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        活體浮游植物色素分析在湖庫生態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

        2021-12-01 09:30:42陳永玲
        關(guān)鍵詞:硅藻藍藻花青素

        陳永玲

        (山東省煙臺生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,山東 煙臺 264000)

        所謂富營養(yǎng)化,是指湖沼、蓄水池、河川過度吸收氮、磷等營養(yǎng)鹽,使水域的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化,導(dǎo)致藻類、特別是藍藻類的異常增殖現(xiàn)象。許多藻類死后在其分解過程中,不僅發(fā)出惡臭,甚至導(dǎo)致魚類的死亡,破壞了自然環(huán)境。而且,藻類對水生生物有很大的威脅,可以釋放出威脅飲用水安全和人類健康的生物毒素。作為飲用水和工業(yè)用水的供給源,水的富營養(yǎng)化影響了水質(zhì)的質(zhì)量,增加了水生產(chǎn)的成本,對社會環(huán)境和經(jīng)濟產(chǎn)生了很大的影響。

        近年來,用于檢測植物浮游生物色素的熒光分析技術(shù),逐漸應(yīng)用于湖沼調(diào)查中。作為植物浮游生物機體分類的指標(biāo),主要的藻類色素是葉綠素a,葉綠素b,葉綠素c,花青素,纖維葉綠素,胡蘿卜素。葉綠素a存在于藻類中,作為藻類生物物質(zhì)指標(biāo)的葉綠素b,及在綠藻類和百合目植物中發(fā)現(xiàn)的花青素和葉綠素存在于藍藻類和紅藻類中。紅藻主要生活在海水中,花青素可以作為淡水藍藻類的生物量指標(biāo)來使用。

        1 實驗部分

        1.1 儀器與試劑

        M53(B)熒光光譜儀、Flow成像器(Skalar、荷蘭)、顯微鏡、Axio成像器A1(ZISS、德國)、DR/40U光譜儀(HAH、USA)、真空泵(GAST、英國)、三重吸濾器(Sydolis、德國)、表型慢離心分離器(TDSA WS、Leiber離心分離機,北京)、串珠磨削組織磨床(MB-8,biospec,美國)、纖維素醋酸膜(光柵0.45 m,北京石灰膜分離技術(shù)有限公司),植物浮游生物計數(shù)框(武漢水生研究所)。

        1.2 供試樣品

        采樣地點:主要飲用水源、工業(yè)水源水庫、主要飲用水源湖和煙臺主要風(fēng)景湖。采樣時間:2009年4月、7月、9月、2009年5月、7月、2010年9月、2011年5月、7月、2012年9月、5月和2013年8月。

        1.3 樣品采集

        根據(jù)每個水體的實際情況,使用有機玻璃取樣器混合樣品。在每個樣品中采集3~4升的混合樣品。湖沼樣品300 ml,貯 水池樣品500 ml,植物浮游生物定量樣品。剩余的水樣用于生活色素分析。取完水樣后,在低溫暗處保存,于6~8小時內(nèi)進行預(yù)處理。

        1.4 水樣前處理

        測試葉綠素a的水樣前處理步驟:在抽濾器上裝好乙酸纖維濾膜,倒入定量體積的水樣進行抽濾,抽濾時負壓不能過大(約為50 kPa),否則會破壞藻類細胞組織。水樣抽干后,繼續(xù)抽濾1~2分鐘,以減少濾膜上的水分。將抽濾后的濾膜放入墊好濾紙的平皿中,置于冰箱冷藏室,低溫干燥6~8小時。

        植物浮游生物定量分析的預(yù)處理步驟:取1升水樣到分離漏斗中,加入15 ml的溶液固定,可耐受24小時以上。

        1.5 實驗方法

        葉綠素a含量分析:在7 ml的塑料離心管中加入5 ml 90%的丙酮溶液,放入2 ml的玻璃珠,將干燥的過濾膜放入離心管中并浸入丙酮中,不含氣泡。放入砂輪的固定孔中,擰緊固定螺母,啟動3~5 m的振動磨床。之后放入冰箱,低溫避光6~24 h后,完全提取了葉綠素a。

