張青田，王新華，林 超，胡桂坤

(1. 天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津科技大學海洋科學與工程學院，天津 300457；2. 南開大學生命科學學院，天津 300071；3. 海河流域水資源保護局，天津300170)

溫度和光照對銅綠微囊藻生長的影響

張青田1,2，王新華2，林 超3，胡桂坤1

(1. 天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津科技大學海洋科學與工程學院，天津 300457；2. 南開大學生命科學學院，天津 300071；3. 海河流域水資源保護局，天津300170)

銅綠微囊藻(M icrocystis aeruginosa)是常見的水華藍藻，對湖泊和水庫的環(huán)境造成惡劣影響．在室內(nèi)研究了溫度和光照度對銅綠微囊藻生長的影響，以期為水華的監(jiān)測和分析提供數(shù)據(jù)支持．研究結(jié)果表明：銅綠微囊藻喜好高溫，在水溫30～35,℃時生長最佳，在水溫30,℃時獲得最大細胞密度；而水溫低于20,℃時生長緩慢．銅綠微囊藻對光照度要求不高，較低光照度即可快速增長，光照度2,000～6,000,lx適宜銅綠微囊藻快速增殖，在4,000,lx時生長最快．

溫度；光照；銅綠微囊藻；生長

Abstract：The Microcystis aeruginosa is one of the harm ful Cyanobacteria species causing abom inable environmental conditions of lakes and reservoirs. Effects of water temperature and illumination on the cell proliferation of this microalgal species were done in the laboratory in order to help the monitoring and analysis of water blooms. The results showed：the m icroalga preferred higher water temperature and the optimal temperature for M.aeruginosa to grow was 30-35,℃，and the highest cell density was obtained in 30,℃ condition. On the other hand，this m icroalga grew very slow ly when the water temperature was less than 20,℃. This microalga did not request higher illumination，and grew best in 4,000 lx condition. The optimal illum ination for its proliferation is about 2,000-6,000 lx.

Keywords：temperature；illumination；Microcystis aeruginosa；proliferation

近10年來，水華不僅在我國南方的水庫、湖泊經(jīng)常爆發(fā)[1]，北方水域也時有發(fā)生，給生產(chǎn)和經(jīng)濟帶來損失．引起湖泊、水庫水華的優(yōu)勢藻種經(jīng)常包括微囊藻，其中以銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)造成的災害尤甚，成為中國乃至世界的研究熱點之一[2–3]．通常認為長期的微藻演替依賴高營養(yǎng)鹽濃度，而水華季節(jié)演替則主要依賴溫度、光照等物理條件[4–5].

溫度是影響生物生長發(fā)育的重要因子，對水生微藻也不例外．目前，人們已經(jīng)把溫度作為監(jiān)測和預報水華的一個關鍵因素．在低溫時，銅綠微囊藻利用營養(yǎng)鹽的能力下降，氮、磷都不再是限制因子[6]．有研究者在實驗室中也開展了溫度對一些水華藻類生長、生理影響的研究[7–8]，以及不同溫度下微藻生長和競爭的研究[9]．但是，實驗所得的適宜溫度范圍差異較大，從24,～35,℃不等，相差11,℃之多[7,10-11]．這些差異不利于對藍藻水華的準確分析．光照度也是影響微囊藻生長繁殖的生態(tài)因子之一．由于光在水中以指數(shù)形式衰減，所以在許多湖泊水庫中，光可以成為影響藻類生長的因素，影響著水華的發(fā)生．在一定pH、溫度和營養(yǎng)條件下，光照度影響著光合作用產(chǎn)物的多少，從而影響藻類的生長繁殖和密度．目前國內(nèi)已經(jīng)開展了光照對微囊藻生長的生理學和應用研究，包括利用遮光措施來控制水華[12–14]，以及對水體中藻類生長和演替的影響[15]．

本文旨在分析銅綠微囊藻增殖和水溫及光照度的關系，為藍藻水華預警和治理提供參考數(shù)據(jù)．

1 材料與方法

1.1 藻種來源及培養(yǎng)

