应用qPCR研究三峡库区沉积物中拟多甲藻的动态变化--以汝溪河为例

拟多甲藻水华已经成为三峡水库支流的常见水华之一,但其发生过程尚不清楚.为了揭示拟多甲藻在底泥沉积物中的动态变化及其影响因素,采用系统发育和实时荧光定量PCR(qPCR)技术,分析三峡库区支流-汝溪河回水区2016-2017年不同月份3个断面(T1-T3)沉积物中的甲藻.结果表明:底泥沉积物的甲藻为倪氏拟多甲藻(Peridiniopsis niei);3个断面底泥的甲藻基因拷贝数均在3-5月期间达到最大值,且春季细胞数显著高于夏、秋和冬季(p<0.05);3个断面左样点的底泥甲藻基因拷贝数的最大值分别为70.18×10^(3)个/g,68.60×10^(3)个/g和42.77×10^(3)个/g.多元回归分析显示:底泥甲藻拷贝数与泥温、总磷、碳磷比呈线性负相关(p<0.05),而与底泥中的总氮质量分数相关性不大(p>0.05),其中,泥温与春季甲藻拷贝数显著相关,钙和钾显著影响夏季甲藻拷贝数,总氮和总碳分别是秋季和冬季甲藻拷贝数的驱动因子.综合表明:春季是底泥拟多甲藻变化最活跃的时期,底泥甲藻动态变化受温度和营养盐的协同作用.研究为三峡库区甲藻水华的监测和防治提供了新的手段和科学参考.

三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制

三峡水库支流的拟多甲藻水华发生已成为近年的常态,但是其发生机制依然不清楚。2009年到2011年期间,对拟多甲藻水华频发的童庄河回水区进行重点监测,并扩展到三峡水库长江干流及26条支流未淹没区和回水区浮游植物的四季调查。结果表明,四季调查中,拟多甲藻出现率、平均密度、最大密度和最大优势度,4月最高,相同季节,回水区最高。2—4月,童庄河回水区各点拟多甲藻密度均为升高到下降变化,最高密度自上游至下游大幅下降。2010年,拟多甲藻水华于2月最先在童庄河回水区上游出现,逐步向中下游发展,维持一定规模和时间后消退。与此同时,长江干流拟多甲藻出现率、密度和最大优势度大幅低于童庄河回水区。童庄河回水区发生(2005年、2007年和2010年)比不发生(2009年)拟多甲藻水华年份,三峡水库1—3月日出库流量(平均值4489.9—5623.3 m3/s)较小、1—2月水位日变幅(平均值0.148 m、0.246 m)和2月水位日升降(平均值-0.223 m)较大。研究认为,藻类在适宜水温时形成水华,2—4月支流回水区水温适宜、氮磷含量满足甲藻营养能力和生活习性需要。拟多甲藻能否形成水华,首先取决于回水区上游是否存在满足要求的水动力条件。其次,三峡水库出库流量、水位波动等水文条件,通过改变回水区上游水动力条件和回水区流速,影响水华能否形成及形成时间、程度、范围和维持时间。由于尺度效应不同,三峡水库相同水文条件对不同位置支流拟多甲藻水华形成的影响不一样。

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻的昼夜垂直迁移特性

2008年4月3日08:00—4日08:00在三峡水库香溪河库湾5个监测点对拟多甲藻(Peridiniopsissp.)进行了24 h连续监测,以研究拟多甲藻的昼夜垂直迁移特性,并解释拟多甲藻水华表层水体表观颜色昼夜变化的原因.结果表明:拟多甲藻在12 m水深以上水柱中存在明显的周期性昼夜垂直迁移特性,00:00—16:00拟多甲藻向表层水体迁移并聚集,最大上移速度约为2 m/h;16:00—00:00拟多甲藻向下部水体迁移,最大下移速度约为4 m/h;拟多甲藻的昼夜垂直迁移是导致拟多甲藻水华表层水体表观颜色不断变化的主要原因.水体中各层叶绿素a质量浓度〔ρ(Chla)〕昼夜变化较大,用单层ρ(Chla)不足以评价藻类水华暴发程度;均深叶绿素a质量浓度〔ρ(A.D.Chla)〕的昼夜变化不大,能够综合表征藻类迁移水柱中藻类的现存量,可以作为河道型水库拟多甲藻水华暴发程度的评价指标.

