藻类资源在农业种植业中的应用研究进展

随着人们对海洋生物资源研究的日益关注,藻类生物资源的挖掘也越来越受到重视,近年来其在农业领域的应用和价值也日益凸显。目前,人们对藻类资源在农业中的应用研究主要集中在对藻类生物肥料和生物刺激剂的探索,即为农作物寻找新的肥料来源,但对其作用机制的研究还缺乏总结。为此,本文综述了国内外相关研究进展,重点介绍了藻类资源在农业种植业中的利用,阐述了藻类细胞及其产物在农业工程中的应用与发展,包括藻类作为生物肥料和生物刺激剂、藻类资源在农业环境修复以及农作物产品保鲜等方面的应用。此外,本文还总结了藻类资源在农业应用中的主要机理:①藻类的固碳、固氮以及解磷作用,可提高土壤营养物质含量,调节土壤微生物活力,促进植物生长;②藻类分泌的胞外聚合物有助于改善土壤荒漠化及盐碱化,降低农药污染风险和提高土壤肥料利用效率;③藻类细胞的生物吸附性有助于重金属污染土壤的修复;④海藻多糖的抑菌、抗病毒和保鲜功能等。总而言之,藻类资源在农业种植业中具有广阔的应用前景和巨大的开发价值。未来的研究应着眼于藻类细胞活性物质的促生长机理和藻类资源的田间规模评价,重视分子生物学技术的应用,挖掘更多样化的藻类应用潜力,为藻类生物质的开发和农业可持续发展提供理论依据。

纳米二氧化钛(nTiO_2)与双酚A对斜生栅藻(Scenedes-mus obliquus)的联合毒性效应

纳米二氧化钛(n Ti O2)在被人们广泛使用的同时,其潜在的环境影响也受到越来越多的关注。为深入探讨n Ti O2与环境中现有污染物的相互作用及生物效应,以斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)为受试生物,按照毒性单位法、相加指数法和混合毒性指数法,研究了n Ti O2与双酚A(BPA,一种常见的环境类雌激素)的联合毒性效应。结果显示,n Ti O2与BPA对S.obliquus生长的72 h半抑制浓度(EC50)分别为28.7 mg·L-1与1.81 mg·L-1。而n Ti O2与BPA共存时,在不同毒性比(4:1,3:1,2:1,1:1,1:2和1:3)下,其联合毒性作用(以BPA计)的72 h EC50值分别为2.198,1.58,1.153,0.428,0.306和0.189 mg·L-1。两者的联合毒性作用不仅仅是简单的相加,而是随着两者毒性比的变化,由拮抗作用转变为相加作用,继而转变为协同作用。这表明,n Ti O2进入环境后与现有污染物的毒性比(浓度比)可能是其联合毒性作用模式的一个重要影响因素。

南海南部陆坡区生态要素垂向分布和日变化特征及其与物理环境的关系

利用2004年5月"实验3"号船在南海南部陆架区观测站(109°40′E,06°05′N)连续48h观测得到的温度、溶解氧浓度、叶绿素浓度数据,分析了观测点的叶绿素和溶解氧的垂向分布、日变化特征及其同水温和盐度等物理环境要素的相关关系。结果表明,叶绿素和溶解氧垂向分布与温度有着显著的负相关关系,与盐度有着显著的正相关关系,溶解氧和叶绿素的日变化与温度和盐度的相关性则不显著,跃层深度和海流等对溶解氧的日变化有一定的影响作用。

基于矩阵模型进行抗荧光干扰的蓝藻原位检测方法

藻蓝蛋白与叶绿素a作为特征色素常用于表征蓝藻的生物量.藻蓝蛋白与叶绿素a通常用荧光光谱或原位荧光强度检测,但是在实际水体中藻蓝蛋白与叶绿素a的荧光效应相互干扰会影响测量精度,极大限制了该方法的应用.本文根据朗伯比尔定律,利用二阶矩阵模型设计了一套在荧光检测过程中"激发光-发射光"优化抗干扰的波长选择方法,并利用多元线性回归分析建立了两种色素浓度与荧光强度之间的多元校正线性模型,实验验证了所筛选蓝藻荧光分析法中特定激发光和发射光波长的有效性.本研究实现了两种色素检测过程中的成功解耦,可在藻蓝蛋白的原位检测中排除水体中藻蓝蛋白与叶绿素a之间的相互干扰,提高藻蓝蛋白和叶绿素a的原位检测精度,为开发便携式蓝藻检测传感器时的波长选择提供理论基础.