銅綠微囊藻(M.aeruginosa FACHB-905)購自中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫，用BG–11培養(yǎng)基培養(yǎng)；藻種于光照培養(yǎng)箱中保存，定期接種．培養(yǎng)條件為：溫度25,℃，pH 7.5～8.5，光暗周期比為14,h∶10,h(光∶暗)，光照度2,500～3,000,lx．每天早、晚各搖瓶一次．保種和實驗用設備及環(huán)境采用常規(guī)方法滅菌或消毒[16]．

1.2 實驗設計與分析方法

溫度實驗和光照度實驗分別進行，溫度實驗設計了5個水平，光照度實驗設計了6個水平(表1)．每個梯度水平設3個重復．

表1 實驗溫度和光照度的實驗水平Tab.1 Factor levels arranged for the experiments

采用一次性培養(yǎng)方式進行實驗．在250,m L錐形瓶中裝藻液100,m L，培養(yǎng)液參考BG–11配方，其中硝酸氮濃度為2.0,mmol/L，磷酸氫二鉀濃度為0.10,mmol/L．每天早晚各搖瓶一次．所用光照培養(yǎng)箱的控溫誤差為±0.5,℃．使用培養(yǎng)箱內(nèi)的白熾燈作為光源，光照度用照度計測定．

實驗開始后，隔天測定銅綠微囊藻數(shù)量，到指數(shù)生長期末期時結(jié)束實驗．采用以下公式計算微藻生長速率[16]：

式中：N0和Nt為初始微藻細胞密度和經(jīng)過時間t后的微藻細胞密度；t為指數(shù)生長時間；K為相對生長常數(shù)，表示生長速率．用DPS(data processing system)軟件對生長速率進行方差分析[17]．

2 結(jié) 果

2.1 溫度實驗

2.1.1 溫度對銅綠微囊藻生長的影響

銅綠微囊藻在溫度實驗中的生長情況如圖1所示．總體上，溫度高促進銅綠微囊藻生長，溫度低則明顯抑制了該藻的生長．高溫度時，銅綠微囊藻進入指數(shù)生長期較快；溫度達到35,℃時則抑制了銅綠微囊藻的生長，但是其生長仍然優(yōu)于較低溫度組(15～25,℃)．

圖1 不同溫度下銅綠微囊藻的生長曲線Fig.1 Grow th curves of M. aeruginosa in different Fig.1 temperatures

2.1.2 生長速率分析

根據(jù)式(1)計算銅綠微囊藻生長速率，結(jié)果如圖2所示．生長速率的方差分析表明，不同溫度對銅綠微囊藻生長的影響極顯著(P＜0.01)．選用LSD (least significant difference)法進行多重比較，結(jié)果見表2．

圖2 不同溫度水平的生長速率比較Fig.2 Comparison of grow th velocities w ith different tem perature

多重比較的結(jié)果表明：所設置溫度梯度間作用差異大，可分為4個組別；30,℃和35,℃作用同為一組，其間差異不顯著．因此，可以認為水溫30～35,℃是 銅綠微囊藻生長的最適宜閾值．

表2 溫度實驗的多重比較Tab.2 Multip le comparisons in the tem perature experiment

2.2 光照度實驗

2.2.1 光照度對銅綠微囊藻生長的影響

實驗期間銅綠微囊藻的生長情況如圖3所示．不同光照度對微藻的生長快慢影響不同．光照度大于1,000,lx時，銅綠微囊藻能夠很好地生長；其中光照度為4,000,lx時生長最好，進入指數(shù)生長期也快，是銅綠微囊藻最適宜的光照度．光照度小于1,000,lx時微藻生長很差．光照度為0,lx時，銅綠微囊藻幾乎不生長，但是也并未完全消亡．

圖3 不同光照度下銅綠微囊藻的生長曲線Fig.3 Grow th curves of M. aeruginosa in illum ination Fig. 3 experiment

2.2.2 生長速率分析

根據(jù)式(1)計算微藻生長速率，結(jié)果如圖4所示．生長速率的方差分析表明，不同溫度對銅綠微囊藻生長的影響極顯著(P＜0.01)．同樣進行LSD法多重比較分析，不同濃度水平間的差異和分組情況見表3．

