课题名称湖泊富营养化成灾机理及危害第8课题精.docx
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课题名称湖泊富营养化成灾机理及危害第8课题精
课题名称：
湖泊富营养化成灾机理及危害（第8课题）
（2002CB412308）
一、富营养化危害生态系统的表现、特征和评价研究
1、富营养化对水生生物群落与DNA多态性的影响
2、富营养化对水质和水生态系统危害的评价及其成灾机理
二、藻毒素生物合成机理及产毒株的分子鉴别
1、磷形态和微量元素对蓝藻产毒的效应和机理
2、产毒蓝藻的鉴定及其在环境中的变化
三、藻毒素的降解途径与机理
四、水华藻类异味产物的产生与释放机制
1、水华藻类异味物质的识别与测定
2、水华藻类异味物质的产生与释放
研究工作进展（--2003年9月）
一、富营养化危害生态系统的表现、特征和评价研究
1、富营养化对水生生物群落与DNA多态性的影响
收集各不同富营养化水平的湖泊中鱼类寄生生物标本和生态学数据。
它将用于以下研究：
1）进行物种鉴定、种类组成、种群分布和群落结构研究；2）提取基因组DNA，进行DNA多态性研究。
利用随机扩增多态性DNA（RAPD）技术研究分析了从5个不同富营养化水平的湖泊中采集到鱼类寄生生物样本，并对其中的一些种类进行了鉴定，发现在不同富营养化水平的湖泊中，鱼类寄生生物的物种多样性、优势种群及群落结构表现出较明显的差异，一些研究结果正在整理论文；至于这些生态学数据与湖泊富营养化特征数据之间直接关系，将在收集和处理足够多的数据后才能获得
取表层湖水100ml，离心收集所有生物；按常规方法提取总DNA。
本实验所使用的10-碱基引物购自OperonTechnologies公司。
本实验使用的10个引物为M组。
PCR反应条件扩增反应体系体积为25ul，其中含有10mmol/LTris-Hcl，pH8.3，50mmol/LKcl，0.3μmol引物,250μmol/LdNTP，2.0mmol/LMgcl2，30ng基因组DNA，1.5uTaqDNA聚合酶。
PCR反应在PERKINELMER公司的GeneAmpPCR9600上进行。
35个循环为94℃变性40秒，36℃退火50秒，72℃延伸1分钟。
第一个循环包括4分钟变性，最后一个循环增加10分钟延伸。
PCR产物在1.8%的琼脂糖中电泳分离，使用EB染色，显示结果以购自Gene公司的凝胶成像系统记录。
数据在处理中。
2、富营养化对水质和水生态系统危害的评价及其成灾机理
针对湖泊富营养化对水环境质量、水生态系统结构和功能、区域水资源、人类健康的危害影响这一核心目标，以我国东部江淮地区富营养化湖泊巢湖中蓝藻水华、水质变化和生态系统结构与功能变化三者之间的响应关系为研究主线，从今年年初展开调研工作，主要完成的工作有：
●基本完成巢湖流域背景资料调研
主要包括图形资料，社会经济发展资料，湖泊水文水质资料，巢湖-典型代表流域-农业化肥用量变化-土地利用变化，流域主要河流养分动态及生态结构特征。
为了反映巢湖湖泊生态系统生态结构及其功能的时间动态变化及其潜在的享用响应关系，调查时相序列分为三个阶段：
1980年以前，1980-1990年，1991-现在。
●基本完成调查国内外有关水体富营养化研究方面的资料，初步建立以巢湖富营养化为评价主体的概念模型。
●目前正在进行巢湖多年来水生生态系统结构方面的调研，同时包括蓝藻藻华-鱼类产量-水质-水资源利用的效益评价分析。
主要研究成果
一级流域中河流或溪流形态、生态结构、水质动态过程同湖泊水环境质量密切相关（见下图表）。
以巢湖北岸中庙附近的六叉河流域中的源头溪流为研究对象，研究发现，溪流水体质量（水生植被初级生产力）、入湖养分浓度同湖泊水质（近河区域）存在相关关系。
初步分析我们认为，流域河流或溪流水环境质量同相邻湖泊富营养化存在相关关系，通过河流环境评价可以建立湖泊富营养化的外源评价系统（传统评价是基于湖泊内源数据如湖泊水质、生态结构、水动力学过程及水产、旅游等为指标的内源评价系统）。
这一评价体系对水库化湖泊尤其重要。
流域系统对湖泊水环境质量的影响非常显著，但是如何建立湖泊富营养化同流域社会经济效应方面关联分析，国内外一直鲜见合适的研究范例，这同缺少适当的有代表性因素-效应链有关，通过对入湖溪流质量的有效评估，可以建立流域过程-湖泊富营养化动态-社会经济效应这一高度相关的链式评估体系。
湖泊富营养化链式评价关联概图
六叉河不同溪流断面上的养分变化动态
断面
TP（%）
DRP（mgkg-1）
TN（%）
NO3－-N（mgkg-1）
NH4+-N（mgkg-1）
L1-2
0.068±0.017
12.53±5.14
0.16±0.05
1.35±0.99
1.71±1.44
L2-3
0.086±0.036
12.59±2.58
0.14±0.03
1.67±0.12
1.18±0.28
L3-4
0.081±0.016
7.86±6.69
0.09±0.02
1.50±0.11
1.68±0.45
L4-5
0.057±0.016
7.07±2.57
0.14±0.05
1.19±0.15
1.26±0.25
L5-6
0.071±0.036
12.00±7.21
0.17±0.02
2.18±1.11
1.63±0.64
L6-7
0.068±0.022
9.78±2.15
0.16±0.06
0.96±0.71
2.54±2.21
L7-8
0.086±0.013
7.55±4.55
0.16±0.06
0.81±0.09
1.97±0.94
L8-9
