藻类生长和产毒素过程中微量金属元素的影响特性与作用机制研究

发布时间：2020-10-11 19:58

　　随着城市化进程的发展,城市生态环境建设已成为评价一个城市发展状况的重要指标,而城市水体作为城市生态环境和景观建设的重要组成部分,也越来越受到城市管理者的重视。城市水体受其所处地理位置及功能定位的影响,一般都具有水深浅、流速低、易受人类活动影响等典型特点,这使得保障城市水体水质成为城市生态环境建设的一个难题。城市水体富营养化现象频发,景观功能丧失成为城市水体治理面临的最主要问题。以往的研究结果表明,水体富营养化是由于营养盐过盛导致藻类过度繁殖所造成的,特别是氮磷等营养盐过剩,被认为是导致水体富营养化的最直接因素。然而,随着对近年来水体富营养化过程的进一步研究分析,自然水体中含量较低的微量元素也引起了科研人员注意。微量元素作为藻类生长繁殖的重要营养物,对于藻类的增殖具有不可替代的作用。部分研究者认为:在水体富营养化发生的前置期,即水中藻密度低于一定程度阶段,微量元素浓度对藻类的生长具有重要的影响作用,甚至会成为主要影响因子。此外,随着工业的发展和城镇化进程的推进,越来越多的微量金属元素随着人类的各项生产和生活过程进入到自然界的物质循环过程中,干扰了自然界原有的物质循环,并影响到水体中藻类等浮游植物的增殖。因此,从控制藻类过度繁殖引起的水体富营养化的角度出发,迫切需要从科学的角度出发研究微量元素对藻类生长的影响,为揭示微量元素对藻类生长的影响规律,以及进一步控制水体富营养化提供理论依据。本研究依托国家重大水专项子课题“城市水体中氮磷及微量元素对水环境质量的影响研究”,通过分析本课题组对西安市典型城市水体的调研结果,选定铁、锰、锌、铜、钼5种微量元素作为本研究的特征微量元素。此外,结合城市水体调查结果中的氮磷营养物质浓度,选定一定浓度的氮磷营养条件作为本研究的基本营养物质条件。在上述基础上,以富营养化水体最常见的铜绿微囊藻为实验藻种,开展了专题实验室研究。本研究主要揭示了微量元素对藻类生长繁殖的影响特性及产生这些特性的氮磷营养条件,提出了富营养化防治过程中氮磷与微量元素并举的控制策略。主要得到以下结论:(1)微量元素对藻类增殖的影响受氮磷营养条件的限制,即微量元素对藻类增殖产生显著性影响是以一定的氮磷营养条件为基础的。在城市水体微量元素的控制时应结合水体当前的氮磷营养条件综合考虑,忽视氮磷浓度而简单的只考虑水体中微量元素的浓度对于控制水体中藻类增殖的意义并不大。(2)微量元素对藻类增殖的基本规律为:当微量元素处于较低浓度时,其对藻类增殖的影响是限制性的,在此条件下增加微量元素浓度能有效的促进藻类的增殖;当微量元素浓度过高时,由于重金属的生物毒性,其对藻类的增殖是抑制性的;适度的微量元素浓度对藻类增殖有很好的促进作用。(3)铁、锰、锌、铜、钼五种微量元素在一定条件下均能对铜绿微囊藻增殖产生显著性促进,这五种微量元素对铜绿微囊藻增殖的最适促进浓度区间依次为500~1000μg/L,20~80μg/L,0.5~5μg/L,1~10μg/L,1~5μg/L。(4)在氮浓度较高(硝态氮≥10 mg/L),磷浓度相对较低(磷酸盐≤0.1mg/L)时,铁、锰、锌、铜、钼这五种微量元素能够对铜绿微囊藻增殖产生显著性影响,但由于各种元素对藻类增殖的协同性,部分浓度条件时可能并不完全符合此规律。(5)微量元素对藻类增殖的影响与其对藻类吸收氮磷等营养物质影响之间存在密切关系。在不同的微量元素浓度下,藻细胞组成中的氮、磷、碳三种元素的比例存在一定差异,特别是氮元素的含量,这与藻类对硝态氮吸收的影响结果是一致的。(6)微量元素对铜绿微囊藻合成藻毒素的影响规律与对藻类增殖的基本规律相似;在铜绿微囊藻生长过程中,藻毒素的含量随着培养时间的增加先增加后减小。经分析发现,单细胞藻毒素含量与藻细胞比增长率之间存在线性关系:q=aμ+b。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X52
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 城市水体及微量元素
        1.1.1 城市水体及其点特
        1.1.2 微量元素的定义
        1.1.3 城市水体中微量元素的来源
        1.1.4 城市水体中微量元素的危害