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻昼夜垂直分布初步研究

具鞭毛的拟多甲藻(Peridiniopsis)是三峡水库多数支流库湾春季甲藻水华的优势种类。研究表明,昼夜垂直迁移是鞭毛藻重要的生态学特征。拟多甲藻形态学特征虽然也有鞭毛和自由游泳能力,但至今仍没有关于该种类昼夜垂直迁移的描述。定点昼夜垂直分层研究结果表明,三峡水库甲藻水华暴发的优势种之一拟多甲藻种3(Peridiniopsissp.3)是绝对优势种,相对丰度达到45%;该物种与其它鞭毛藻相似,有昼夜垂直迁移的生态学特征,白天趋于在水体上层聚集分布,晚上趋于在水柱中随机分布;太阳光的昼夜交替是影响拟多甲藻昼夜垂直迁移的重要环境因素。

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)的昼夜垂直迁移行为对碳磷分布的响应

于2015年2月26-27日在香溪河库湾高岚河段拟多甲藻(Peridiniopsis)水华发生地昼夜监测其在水体中的垂直迁移,分别在6个时间段(8:00、12:00、16:00、20:00、0:00、4:00)分层取样分析拟多甲藻在水中的叶绿素a浓度、细胞密度、碳酸酐酶(CA)与碱性磷酸酶(AP)活性;分析总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性反应磷(SRP)与溶解性有机磷(DOP)浓度在水中的垂直分布.结果显示,水华发生期拟多甲藻为绝对优势种,监测的6个时段中,拟多甲藻呈显著的昼夜垂直迁移规律,正午12:00,表层细胞密度最大,可达5.2×10~6cells/L,凌晨0:00表层细胞密度最低,仅为0.4×10~6cells/L;TP与DTP浓度无垂直分布规律,但SRP与DOP浓度呈现显著的垂直分布规律,SRP浓度随水深增加而减小,DOP浓度随水深增加而增加;CA活性日间高于夜间,日间CA活性呈垂直分布规律,随水深增加而减小,但夜间无垂直分布规律;AP活性在水中昼夜呈极其显著的垂直分布规律,随着水深增加逐渐增加.相关性分析结果表明,拟多甲藻细胞密度与水深、DOP浓度呈极显著负相关,水深与CA和AP活性分别呈极其显著负相关与正相关,拟多甲藻细胞密度与CA和AP浓度分别呈极其显著正相关与负相关.因此,拟多甲藻的垂直迁移行为可能是对日间迁移至表层获取光能和无机碳来源、夜间迁移至水下获取磷源的一种适应.

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)水华对环境中磷的响应机制

于2015年春季拟多甲藻水华暴发期在香溪河支流高岚河、南阳河与干流设置9个采样点,探讨浮游植物种群与水体总磷浓度等环境因子的相关性;同时,分离纯化拟多甲藻后,设置5个不同磷浓度(0、0.005、0.020、0.100、0.600 mg/L)对其进行实验室培养,分别测定其比生长速率;在对数生长期,检测不同磷浓度培养下的藻细胞的快速光曲线及其参数;检测不同磷浓度培养下的藻细胞对外源无机碳的吸收效率及其参数.结果表明,水体中总磷浓度越高的河段,拟多甲藻细胞密度越高;培养基中磷浓度越高,拟多甲藻的比生长速率越大,光合效率越高,其对外源无机碳的吸收能力越强.这些结果表明高磷的水环境可能是促使拟多甲藻形成水华的关键因素之一.

