在自然水域有害的藻華(HABs)會(huì)造成嚴(yán)重后果對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境和公眾的威脅全世界的健康。藻華的形成限制光進(jìn)入更深的水層，從而抑制水下植物的生長(zhǎng)光合速率下降，而恢復(fù)的清晰水質(zhì)可以促進(jìn)水下植物的生長(zhǎng)，而水下植物的生長(zhǎng)又受水質(zhì)的影響，并在維持湖泊清澈狀態(tài)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而藻華的消亡過(guò)程很緩慢且不受控制，在已形成藻華的水體中，很難通過(guò)自然過(guò)程實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。本論文的研究人員提出了一個(gè)方案，即在不同的溫度(8℃和25℃)下，采用工程學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)使藻華向大型植物的轉(zhuǎn)變和藻類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移的過(guò)程變得更加容易。研究表明絮凝-封頂法可以促進(jìn)藻類向大植物為主狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，而這個(gè)過(guò)程是水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵。

微電極的應(yīng)用

unisense公司的氧氣微呼吸微電極應(yīng)用于藻華的微呼吸速率測(cè)試。為了測(cè)試藻的光合作用和呼吸分析，在與藻類分批培養(yǎng)相同的條件下，將藻華加入微呼吸瓶(4 mL)培養(yǎng)。然后將采樣瓶移入培養(yǎng)箱后，應(yīng)用unisense微呼吸系統(tǒng)測(cè)定采用不同條件處理后藻的光合速率和呼吸速率，其中微呼吸電極采用傳統(tǒng)的兩點(diǎn)法進(jìn)行矯正。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究人員提出了在不同的溫度(8和25℃)下，采用工程學(xué)方法的可以使藻華向大型植物的轉(zhuǎn)變和藻類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移的過(guò)程變得更容易。結(jié)果表明，絮凝與封頂處理相結(jié)合，不僅可以去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的銅綠微囊藻華，而且可以促進(jìn)藻類的分解，使其成為水下大型植物(菹草)所需的生物量。絮凝封頂處理可引起藻細(xì)胞裂解。與對(duì)照組相比，絮凝-封頂處理組抑制了藻類的光合作用和呼吸速率，葉綠素-a的濃度顯著降低。15N示蹤研究表明，在8℃和25℃條件下，水下大型植物(菹草)可分別吸收3.3%和34.8%的藻類氮源。研究表明絮凝-封頂法可以促進(jìn)藻類向大植物為主狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，這個(gè)過(guò)程是水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的關(guān)鍵。

圖1、實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)裝置圖。孵育瓶置于恒溫水浴中。兩個(gè)光學(xué)氧傳感器被放置在瓶的上半部分相對(duì)的兩側(cè)。該STOX傳感器是通過(guò)一個(gè)玻璃管插入瓶的中心。校正的過(guò)程是通過(guò)壓力補(bǔ)償口加入已知的空氣飽和量的水。容器下方通過(guò)磁力攪拌器旋轉(zhuǎn)。

圖2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不同條件及不同溫度下的處理組的對(duì)應(yīng)的葉綠素a濃度。左邊的是對(duì)比照，中間的是采用了絮凝處理法的實(shí)驗(yàn)。右邊的圖是既采用了絮凝處理和封蓋處理方法。從圖中可以看出，體系中的葉綠素a濃度隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加逐漸降低。

圖3、不同處理體系中藻類細(xì)胞在8℃、25℃和35℃下孵育60天后的對(duì)應(yīng)的掃描電鏡

圖4、不同條件處理組的銅綠假單胞菌培養(yǎng)60天后的光合作用和呼吸速率。其中左邊對(duì)應(yīng)的是氧的呼吸速率變化值，右邊的圖是氧濃度變化值。(a)8°C-對(duì)照組,(b)25°C-對(duì)照組,(c)35°C-對(duì)照組;(d)8°C?絮凝處理組,(e)25°C?絮凝處理組,(f)35°C?絮凝處理組;(g)8°C?絮凝封蓋處理組,(h)25°絮凝封蓋處理組,(i)35°絮凝封蓋處理組。從圖中可以看出綠膿桿菌細(xì)胞在經(jīng)過(guò)絮凝和封蓋處理后其光合作用和呼吸速率收到嚴(yán)重的阻礙（圖h、圖i），并導(dǎo)致藻細(xì)胞的分解，這說(shuō)明絮凝封頂處理可加速藻華的死亡。

圖5、45天培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中（不同溫度下）收集來(lái)自不同實(shí)驗(yàn)條件下的沉淀物15N的含量變化情況。

圖6、菹草中的15N占比量和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中植物的干生物量

總結(jié)

有害的藻華(HABs)會(huì)對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重后果并對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境造成威脅。因?yàn)樵迦A的形成會(huì)限制光進(jìn)入更深的水層，這能導(dǎo)致水下植物的生長(zhǎng)光合速率下降。本論文主要研究了如何采用工程學(xué)的方法將藻類生物轉(zhuǎn)化為水下大型植物的過(guò)程，研究探索海藻水華轉(zhuǎn)化過(guò)程的作用機(jī)理。因此將大量的藻類的轉(zhuǎn)化為大型植物對(duì)湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化的研究管理是至關(guān)重要。來(lái)自藻類的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以被利用于從藻華到大型植物的轉(zhuǎn)變過(guò)程，從而減少湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化。

在研究有害藻華轉(zhuǎn)換大型水下植物的過(guò)程中應(yīng)用了unisense微呼吸系統(tǒng)，比較絮凝封頂法、絮凝法、光照明暗的處理方法時(shí)體系中氧的呼吸速率變化，從而了解不同條件下藻團(tuán)的光合作用，并采用15N跟蹤法了解水下大型植物(菹草)生長(zhǎng)過(guò)程中的氮源是從藻類中獲得的，其獲取的比例與體系的溫度存在的一定的關(guān)聯(lián)。unisense微呼吸系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的測(cè)試出體系中微弱的氧濃度的變化，從而能夠判斷各種實(shí)驗(yàn)條件下藻的光合作用，從而為研究人員提出了關(guān)于使用工程學(xué)方法的使藻華向大型植物的轉(zhuǎn)變過(guò)程變得更容易的理論提供了重要的數(shù)據(jù)支持，這說(shuō)明unisense微呼吸系統(tǒng)在水體修復(fù)及生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域存在非常好的應(yīng)用前景。