        離心分離后15分鐘,取出離心分離器的離心分離管,將上清液轉(zhuǎn)移到體積燒瓶,將體積固定在10 ml。將提取的溶液放入分光光度計中,分別讀取663 nm、645 nm、630 nm、750 nm波長的吸光度值,并將90%的丙酮用作空白以校正吸收率。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 水庫樣品測試結(jié)果

        在蓄水池的試驗樣品中,分別在夏季和秋季兩個主要飲用水源蓄水池中檢測出了花椒氨酸?;ㄇ嗨氐臋z測率小于10%。春季硅藻優(yōu)占,夏天硅藻類和綠藻類優(yōu)占。這些水庫的個體群結(jié)構(gòu)良好,藍藻水華的概率非常低。

        煙臺的門樓水庫就是飲用水源地,5年中,春季僅有一次檢出藻藍素,春季藻藍素檢出率為20%,春季浮游植物以硅藻和綠藻為優(yōu)勢,個別年份春季藍藻門所占比率比較高。夏、秋季節(jié)藻藍素檢出率為88%,僅有一次未檢出藻藍素。夏、秋季浮游植物以藍藻門的微囊藻、魚腥藻為優(yōu)勢種。各季節(jié)藻藍素總檢出率為54%,2009年9月出現(xiàn)水華,藍藻細胞數(shù)量占浮游植物細胞總數(shù)量的91.3%,藻藍素測試值高達1 750 ug/L,2012年8月藻藍素測試值也高達359 ug/L,藍藻細胞數(shù)量占浮游植物細胞總數(shù)量的94.8%,水體富營養(yǎng)化,僅用作景觀補水和工業(yè)用水。

        2.2 湖泊樣品分析結(jié)果

        在6個湖泊樣品中,藻藍素是2009年9月和2011年9月檢測出的,藻藍素的檢測率為15%。春天硅藻類和綠藻類是優(yōu)占植物浮游生物,夏天和秋天,植物浮游生物群集結(jié)構(gòu)是硅藻、綠藻和藍藻類。水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)良好,應(yīng)努力保護,以確保飲用水功能。

        在五個湖中的四個,春季藻藍素檢測出少量樣品,春季藻藍素檢測率為10%。在花青素中大部分檢測到夏季和秋季的樣品,夏季和秋季的花青素檢測率為72%。在這些湖泊中,植物浮游生物的個體群結(jié)構(gòu)在春季為硅藻+硅藻類,硅藻+綠藻,夏天是綠藻+藍藻類,秋天是藍藻類。這些湖沼中的花青素檢出率每季節(jié)為48%,煙臺的湖沼中,夏季和秋季藍藻類會大量繁殖,有可能引起藍藻污染。

        隨著近年來對環(huán)境保護所做出的努力,四個湖沼中的兩個開始通過大規(guī)模曝氣和海藍養(yǎng)殖等措施,水質(zhì)的富營養(yǎng)化逐年減少。秋季植物浮游生物群集結(jié)構(gòu)變?yōu)樗{藻類+藍藻型,湖中的花青素檢測率減少到23%。樣品的檢測率僅為92%。春季,植物浮游生物個體群結(jié)構(gòu)是綠藻+藍藻類,夏季和秋季植物浮游生物個體群結(jié)構(gòu)是藍藻類。這個湖被選擇用來比較近五年每個季節(jié)的植物浮游生物,及西蘭花細胞和花青素的數(shù)量,并且顯示了用經(jīng)典方法測量的花青素值和綠素a含量之間的對應(yīng)關(guān)系[1]。

