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本文探讨了在实验室内模拟磷营养的贫营养化和超富营养化水平上不同氮磷比对于铜绿微囊藻(Microcystisaerugionosa)和斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)生长的影响,通过单独培养和混合培养研究比增长率的变化,探讨实验室条件下氮磷比对微囊藻和栅藻生长竞争所具有的选择作用。
“TN/TP小于29,蓝藻在整个藻类生物量中的份额将会占据主导优势”这一理论引起了广泛的讨论,至今没有实验室和湖泊尺度上的研究能确证氮磷比在蓝藻成为水华优势种的过程中是主导因子。大量实验室研究和湖泊调查在进行时没有确定哪一种主要营养元素处于限制状态。“在实验室模拟条件下将藻混合培养考察氮磷比的影响”也鲜有报道。为了深入探讨水体中优势种藻类之间的种间关系,本文选择铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)进行混合培养实验,引入流式细胞仪检测叶绿素荧光实现针对活细胞的精确计数,明确区分氮磷营养的限制条件并尝试通过流式细胞仪特有的分选功能将混合培养的藻分开进行相关研究,以实现竞争模拟条件下的定量测定。
实验结果表明,微囊藻在氮磷比小于29时比增长率可以达到0.5以上,尤其在混合培养时比增长率μ超过了0.8。但是当氮磷比为100时,贫营养化水平0.06μmol/LP的微囊藻μ=0.22而超富营养化水平20μmol/LP的μ=0.68。氮磷比规则在超富营养化水平下不适用。栅藻在磷的超富营养化水平下较之贫营养化水平时生长的更好,氮磷比29的影响对于绿藻而言并不如对蓝藻那样明显。但在混合培养,尤其是在贫营养化0.06μmol/LP的水平上,栅藻明显受到了微囊藻的抑制,不再具有单独生长时极高的增长率,使得微囊藻迅速占据优势。混合培养时贫营养化磷浓度为0.06μmol/L,TN/TP为29、10微囊藻在藻的份额中处于绝对的优势(生物量比值接近11:1);TN/TP为100时栅藻份额增长迅速,超过了微囊藻。在超富营养化20μmol/LP的各TN/TP培养中,低氮磷比规则对藻类最终份额作用不明显。在磷营养水平较低时氮磷比在10-20之间对微囊藻增长率促进最大。TN/TP对于蓝藻优势种形成的作用与否取决于藻类是否处于氮或磷的限制。
本实验测定了太湖铜绿微囊藻和斜生栅藻磷摄取的一系列参数。栅藻的比增长率最大值μm1.51d-1远大于微囊藻的0.86d-1。微囊藻的半饱和常数Ks(halfsaturationconstantforalgaegrowth)为16.21μmol/L高于栅藻的Ks1.47μmol/L、磷摄取的米氏常数(halfsaturationcostantforPuptake)也说明了微囊藻在营养富足条件下将不敌栅藻。微囊藻的米氏常数Km=17.66μmol/L而栅藻Km=2.03μmol/L。但是微囊藻具有更小的藻细胞最小磷份额K(Psubsistencequota)4.36μg/(mg·dw),而栅藻的最小磷份额为9.51μg/(mg·dw)。微囊藻的摄磷速率(PsufficientanddeficientmaximumPuptakerate)较之栅藻有很大优势,在磷饥饿和磷丰富时细胞最大的摄磷速率分别为Vmax饥=1.66μg/(L·mg·h)和Vmax丰=0.06μg/(L·mg·h),栅藻磷饥饿和磷丰富时细胞最大的摄磷速率分别为Vmax饥=0.245μg/(L·mg·h)和Vmax丰=0.012μg/(L·mg·h)。这表明外界磷的供应短缺时,栅藻较之微囊藻无法迅速有效的摄取磷,导致细胞内磷营养库供给不足不能继续维持较高的增长率,而微囊藻则可以迅速过度吸收磷营养进一步增长。微囊藻的过度储磷系数Q0/Qmax(luxurystoragecoefficiet)为0.14,栅藻过度储磷系数Q0/Qmax=0.35。Q0和Qmax的差距越大藻细胞内磷份额弹性越大,越容易适应营养限制的环境。这一系列测定值为水质预警模型构建提供了参考值。本文讨论了外部磷的浓度S、细胞内磷份额Q与比增长率μ和摄磷速率V之间的关系。微囊藻所具有的较高摄磷速率Vmax、较小的最小细胞磷份额K和较大的胞内磷贮积能力使其迅速积累起生长所需的磷。外界磷的供应短缺时,细胞内磷营养库供给不足,栅藻无法继续维持较高的增长率,而微囊藻则可以依靠过度吸收的磷进一步增长,在低营养浓度条件下得到高增长,这就是竞争的优势。