使藻细胞受伤并死亡，使得藻细胞数量锐减，呈现出单个藻细胞胞外多糖含量高的假象．图5实验过程中水华微囊藻群体胞外多糖含量的变化（a、b、c）和平均胞外多糖含量（d）Fig．5Changes of extracellular polysaccharide content（a，b，c）andmean extracellular polysaccharide content（d）of Microcystis flos-aquae colony in the experiment3讨论本研究结果表明，在此实验条件下，不同扰动方式对太湖群体水华微囊藻大小影响显著．间歇扰动有利于水华微囊藻小群体聚集形成大群体并维持群体形态，而持续扰动（17天）前期对水华微囊藻生长有促进作用，但随着持续扰动时间的延长，水华微囊藻生长受到抑制，微囊藻群体变小．目前国内外关于风浪引起的水体扰动对微囊藻群体的影响研究还比较少，刘玉等［21］研究发现室内条件下适当的扰动强度（50和100转/min）短时间（24h）扰动有利水华微囊藻小群体快速形成更大群体，而在扰动结束一段时间后，大群体逐渐减小．杨桂军等［30］野外模拟扰动实验发现水体扰动促使太湖野外微囊藻群体显著增大．而Li等［42］发现湍流混合是影响微囊藻群体形态变化的重要因素，且不同种微囊藻对湍流混合的响应也不同，铜绿微囊藻（M．aeruginosa）和鱼害微囊藻（M．ichthyoblabe）群体比惠氏微囊藻（M．wesenbergii）群体更容易被湍流混合影响而解聚．O'Brien等［28］通过振动网格形成上下流动的水体，研究结果表明已经形成的巨型群体（群体＞420μm）在一定强度的扰动下，群体出现了解聚现象．这些都与本实验的研究结果相似，而本实验中，间歇扰动组每隔4天扰动1次，这使得大的水华微囊藻群体并没有出现解聚现象，群体直径一直保持在60μm左芮政等：扰动方式对水华微囊藻（Microcystis flos-aquae）群体大小的影响361右．王玉兵等［43］报道，太湖台风引起的扰动短时间内促使微囊藻群体显著增大．李林等［26］在室内采用野外原水培养基模拟研究连续水流和间歇水流对微囊藻生长的影响．结果表明，两种扰动方式下，水流均促进了微囊藻的生长，间歇性扰动条件下微囊藻密度较连续性水流条件下高．在一定流速范围内，动水环境有利于藻类改善其漂浮聚集状态，促进光能和营养物质的吸收，降低氧化损伤［27］．另一方面，扰动还能降低藻细胞周围代谢产物的浓度，有助于解除代谢产物对藻细胞生长的抑制作用．然而，扰动也会打乱藻细胞进行生长的光反应和暗反应等所需要的较为稳定的环境［37］．所产生的剪切可能会造成藻细胞的机械损伤，抑制或减少藻细胞的分裂，细胞形态、运动特性和生理活性也会被破坏［44］．而在本实验中，17天的持续扰动，水流产生的剪切力对水华微囊藻细胞造成机械破坏，同时没有稳定适宜的环境给藻细胞来进行恢复，使得微囊藻生物量在中后期出现负增长（图4）．缺少了生物量的累积，微囊藻大群体（＞100细胞群体）也开始消失．有研究表明EPS能够影响藻细胞表面的厚度，并能导致藻的团聚［45］．Qin等［4］发现由于胞外多糖（EPS）的存在，中度或小的风浪扰动将通过藻细胞/群体聚集而扩大藻群体．藻细胞/群体的聚集增加藻团的浮力，加速表面可见蓝藻水华的形成．由此可见，EPS的增加对微囊藻团聚体的形成起着非常重要的作用．影响微囊藻多糖分泌的因素有很多，如原生动物捕食［40］、温度［46］、pH以及光强的升高［47］等．外界不利环境的刺激，使微囊藻受到胁迫，在受到胁迫的条件下EPS的积累增加，作为微囊藻在胁迫环境下的一种保护机制．本研究中，当实验结束时，间歇扰动组水华微囊藻群体大小和胞外多糖含量都显著高于不扰动组．这可能是因为外部施加的扰动对微囊藻细胞产生了刺激作用，引起生理特征的改变，促进了胞外多糖的分泌．同时外界的刺激可能会进一步地诱导藻细胞中与多糖合成相关基因的表达活性增加．有研究表明［48］，微囊藻毒素（MCS）能显著增加微囊藻群体大小，高浓度的MCS暴露引发了4种与多糖生物合成相关基因的某些部分的上调．扰动作为外部环境刺激的一种，可能也有相同的机制．在第1天扰动后，间歇扰动组的EPS含量显著增加之后开始下降．作为在胁迫环境下的一种保护机制，藻会在新环境中分泌大量的多糖来帮助抵御环境的刺激，而在适应了一段时间后多糖分泌量就会减小［49］，这与本实验的结果相一致．而持续扰动组EPS 的总平均含量虽然最高，但群体却最小，这可能是因为长时间高强度的扰动使藻细胞受伤并死亡，导致藻细胞数量锐减（图4b），而水体中仍有部分EPS残留，从而使得单位细胞含有的EPS升高．此外生物量的骤减也不利于微囊藻群体的增大，所以一定强度下长时间的持续扰动不利于群体微囊藻的生长和聚集．有文献报道［50-51］，水体扰动对藻类生长有抑制作用．李飞鹏等［52］采集夏季崇明岛中心湖原水在环形有机玻璃水槽开展了实验发现，与静止水槽相比流速对蓝藻的生长造成明显的抑制作用，同时促进了绿藻的生长．在本实验中长时间的扰动明显抑制了群体微囊藻的生长．以往的研究报道［21，29-30］扰动对微囊藻生长促进与抑制主要与扰动强度有关，而本实验研究不同扰动方式对微囊藻的影响，结果表明（图4），间歇扰动促进了微囊藻细胞的生长，长时间的持续扰动对微囊藻细胞的生长有抑制作用．太湖是一个典型的大型浅水湖泊，受亚热带季风和台风的影响，风速较大且全年盛行，特别是夏季和秋季，风浪扰动使湖水始终处于一个动态环境．据秦伯强等［53］报道太湖蓝藻水华的发生均在大风作用过后的小风或静风、天气晴朗时段．这些观察表明太湖蓝藻水华的发生受到风浪扰动的影响，同时太湖由风浪引起的扰动属于间歇扰动，而不是持续性扰动，本研究中间歇扰动方式与太湖的实际情况类似．可以推测在夏季和秋季，当太湖水体中存在一定生物量的微囊藻小群体时，适当强度和频率的风浪扰动会促使太湖微囊藻小群体碰撞聚集形成大群体，由于微囊藻大群体有较快的上浮速度［54］，所以当风速变小或者静风时，微囊藻大群体就会快速漂浮至水面，当微囊藻大群体达到一定的数量就会形成水华［24］．本研究也发现，这种间歇扰动有助于保持微囊藻群体大小的稳定．所以，太湖这种间歇性的风浪扰动对维持微囊藻水华是有利的．该研究结果将有助于人们对太湖微囊藻水华暴发机理的认识，同时为蓝藻水华的治理提供一定参考价值．4结论1）适当扰动强度（100转/min）下间歇扰动有利于水华微囊藻群体生长和聚集形成更大的群体．2）长时间的持续扰动（17天）则会抑制水华微囊藻群体的生长和增大．5参考文献［1］Landsberg JH．The effects of harmful algal blooms on aquatic organisms．Ｒeviews in Fisheries Science，2002，10（2）：113-。