强壮前沟藻(Amphidinium carterae Hulbert)在多重逆境条件下的生长和生理响应

尽管单一逆境条件对浮游植物产生的影响已被广泛重视,然而对于多重逆境条件对藻细胞生长生理的研究仍有空白。本研究通过测定强壮前沟藻(Amphidinium carterae Hulbert)光密度(OD750)、叶绿素a含量(chl a)、光合作用效率(F_v/F_m)、碳氮比(C/N)等多个生理指标,分析其在9种环境下(常温光照、低温和低温黑暗三种物理环境,结合全营养、缺氮、缺磷三种营养状态)对多重逆境的生长和生理响应。研究结果表明,在多重逆境条件下,单一物理逆境因素(低温或黑暗)较氮限制或磷限制对藻细胞生长和生理的不利影响更为显著。营养限制并同低温环境双重作用对生物量和碳氮比产生显著性影响(P<0.01)。此外,低温和黑暗条件耦合作用下,SYTOX Green染色强度处于较低水平,chl a稳定、F_v/F_m有所升高,强壮前沟藻在逆境环境下作为群体的衰亡得以缓解。

Cd^(2+)、Cu^(2+)与Zn^(2+)对威氏海链藻生长生理和油脂积累的影响

本文研究以3种典型重金属离子镉(Cd^(2+))、铜(Cu^(2+))和锌(Zn^(2+)),在不同浓度下对威氏海链藻(Conticribra weissflogii)在生长、光系统Ⅱ最大光能转化效率和油脂含量方面的影响,为重金属离子在海洋微藻生理方面的毒性以及油脂合成的影响提供了新的结果。3种重金属离子Cd^(2+)(<2mg/L)、Cu^(2+)(<2mg/L)和Zn^(2+)(<1mg/L)在低浓度下对威氏海链藻的生长速率影响与对照组相比无显著差异,当Cd^(2+)>5mg/L,Cu^(2+)>5mg/L或Zn^(2+)>10mg/L后,3种重金属便显著抑制威氏海链藻的生长速率。重金属Zn^(2+)对威氏海链藻的光系统II最大光能转化效率F_v/F_m影响较小。威氏海链藻在30mg/L Zn^(2+)影响下光系统Ⅱ最大光能转化效率F_v/F_m仍能达到(0.21±0.01),而Cd^(2+)或Cu^(2+)>5mg/L时完全抑制了威氏海链藻的光系统Ⅱ最大光能转化效率。0.5mg/L Zn^(2+)对威氏海链藻的油脂含量有显著促进作用,油脂含量达到对照组1.2倍,其余金属离子浓度均无法有效促进威氏海链藻油脂的积累。

船舶压载水处理技术研究与应用进展

船舶压载水中含有大量生物,包括细菌、病毒、浮游生物及多种物种的卵、幼体等。未经处理的压载水排放也已成为水生外来物种入侵的一个重要媒介,船舶压载水造成的环境污染和生态退化问题引起了国内外公众和学者的广泛关注。船舶压载水的无害化排放必须采取合理有效的管理措施和处理技术,这是解决问题的有效途径。目前,世界各方对压载水无害化排放的日益关注加速了压载水管理(BWM)国际法规的完善和处理技术的发展。世界各国对压载水排放控制、压载水更替操作、压载水处理技术的研发,压载水处理设备的研制和认证都高度关注。本文总结了自2004年以来国际海事组织(IMO)和美国海岸警卫队(USCG)对于BWM法规的制定和实施过程;阐述了目前压载水处理技术的最新研究进展、技术原理及其应用的优缺点;总结了已通过IMO和USCG认证的压载水管理系统情况,并对典型压载水处理装置和压载水处理技术的成本效益进行了分析和比较。

红树林土壤pH和其他土壤理化性质之间的相互作用

红树林生态系统具有强大的固碳、储碳能力,在防治污染、净化水体和维持生物多样性等方面也发挥着重要作用.然而在气候变化和人类活动双重影响下,红树林生态系统正面临着面积锐减、生态系统结构简化、生物多样性降低、生态功能退化等巨大考验.红树林湿地土壤的理化性质如pH、养分含量及盐度等直接或间接影响着红树林的生长状况和生态功能.红树林土壤中pH和其他理化性质之间的相互关系,除了两个因素之间相互作用外,也同样受其他理化条件的影响.红树林土壤pH只有维持在合理范围,才能维持和提高红树林生态系统的固碳作用,发挥其强大的固碳功能.红树林土壤通常多是酸性硫酸盐土,硫含量较高,土壤pH与全硫含量一般呈负相关关系.红树的数量、种类、密度、分布以及种群结构都直接影响着土壤中的硫含量,而土壤的氧化状态、硫含量及硫化物的种类和分布又是决定土壤pH的重要因素,同时pH也影响土壤中硫化物的赋存状态.红树林土壤中有机物的摄入和分解是不断进行的过程,其中有机碳的含量和种类通过影响土壤细菌的种群结构、生长、生理过程,进而影响土壤pH;同时,土壤pH的平衡又影响着红树林土壤中的有机碳含量和种类.高含盐的红树林土壤的pH与盐度之间,一般呈正相关关系;然而盐度到底是直接影响,还是间接影响了pH的变化,还有待进一步研究.因此,探索红树林土壤理化性质的相互关系具有重要意义.本文首先以pH为切入点,综述了红树林湿地土壤pH和其他理化性质之间的相互关系和作用,包括pH与硫含量、有机碳、盐度、溶解氧以及N、P含量的相互关系.然后探讨了气候变化和人类活动可能对红树林土壤pH产生的影响.最后,尝试通过上述内容,推理出土壤pH和其他理化性质对具体的气候变化现象和人类活动(如海平面上升、红树林重建等)可能做出的响应.本文涉及的研究内容和分析方法对于发挥红树林储碳能力、修复和重建红树林都具有重要的参考意义.