三峡水库支流童庄河拟多甲藻水华的监测

2009年和2010年对三峡水库支流童庄河回水区和长江干流水体理化和浮游植物进行了同步连续跟踪监测。结果表明,2010年童庄河回水区和长江干流氮、磷含量较2009年有所升高,相同年份童庄河回水区和长江干流氮、磷含量各有高低,但差别不大。2-3月,童庄河回水区拟多甲藻(Peridiniopsis sp.)细胞密度逐步增加并达到高峰,其细胞密度可从2009年第13位、2010年2月26日的第9位,在2010年3月17日迅速上升为第1位,成为第一优势种类,并在2010年2-3月形成水华。拟多甲藻水华最先出现在回水区尾端,随着时间推移,逐步向中下游发展,并形成大面积水华,在维持一段时间后消退。童庄河回水区拟多甲藻密度上游最高,从上游至下游,密度逐渐下降。同期长江干流出现拟多甲藻的次数较少、密度较低,通常在回水区最低密度的30.91%以下。分析认为,2-3月回水区更适合拟多甲藻生长,能否形成水华主要受水文因子的影响。

倪氏拟多甲藻叶绿素荧光活性对环境因子的响应

采用叶绿素荧光分析技术探讨了温度、p H、光强对水华优势种倪氏拟多甲藻光合活性的影响。结果表明,倪氏拟多甲藻光系统Ⅱ的量子产量Y(Ⅱ)和最大光化学效率(F_v/F_m)随温度(7.5—20.0℃)升高而显著增加(P<0.05),在低温下电子传递速率未受阻,细胞在7.5—20.0℃内均有高光合活性;10.0℃下的光合活性随p H增大先升高后降低,峰值出现在p H 7.3时,光合活性顺序为:弱碱性>中性>酸性;快速叶绿素荧光动力学曲线分析显示p H 7.3下的光合活性为典型OJIP曲线,其他p H下PSⅡ反应中心、电子受体库受损,显示该藻适应较窄的p H范围,p H7.0—8.0内是其适宜的条件;快速光响应曲线显示其半饱和光强E_k为385.52μmol photons/(m^2·s),表明其具有高光饱和点,耐受高光强。研究表明藻细胞光合活性对温度和光强变化有较强适应性,对p H的变化敏感,弱碱性条件是其光合作用的适宜条件;低温时细胞通过环式电子链提高光化学效率,降低高光强可能带来的光损伤;弱酸性(p H 5.0)会同时损伤其光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,造成其光化学效率的显著下降;倪氏拟多甲藻在低温和高光强下的独特光合特性使其在春季淡水水体中占据竞争优势,是其形成水华的内在原因。

中国淡水拟多甲藻属研究

拟多甲藻属Peridiniopsis Lemmermann是重要的淡水有壳甲藻,是形成淡水甲藻水华的主要类群之一。该属被定义为不具或仅有一块前间插板的多甲藻类群,其板片格式为3–5′,0–1a,6–7(8)″,5″′,2″″。迄今,全球范围内报道的拟多甲藻属约有20种。通过对所采集国内甲藻标本的整理和鉴定,描述了8种及1变种,并对其形态特征、板片排列、生境和分布进行了简述。其中有3个是中国新纪录,它们是柏林拟多甲藻P.berolinensis(Lemmermann)Bourrelly、波吉拟多甲藻P.borgei Lemmermann和柯维拟多甲藻P.kevei Grig-orszky et Vasas。

贵州黔东南州三板溪水库春季拟多甲藻水华特征

2011年3月13日对贵州省黔东南州三板溪水库进行春季浮游植物调查的结果表明,三板溪水库Ⅱ号采样点(下革东)发生以佩纳形拟多甲藻为优势种的拟多甲藻水华,细胞密度高达1.15×107cell/L;板溪水库总氮的最低值为2.09mg/L,总磷的最低值为0.95 mg/L,三板溪水库的总氮、总磷含量较丰富,不存在总氮或总磷是限制性因子;通过SPSS16.0统计软件分别进行Pearson积距相关系数分析表明,氮磷比是三板溪水库发生拟多甲藻水华的主要影响原因。

