太湖浮游蓝藻和水体DOM的特征研究

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太湖水华的大规模、持续性、周期性暴发已经成为全世界关注的重大环境问题之一。为了能够有效地治理太湖水华问题,我们必须先研究太湖水华形成的因素。已知水华现象与水体富营养化的关系十分密切,而高含量的DOM又是富营养化水体的特征之一。因此,有必要研究太湖浮游藻类与太湖水体DOM之间的关系及相互作用。本研究使用传统藻细胞计数法和深度测序技术对太湖浮游藻类的组成与变化进行了全面研究,同时联合红外-有机碳测定技术及三维荧光光谱技术对太湖水体DOM特别是类腐植酸物质进行了定量与定性分析。主要研究内容与研究结果如下:  (1)本研究选取了太湖全湖共11个采样位点,分别在2月、5月、8月、11月进行采样,使用传统的藻细胞计数法进行计数。太湖全湖全年都以蓝藻占绝对优势,蓝藻密度的数量级决定了浮游藻类密度的数量级,其中微囊藻为主要优势种,占所有优势种群细胞总数的80.74%~98.60%。北部太湖在2月、5月藻类密度较南部太湖低,浓度维持在106~107数量级,而在8月与11月时则远远高于南部太湖,最高浓度可达1.75×1010 cells/L。而从物种数量上看太湖全年以绿藻门与蓝藻门种类最多,其次为硅藻门。南部湖泊的多样性高于北部湖泊,春冬季高于夏秋季。  (2)本研究使用基于Illuminate Miseq平台的深度测序技术对太湖各位点各季度的浮游藻类组成进行了进一步的分析。最终得到2076719条有效序列(与引物和barcode完全匹配)经过除杂和去嵌合体分析后,得到1857775条高质量序列。基于97%的核酸相似度,得到13963个OTU。多样性分析表明,太湖冬春季的多样性高于夏秋季。根据分子系统分析,太湖蓝藻绝大部分为微囊藻属与聚球藻属,其次为鱼腥藻属与束丝藻属,其余OTU种类较少。  (3)使用红外—有机碳燃烧测定法测定了太湖2月、5月、8月、11月全湖共11个位点的水体DOM含量,并使用三维荧光光谱技术对太湖水体腐植酸进行表征。春冬季各位点DOM含量普遍高于夏秋季,2月与11月全湖DOM平均含量分别为10.59 mg/L、8.97 mg/L,5月与8月DOM平均含量则分别为5.14mg/L、4.42 mg/L。太湖全年水体腐植酸最大吸收峰位置基本一致,其特征峰为A峰:(235~245nm)/(375~425nm),属于类富里酸。除了A峰,C区与M区也出现了明显的荧光反应,分别对应于胡敏酸与海洋腐殖质。  (4)从四种优势蓝藻培养过程中可观察到,腐殖酸浓度的变化趋势与细菌数量变化趋势一致,但与细菌数量曲线拐点相比,腐植酸浓度曲线拐点出现两周的延迟。丝状藻的DOM释放量高于微囊藻。到第11周时,水华微囊藻M.flos-aquae T34培养液DOM含量为56.15 mg/L,片状微囊藻M.Panniformis2B-3培养液DOM含量为61.7 mg/L。鱼腥藻属的Ana.flos-aquae609培养液在第11周DOM含量达86.7 mg/L,束丝藻属的Aph.gracile1681在第11周DOM含量为76.15 mg/L。四株优势蓝藻所产生的DOM均能观察到明显的类蛋白荧光峰,腐植酸所呈现的三维荧光指纹差异较大。M.flos-aquae T34腐植酸的三维荧光图有三个强荧光峰:C1(315~340 nm/400~430 nm)、M(290 nm/410~420 nm)、A(235~245 nm/405~425 nm)。M.Panniformis2B-3腐植酸荧光峰为:C(305~330nm/380~425 nm)、A(245 nm/420~425 nm)。Ana.flos-aquae609腐植酸荧光峰为:C(320~330 nm/395~420 nm)、M(285~295 nm/395~420nm)、A(245~260 nm/435~480 nm)。Aph.gracile1681腐植酸荧光峰为C(330~345 nm/450~495 nm)。
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