人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.

微量元素锰对威氏海链藻生长及叶绿素荧光的影响

微藻和高等植物的光系统Ⅱ中的放氧复合体(oxygen-evolving complex,OEC)是裂解水与释放氧气、质子和电子的部位,其中水裂解的反应中心由4个锰原子组成的锰族构成.叶绿素荧光诱导动力学分析技术是研究光合作用特征的有效方法,可以指示不同环境压力下光系统各构件的变化.利用该技术研究了锰添加(0~9 000 nmol·L^(-1)Mn)对威氏海链藻(Conticribra weissflogii)生长及叶绿素荧光特性的影响.结果表明,除最高浓度锰(9 000 nmol·L^(-1)Mn)外,其余浓度锰对威氏海链藻生长的影响均不显著;锰对威氏海链藻叶绿素荧光参数的影响与锰添加的浓度范围有关,且随培养时间的增加而增强:其中,较低浓度锰(90 nmol·L^(-1)Mn)对各叶绿素荧光参数都呈现了强影响效果.尽管锰可能不是威氏海链藻生长的限制因子,但是锰从两方面促进了其光合作用:(1)促进光系统Ⅱ供体侧OEC结构的完整性和从OEC到电子传递中间体Tyr之间的电子传递;(2)促进光系统Ⅱ受体侧的能量转化和QA之后的电子传递.研究还发现,光合作用中与能量转化相关的荧光参数和活性氧(reactive oxygen species,ROS)之间呈显著相关(P <0. 01),表明锰在威氏海链藻光合作用过程及ROS的产生中都扮演着重要角色.

海洋环境中铁的来源、微生物作用过程及生态效应

铁在地壳中的含量位列第四,在海洋中常以微量元素的身份出现。铁拥有多变的价态和多样的功能,是调节海洋初级生产力和驱动海洋生物地球化学循环的重要力量。以往的研究表明,铁在维持初级生产力、耦合物质循环以及调节生源要素转化中具有重要作用。近年来微生物生态学的发展将铁的研究推向了新的高度,包括微生物驱动的铁氧化-还原行为、代谢过程以及与主要元素(C/N/P)的交互关系等。以近15年发表的文献为重点,尝试综述铁的最新进展。首先梳理了海洋中铁的来源和赋存状态(溶解态、胶体态、颗粒态和有机态);其次阐释了微生物介导的铁氧化还原类型和过程机制(如硝酸盐氧化、生物还原等);最后总结了铁与C/N/P循环的耦合关系以及在特定生态事件中的生态效应。此外,对海洋铁研究的“化学-生物-物理”理论框架也进行了展望,旨在为更好地认识铁循环及其在海洋微生态过程的作用提供资料借鉴。

水环境中溶解有机物对铜生物可利用性的影响

具有生物毒性的铜是水体重要的金属污染物之一,而溶解有机物(dissolved organic matter,DOM)的存在能够降低金属铜对生物的危害.本文综述了水环境DOM的来源、特征和形成消耗过程,并归纳了已知组成、细菌和浮游植物3种不同来源的DOM与金属铜之间的络合作用,探讨了水环境DOM影响金属铜生物可利用性的因素及机制.已有研究表明DOM对金属铜生物可利用性的影响主要体现在两方面:(1)DOM能够降低或提高铜的生物毒性,海洋环境存在DOM维持铜生物毒性的平衡机制;(2)DOM通过降低食物链底端对金属铜的吸收,限制铜进入食物链.DOM对金属铜生物可利用性影响主要通过与自由铜离子(Cu2+)产生络合或螯合作用实现,同时还受DOM自身特征以及分子大小的影响.随着研究技术的发展,现在研究可以从分子结构或官能团的角度更准确地评价DOM对金属的影响.本文最后总结了目前DOM对金属铜生物可利用性影响研究中新技术的应用、面临的问题和挑战以及未来的发展方向.