        1.1.5 城市水体现状
    1.2 微量元素对藻类生长影响研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 微量元素影响藻类生长的作用机理
        1.3.1 铁元素作用机理
        1.3.2 钼元素作用机理
        1.3.3 锰元素作用机理
        1.3.4 锌元素作用机理
        1.3.5 铜元素作用机理
    1.4 研究内容、目的及意义
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究目的
        1.4.3 研究意义
    1.5 研究的技术路线
    1.6 本章小结
2 实验设计
    2.1 实验基本原理及设计思路
        2.1.1 AGP实验及其原理
        2.1.2 本研究中改进AGP实验的设计思路
    2.2 实验藻种的选定
    2.3 特征微量元素的选择
    2.4 氮磷营养条件的确定
    2.5 本章小结
3 微量元素对藻类生长影响实验
    3.1 实验材料
        3.1.1 实验涉及的仪器设备
        3.1.2 实验用器皿
        3.1.3 实验用藻种
        3.1.4 实验用药剂
    3.2 实验过程
        3.2.1 细胞预培养
        3.2.2 细胞饥饿处理
        3.2.3 实验培养
        3.2.4 培养结束后样品处理
    3.3 实验中各指标的测定方法
        3.3.1 藻密度的测定
        3.3.2 硝态氮的测定
        3.3.3 微量元素的测定
        3.3.4 叶绿素a的测定
        3.3.5 藻毒素的测定
        3.3.6 细胞组成的测定
        3.3.7 比增长率的计算
    3.4 微量元素对藻类生长影响实验方案
        3.4.1 铁元素对藻类生长影响实验方案
        3.4.2 钼元素对藻类生长影响实验方案
        3.4.3 锰元素对藻类生长影响实验方案
        3.4.4 铜元素对藻类生长影响实验方案
        3.4.5 锌元素对藻类生长影响实验方案
    3.5 本章小结
4 微量金属元素对藻类生长影响特性与作用机制
    4.1 铁元素对铜绿微囊藻生长的影响特性与作用机制
        4.1.1 铁元素单一限制对藻类增殖的影响
        4.1.2 铁元素对铜绿微囊藻增殖的影响
        4.1.3 铁元素对铜绿微囊藻产毒素的影响
        4.1.4 铁元素对铜绿微囊藻营养物吸收的影响
    4.2 钼元素对铜绿微囊藻生长的影响特性与作用机制
        4.2.1 钼元素对铜绿微囊藻增殖的影响
        4.2.2 钼元素对铜绿微囊藻产毒素的影响
    4.3 锰元素对铜绿微囊藻生长的影响特性与作用机制
        4.3.1 锰元素对铜绿微囊藻增殖的影响
        4.3.2 锰元素对铜绿微囊藻产毒素的影响
        4.3.3 锰元素对铜绿微囊藻营养物吸收的影响
    4.4 锌元素对铜绿微囊藻生长的影响特性与作用机制
        4.4.1 锌元素对铜绿微囊藻增殖的影响
        4.4.2 锌元素对铜绿微囊藻产毒素的影响
        4.4.3 锌元素对铜绿微囊藻营养物吸收的影响
    4.5 铜元素对铜绿微囊藻生长的影响特性与作用机制
        4.5.1 铜元素对铜绿微囊藻增殖的影响
        4.5.2 铜元素对铜绿微囊藻产毒素的影响
        4.5.3 铜元素对铜绿微囊藻营养物吸收的影响
    4.6 本章小结
5 结论与展望
    5.1 研究结论
    5.2 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表的学术论文及成果

【参考文献】

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