九龙江北溪拟多甲藻水华防治与应急处置

2009年初以来,在福建省九龙江北溪的支流和干流连续发生了拟多甲藻(Peridiniopsis penardii)水华。经检测,拟多甲藻水华没有明显的生物毒性,但其所形成的深褐色水色和轻微藻腥味对该流域的龙岩、漳州和厦门三城市的生产和生活是造成了一定的影响。研究结果表明,在甲藻水华的防治与应急处置过程中,必须进一步加强组织体系建设,明确各职能部门职责,并根据不同水域的实际情况和季节变化,采取相应的物理、化学和生物方法予以防治和应急处置。

九龙江拟多甲藻水华预警和应急处置的初步研究

简要介绍了九龙江北溪及甲藻水华暴发的情况,根据国内外研究报道和九龙江北溪拟多甲藻水华暴发期间相关监测结果,拟定甲藻密度达到5×10~5个/L、叶绿素a含量>15mg/m^3、pH>7、D0>8mg/L、高锰酸盐指数>2.0mg/L为临界状态;甲藻密度达到1×10~6个/L、叶绿素a含量>40mg/m^3、pH值接近8、D0>9mg/L、高锰酸盐指数>3.5mg/L为初步暴发状态;甲藻密度达到>1×10~7个/L、叶绿素a含量>8 5mg/m^3、pH>8、D0>10mg/L、高锰酸盐指数>6.0mg/L为严重暴发状态。并结合当地的实际情况,对不同预警条件下应急响应和处置拟多甲藻水华的物理、化学和生物等具体措施进行初步研究。提出九龙江水系中封闭型水域可采取化学方法,支流水域可采用植物及化感技术和超声波方法,干流自来水厂采取围隔过滤和生态调水等方法应急处置拟多甲藻水华。

佩氏拟多甲藻及其硅藻共生体的分析

佩氏拟多甲藻Peridiniopsis penardii(Lemmermann)Bourrelly是1种淡水甲藻,可以形成水华,分布在意大利,美国,日本和中国。在2009年春季,厦门九龙江北溪发生水华。分离出来的细胞在培养条件下形成休眠包囊,细胞经光镜,扫描电镜(SEM),以及核糖体rDNA 18S序列分析,证实引起水华的是佩氏拟多甲藻。包囊椭圆形,直径大约28μm。细胞上鞘呈圆锥形,下鞘圆形或圆锥形,长23～36μm,宽23～31μm。甲板方程式为Po,x,4’,0a,6’’,5c(或t+4c),5s,5’’’,2’’’’。佩氏拟多甲藻具有2个细胞核,其中一个为自身细胞核,另外一个为共生的硅藻细胞核。我们对佩氏拟多甲藻和共生硅藻的18s进行了测定并构建了基因树,他们的系统发育位置和形态学分类相吻合。

武汉东湖甲藻水华与环境因子的关系

由于水体富营养化等原因，在全球范围内，水华频繁爆发．近来，发现武汉东湖出现了一种拟多甲藻（Peridiniopsis sp．）水华，该藻是广温性种，水华持续时间较长，最高细胞密度达2541．44×10^4 cells／L．研究了武汉东湖拟多甲藻水华种群动态及其与环境因子之间的关系．相关分析表明，拟多甲藻密度和表层总磷、1．2m处的总氮以及表层硝酸盐浓度成显著正相关，但是总磷、溶解性磷酸盐、总氮、磷酸盐以及氨氮浓度在形成明显水华前大幅度升高，水华消亡时，处于低谷．适合的光照条件，也是拟多甲藻水华形成的刺激因子之一．另外，从一些采样点浮游植物组成及分布来看，风在一定程度上加重了水华表观的严重程度．此外，还观察到了水华的消亡及其发生过程，水华消亡时，大量拟多甲藻下沉．分析认为，水华的发生是多种环境因子综合作用的结果．

三峡库区高岚河甲藻水华的初步研究

2005年2月中下旬,高岚河库湾发生拟多甲藻水华,本文研究了水华爆发期间藻类的生消过程及其基本组成,并分析了环境因子在水华形成和消亡过程中的作用机制。研究结果表明:超高的营养盐,如TN、TP等是此次水华发生的主要原因之一,其他物理条件,如气温、水温的回升等是重要的诱因。而水华消亡的原因是营养盐被不断繁殖的甲藻消耗,以至于不能满足甲藻的营养需求,最终部分甲藻下沉到底层。