多重比較的結(jié)果和生長曲線的趨勢一致．分組結(jié)果在P為0.05和0.01水平時稍有差別，在P＝0.01顯著性水平上，與最適宜光照度(4,000,lx)臨近的兩個光照度水平也有接近的增殖速率．

圖4 不同光照度的生長速率比較Fig.4 Com parison of grow th velocities w ith different Fig.4 illum ination

表3 光照度實驗的多重比較Tab.3 M ultip le com parisons in the illum ination experiment

綜合來看，在光照度2,000～6,000,lx時要密切關注銅綠微囊藻增殖，此時容易出現(xiàn)水華．

3 討 論

本研究的適宜增殖水溫和湖泊現(xiàn)場水華易發(fā)生季節(jié)的水溫基本一致．劉玉生等[10]認為，35,℃時銅綠微囊藻生長達到最大增殖后，馬上開始沉淀，綠色消退，溶液呈乳白色．其適宜生長的溫度范圍和本研究的結(jié)果一致，但是本研究中并未出現(xiàn)微囊藻沉淀、溶液呈乳白色的現(xiàn)象．具體原因有待深入研究．本研究結(jié)果高于劉靜玲等[7]的結(jié)果，溫度差異可能和實驗方法(流水、靜水和野外等)及選擇的溫度范圍有關．水溫25,℃時，本研究銅綠微囊藻的生長情況明顯好于20,℃時的情況；只是延遲期較長，造成其最終生物量和生殖速率要低于更高溫度組的數(shù)據(jù)．

適宜增殖的光照度結(jié)果與陳明曦[11]、陳雪初等[13]的結(jié)論一致，表明銅綠微囊藻對光照的需求不高．光照度小于1,000,lx時，明顯抑制銅綠微囊藻的生長，但是即使無光也沒能使藻細胞在短期內(nèi)“完全死亡”．因此，在利用遮光等方法治理水華時存在風險．加之很多生物存在超補償?shù)奶匦訹18]，遮光后必須連續(xù)地密切關注銅綠微囊藻的生長，以免水華爆發(fā)．

有研究者報道[19–20]，溫度和光照對銅綠微囊藻生長的影響受其他要素的作用．在設定光照條件一定時，最利于藻類生長的溫度條件為25,℃；而最佳藻毒素釋放條件為28,℃．而當溫度條件一定時，光照條件為6,000,lx時最利于藻類細胞的生長，3,000,lx的光照條件最適合銅綠微囊藻的藻毒素釋放[20]．這可能是造成現(xiàn)有結(jié)論不一致的原因之一，因此在所積累經(jīng)驗的基礎上開展多因素室內(nèi)實驗、現(xiàn)場聯(lián)合監(jiān)測是很有必要的．

4 結(jié) 論

銅綠微囊藻喜好高溫，在30～35,℃時生長最佳，在水溫30,℃條件時細胞密度最大；而溫度低于20,℃時生長明顯受抑制．該微藻對光照度要求不高，較低光照即可快速增長，光照度2,000～6,000,lx適宜銅綠微囊藻快速增殖．研究發(fā)現(xiàn)，一周時間的遮光也不能使微藻完全死亡，因而利用遮光控制水華時應慎重．

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Effects of Tem perature and Illum ination on the Cell Proliferation of M icrocystis aeruginosa

ZHANG Qing-tian1,2，WANG Xin-hua2，LIN Chao3，HU Gui-kun1
(1. Tianjin Key Laboratory of Marine Resources and Chemistry，College of Marine Science and Engineering，Tianjin University of Science & Technology，Tianjin 300457，China；2. College of Life Science，Nankai University，Tianjin 300071，China；3. Water Resources Protection Bureau of Haihe River Basin，Tianjin 300170，China)

X171.5

A

1672-6510(2011)02-0024-04

2010–09–14；

2010–12–01

水利部公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費資助項目(200801135)

張青田（1974—），男，天津人，副教授；通信作者：王新華，教授，博士生導師，xhwang@nankai.edu.cn.