0.071±0.015
10.72±5.15
0.14±0.05
1.45±1.15
2.38±1.47
六叉河环境质量总体评估的空间差异性
评价项目
渠道型断面
水塘型断面
河口型断面
L1-2
L2-3
L3-4
L5-6
L4-5
L6-7
L7-8
L8-9
河床组成
一般
差
差
一般
差
差
差
差
池塘／急流
差
一般
一般
一般
差
差
差
差
河岸植被
一般
一般
一般
差
差
差
差
差
边缘植被
一般
差
一般
一般
一般
好
好
好
平均流速
好
好
差
好
差
一般
差
差
水深
差
一般
一般
一般
优
好
好
好
沉水植物
一般
差
一般
差
一般
好
好
好
有机碎屑
一般
差
一般
差
好
好
好
好
冲刷／淤积
一般
极差
好
一般
好
好
好
好
Σ评价结果
差
极差
差
极差
好
极好
好
好
二、藻毒素生物合成机理及产毒株的分子鉴别
1．不同氮源形态和微量元素对铜绿微囊藻DC-1生长和产毒的效应
主要结果：
氯化铵、硝酸钠、尿素、N，N2羟乙基苷氨酸（bicine）、亮氨酸或精氨酸都不能作为唯一氮源支持藻DC-1的生长。
但在bicine和硝酸钠共同作为氮源下，可以最大限度地促进DC-1藻的生长和MC-LR产量。
虽然精氨酸和亮氨酸是MC-LR环状多肽结构中的2个氨基酸组成成分，但它们的存在反而会抑制藻DC-1对MC-LR的产生。
铁或硅对藻DC-1的生长没有明显的效应，但却显著刺激了藻DC-1对MC-LR的生物合成。
藻DC-1细胞中的MC-LR含量变化规律是：
在生长延迟期较低，进入生长指数期后逐渐增加并达到最大，在指数生长后期时又开始有所下降。
不同氮源形态对铜绿微囊藻DC-1生长的效应
在bicine是否存在下，不同氮源形态对铜绿微囊藻DC-1生
Bicine存在下不同氮源形态对铜绿微囊藻DC-1生长的效应
Bicine存在下不同氮源形态对铜绿微囊藻DC-1产毒的效应
硅对铜绿微囊藻DC-1生长的效应
图4.11硅对铜绿微囊藻DC-1产毒的效应
2．产毒蓝藻的鉴定及其在环境中的变化
（1）建立了水体和生物体（藻）中微囊藻毒素的定量测定方法
●HPLC—建立基本方法（武汉）。
●更为灵敏快速ELISA测试法正在建立中，除水样和藻样外，该方法还可望应用于生物样品（如鱼、浮游动物、植物）的检测（武汉）。
（2）完成神经毒素和麻痹性贝毒素的资料收集与整理，拟采用HPLC柱后衍生法和HPLC-MS方法进行测定。
定购标样工作正在进行。
三、藻毒素的降解途径与机理
1．藻毒素的非生物降解研究（紫外光降解和化学氧化降解）。
在300-400nm（UVA）紫外光下,MC-RR只能部分降解,同时产生两种几何异构体4（Z）-Adda-MC-RR和6（Z）-Adda-MC-RR；在光强为1.40-8.00mw/cm2时,12h内MC-RR仅降解50～70%,产生的两种异构体始终保持一定的比例.在253.7nm（UVC）下,MC-RR除生成两种异构体外,还生成中间产物[三环-Adda]MC-RR,在光强0.850mw/cm2下照射60min,产生的异构体和中间产物随MC-RR一起基本消失,降解率达99%.统计分析表明,在UVA和UVC下,MC-RR的浓度C随时间t的变化可用准2级反应速率方程描述,表观反应速率常数k随着光强度的增加而增大,二者呈线性正相关.尽管UVC强度仅为UVA的10%,但MC-RR在UVC下的反应速率却比UVA下高了近两个数量级.
在化学法氧化降解微囊藻毒素研究中，高锰酸钾氧化MCRR反应进行的非常迅速，在试验条件下，10min内MCRR降解率达99％以上，整个反应是一个二级反应，对于每种反应物而言均为一级反应，反应的活化能为18.9kJ/mol。
当温度为15－30℃时，二级反应速率常数在0.154－0.225之间。
影响高锰酸钾氧化去除MCRR的因素主要有初始高锰酸钾浓度、初始MCRR浓度及反应温度，另外pH对反应的速率也有一定影响。
2．研究了滇池底泥微生物对MC的降解效果与机理
四、水华藻类异味产物的产生与释放机制
未有大的进展。
发表论文
闫海、潘纲、张明明，微囊藻毒素的研究进展。
生态学报，2002,22（11）:
1968-1975
接受与送审的论文
闫海、潘纲、张明明。
微囊藻毒素的提取提纯研究。
环境科学学报（接受）
闫海、潘纲、张明明等。
碳纳米管加载微生物高效去除微囊藻毒素研究。
送审中国科学。
ChenXiaoguo,XiaoBangding,XuXiaoqing.KineticsoftheoxidationofMC-RRbypotassiumpermanganate（submitted）.
GangPanandHailiuChen,ThetoxicityofCu（II）,Zn（II）,Cd（II）,andCr（VI）onthegrowthoffivemicroalgae,Chemosphere（完稿）.
Yan,H.,Pan,G.,2003,IncreaseinbiodegradationofdimethylphthalatebyClosteriumlunulausinginorganiccarbon,Chemosphere,（submitted）.
H.YAN,G.PANandM.M.ZHANG,2003,BiodegradationofMicrocystin-RRandLRbyanIsolatedRalstoniasolanacearum,Environ.Sci.&Technol.,（完稿）.
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