改性粘土方法对典型藻华生物及大菱鲆胚胎的影响研究

发布时间：2020-04-17 05:45

【摘要】：有害藻华(Harmful Algal Blooms,HABs)频发严重威胁着海洋渔业、水产养殖业、旅游业及人类健康。改性粘土技术通过对天然粘土矿物进行表面改性,实现了对多种藻华生物的高效去除,目前已成为国内外藻华应急处置的首选方法。以往针对改性粘土的研究多以微藻营养细胞为实验对象。而某些藻华生物生活史中存在一些特殊阶段,这些处于特定阶段的藻细胞在藻华暴发中发挥着重要作用。改性粘土对于这些处于特殊阶段的典型藻华生物影响如何尚缺乏研究。浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体一直被认为是我国绿潮暴发的重要种源生物之一,本研究以浒苔微观繁殖体为研究对象,考察了不同体系改性粘土方法对其去除效果及萌发影响。孢囊的形成与萌发是某些甲藻藻华消亡及暴发的关键过程,本研究以典型有毒甲藻—太平洋亚历山大藻(Alexandrium pacificum)为研究对象,综合考察改性粘土絮凝沉降过程对甲藻孢囊形成及萌发的影响,同时关注改性粘土在絮凝沉降太平洋亚历山大藻后,对水体内及沉积絮体内麻痹性贝类毒素含量及组分的影响。为进一步考察改性粘土在敏感水域应用的安全性,以大菱鲆(Scophthalmus maximus)胚胎为模式生物,探究改性粘土对处于敏感期的鱼类胚胎-仔鱼阶段存活及生长发育的影响。针对三个不同的研究对象,所取得的几个阶段性成果如下:浒苔微观繁殖体:利用不同配比的硫酸铝改性粘土(AS-MC)及聚合氯化铝改性粘土(PAC-MC)对微观繁殖体进行去除,结果发现,同配比同浓度下,AS-MC去除效果优于PAC-MC,去除率随改性粘土及改性剂浓度增加而升高。对去除后水体内残余微观繁殖体及包含絮体在内的总体系微观繁殖体进行萌发培养,结果发现改性粘土在一定配比及浓度下能有效抑制其萌发,最高抑制率可达100%。太平洋亚历山大藻孢囊:通过室内培养太平洋亚历山大藻模拟其藻华的暴发过程,向藻液中分别添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的改性粘土进行去除,去除结果显示,改性粘土对藻细胞的去除率随浓度升高而提升,适量改性粘土可将藻细胞密度在90 d内控制在较低水平。休眠孢囊密度在0.2、0.4 g/L改性粘土组中稍高于对照,在高于0.4 g/L的改性粘土组中低于对照。计算发现,总体而言,添加改性粘土并未显著提高休眠孢囊形成率。将形成的休眠孢囊在适宜条件下进行萌发培养,结果显示,添加改性粘土后孢囊形成率由对照组的68%降低到12.4%,即一定浓度的改性粘土不利于休眠孢囊的萌发。改性粘土可在24 h内迅速降低环境体系内的麻痹性贝类毒素含量,特别是水体中毒素含量,0.8 g/L改性粘土可将水体毒素含量迅速降至检测限以下。大菱鲆胚胎:选择典型经济硬骨鱼类—大菱鲆为模式生物,在其对环境变化最为敏感的胚胎阶段开展毒理学实验,探究改性粘土对其胚胎-仔鱼阶段存活及发育的影响。研究结果显示,不高于1.0 g/L的改性粘土不会造成胚胎存活率及孵化率的显著降低。改性粘土对大菱鲆胚胎24 h及48 h的半致死浓度(LC_(50))分别为1.70、1.65 g/L,依此计算得到安全浓度为0.5 g/L,高于改性粘土现场使用浓度。持续跟踪初孵仔鱼的生长发育指标发现,不高于0.5 g/L的改性粘土未对初孵仔鱼的生长发育指标造成不良影响。综上,在以往的基础上,本研究进一步探究改性粘土对于典型绿潮藻微观繁殖体、甲藻孢囊、毒素及非藻华水生生物敏感阶段的影响。研究发现在特定改性剂及配比下,适量改性粘土能够有效去除浒苔微观繁殖体并抑制其萌发;一定浓度改性粘土不会为底层环境中埋下更多具有萌发能力的孢囊作为藻华再次暴发的“种源”,且在有效去除有毒藻细胞24 h内,使得体系内藻毒素含量迅速降低;现场应用浓度范围内的改性粘土未对受试鱼类胚胎存活、孵化及初孵仔鱼的生长发育造成不良影响。本研究为全面了解改性粘土在治理有害藻华过程中的生态环境效应提供了一定的参考依据。
【图文】：