        2.3 水污染浮游植物監(jiān)測

        生態(tài)系統(tǒng)和群集水平的生物標(biāo)志通過生物多樣性效應(yīng)可以顯示水質(zhì)污濁物質(zhì)對環(huán)境的影響,實現(xiàn)水質(zhì)污濁的生物學(xué)監(jiān)測。對水質(zhì)的變化和社區(qū)的生態(tài)學(xué)影響主要通過出現(xiàn)或消失的指標(biāo)(主要是對特定污染物質(zhì)敏感或抗藥的物種)來明確植物浮游生物種類或群體的數(shù)量及結(jié)構(gòu)變化,結(jié)構(gòu)變化獨立營養(yǎng)從屬營養(yǎng)程度的變化生產(chǎn)性水平的變化。

        2.4 水污染浮游植物監(jiān)測存在的問題

        國內(nèi)外科學(xué)家對水質(zhì)污濁的生物學(xué)監(jiān)測進行了詳細的研究,對研究結(jié)果進行了定量、定性分析。這些研究不僅為水質(zhì)污染的生物學(xué)監(jiān)測提供了豐富的數(shù)據(jù),還為水質(zhì)污染的生物學(xué)監(jiān)測實踐提供了可靠的理論基礎(chǔ),為研究人員提供特定的研究想法和理論指導(dǎo)。但是,在水質(zhì)污染的生物學(xué)監(jiān)測研究中,有很多不能忽視的問題(1)生物標(biāo)記在水質(zhì)污染的生物學(xué)監(jiān)測中起著重要的作用,但是有很多缺點。第一,生物標(biāo)志的決定既困難又昂貴。第二,有些生物標(biāo)志不夠。第三,一些生物標(biāo)志在實際環(huán)境中并不十分敏感。第四,由于在水質(zhì)的生物學(xué)監(jiān)測過程中選擇了生物,所以同一有機體對污染物的靈敏度和響應(yīng)在不同的生長時期表現(xiàn)不同,即使同一生物在同一時期也存在個體差異。因此,在監(jiān)測和評估水質(zhì)污濁的過程中,生物標(biāo)志不是全能的。(2)選擇的生物標(biāo)志應(yīng)是綜合監(jiān)測系統(tǒng)的有效部分。生物標(biāo)志存在于天然的水環(huán)境中,不僅受水環(huán)境中的污染物影響,還受氣候、季節(jié)、地區(qū)等諸多因素的影響。因此,只要建立標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測方法并比較結(jié)果,該方法就具有應(yīng)用的價值。水生動物的群集結(jié)構(gòu)和相對量反映了水質(zhì)污濁的情況,而公式計算出的污染程度數(shù)值更好地反映了實際情況,易于比較數(shù)據(jù),社區(qū)結(jié)構(gòu)和功能本身復(fù)雜,影響因素多,而且公害只有其中一個。通過對環(huán)境因素的綜合考慮,我們發(fā)現(xiàn)了生物群集結(jié)構(gòu)定量變化的本質(zhì)原因。這與田間復(fù)雜的水生生態(tài)環(huán)境不同。應(yīng)該盡可能地與研究所結(jié)合進行現(xiàn)場調(diào)查。確保實驗的真實性,應(yīng)用大量監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對說明,測定不同條件下的各種數(shù)據(jù)[2]。

        3 結(jié)論

        經(jīng)典的葉綠素a含量測試是2~3天,用顯微鏡分類植物浮游生物需要時間。由于葉綠體被藍藻類的生物細胞纖維蛋白覆蓋,所以測定的綠素a含量在藍藻類覆蓋下有很大的偏差。然而,通過熒光分析技術(shù)測量的花青素值與通過經(jīng)典方法的測量值,以及通過顯微鏡計數(shù)的植物浮游生物數(shù)之間有顯著的關(guān)聯(lián),可以定量地提供藻類布魯姆形成的初始預(yù)警信號。它的應(yīng)用價值是可以早期預(yù)警和監(jiān)測飲水源。很多種類的藍藻類含有微系統(tǒng),使用熒光分析與微系統(tǒng)測試相結(jié)合,可以提供強大的數(shù)據(jù)支持來評估飲用水的安全性。

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