基于支持向量机分类的嘉陵江草街水库甲藻水华预警

嘉陵江草街水库自建成后2011-2013年连续3年发生甲藻水华现象,给当地经济发展和生态安全带来影响.根据2011年5月至2013年7月草街水库大坝上、下游8个断面的逐月调查数据,利用支持向量机在处理小样本问题、非线性分类问题和泛化推广方面的优势,构建了基于支持向量机分类的草街水库甲藻水华预警模型.结果表明,利用本月理化数据和本月倪氏拟多甲藻(Peridiniopsis niei)密度数据建立的模型,对测试样本取得了80%以上的判别正确率,且对甲藻水华样本的判别正确率为100%.因此,支持向量机作为新兴的机器学习方法,可以为环境管理部门发布水华预警信息提供科学依据,并在环境保护领域具有广阔的应用前景.

福建某河流甲藻水华与污染指标的关系

2009年12月份，在福建某河流发现大面积水华，河水呈深褐色．经对气温、水温、pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷以及藻细胞密度、叶绿素a等因子的监测，发现水巾有甲藻、隐藻、硅藻、绿藻、蓝藻、裸藻和其它常见种，其中优势种为佩氏拟多甲藻（Peridiniopsispenardii），细胞密度为0．1×10^5-333×10^5cells／L．水体营养盐丰富，总氮浓度为2．50—8．65mg／L、总磷浓度为0．09—115mg／L．另外，pH值、溶解氧异常升高，水华反反复复持续一个多月时间．经相关分析，拟多甲藻细胞密度与气温、pH值和总氮相关系数分别为一0．323（P=0．027）、0．327（P=0．025）和0．316（P=0．030），湿著相关，偏相关分析表明，拟多甲藻细胞密度与水温相关系数为-0．4894（P=0．008），非常显著负相关结果显示，pH值和溶解氧升高是甲藻水华产生的表征现象，总氮可能是本次甲藻水华生长的限制网子，而气温和水温的变化既是甲藻水华产生的重要原因，但超过甲藻适宜的生长温度对其也起到一定的抑制作用．由于调查区干旱、少雨、梯级电站过密等因素所导致的水流速过缓，加上足够的营养盐和合适的温度，促使本次拟多甲藻水华的发生．

福建龙岩市龙潭湖甲藻水华成因的研究

2009年12月初,在福建龙岩市龙硿洞风景名胜区龙潭湖首次发现拟多甲藻水华,最高细胞密度达到1.11×107cells.经过应急处置,甲藻和其他藻类被杀灭.监测发现,上游小溪和溶洞地下水营养物质均优于国家Ⅱ类标准,但入湖后,TN和TP浓度明显上升.结果表明,龙潭湖蓄水改变了小溪的自然流态,形成了营养盐的累积和甲藻的快速增殖;环境和水温度的明显升高,也起到了一定的促进作用;沉积物营养盐蓄积和内释放对甲藻水华具有重要的贡献,而TP可能是本次水华的主要限制因子.

三峡库区藻类水华调查及其毒理学研究

三峡水库一期工程蓄水近两年(2003年7月—2005年4月)期间,库区发生过多次藻类“水华”,尤其在阳光充足、气温回升的春季。经鉴定形成水华的藻类主要有拟多甲藻(Peridiniopsissp1,sp2),新星形冠盘藻(Stephanodiscusneoastraea),里海小环藻(Cyclotella caspia),湖沼红胞藻(Rhodomonas lacustris),实球藻(Pandorina morum)和空球藻(Eudorina elegans);其中以拟多甲藻水华涉及面积最大,持续时间最久,污染程度最为严重。通过对拟多甲藻水华水及其藻细胞提取液的生物毒性测试,表明其对其他水生生物和小白鼠没有明显的生物毒性。