过程图,浒苔,无性生殖,有性生殖过程

浒苔复杂多样的繁殖策略是其生物量在短时间迅速增长的重要因素（图1.2）。笼统地说，浒苔可以通过营养繁殖、无性生殖和有性生殖三种方式实现增殖。营养繁殖是指浒苔藻体通过体细胞有丝分裂产生新藻体。黄海绿潮在漂浮聚集过程中，通常以营养繁殖方式不断增殖。在漂浮过程中由于外力断裂的每一段藻体都有重新长出新的分枝、形成独立藻体的能力。无性生殖包括浒苔配子体产生配子，配子失去鞭毛固着分裂形成新的配子体。有研究发现浒苔还可通过产生双鞭毛或四鞭毛中性孢子，从而形成新的孢子体进行繁殖（Bliding，1963；Hiraokaet al.，2003；马家海等，2009）。典型的有性生殖过程包括：雌雄异株的配子体释放配子，雌雄配子接合后形成四鞭毛合子，二倍体合子失去鞭毛在合适固着基上附着生长形成孢子体，孢子体成熟后通过减数分裂形成四鞭毛孢子，四鞭毛孢子固着萌发再次形成配子体，从而完成世代交替。在浒苔的生长繁殖中，其微观阶段的生物可统称为微观繁殖体，包括雌雄配子、孢子、合子、微观断枝等（刘青，2015）。微观繁殖体是潮间带大型藻类应对严酷环境的主要存活策略之一。浒苔微观繁殖体在江苏近岸海域广泛分布，其对不良环境具有较强的耐受能力，温度升高、扰动及营养盐含量升高都有助于其萌发生长。大量存在的微观繁殖体可帮助浒苔成功度过冬季，，为来年春天的暴发提供种源（Liu et al，2012）。研究发现

过程图,甲藻,生活史,细胞转化

通过复杂的营养方式，甲藻得以获得生长繁殖所必需的能量来源。复杂的生活史过程对于许多甲藻的存活与生长具有重要意义。藻类生活史是指藻细胞或个体在不同细胞形态、生理特性、遗传状态，以及时空位置上进行一定规律性转换的全过程（唐赢中等，2016）。为避免灾难性后果，甲藻会从营养细胞向有复原能力的细胞形态转化（休眠阶段或孢囊），增厚的细胞壁会使得藻细胞不会轻易受到不良环境的影响（图 1.3）。在近 2000 种已知的海洋甲藻中超过 10%的种类会在其生活史某阶段产孢囊（Bravo and Figueroa，2014）。甲藻孢囊最初是古生物学家和孢粉学家的研究对象，对甲藻孢囊的最早描述发生在1883年，Ehrebberg 对化石甲藻孢囊进行了描述，化石孢囊可以在前寒武纪或者至少从志留纪至全新世的地层岩石或沉积物中发现，这意味着甲藻孢囊已经在地球上存在了 6 亿年以上（王朝晖，2007）。有些孢囊可在存活上百年后仍保持其萌发能力（Miyazono，2012）。这种复杂的生活史为甲藻在生态学上的成功提供了一定程度上的有利条件（唐赢中等，2016）。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X55

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