藻源性顆粒有機物對磷饑餓微囊藻磷富集與生長的影響

何 東,晁建穎,張毅敏,楊 飛,王 宇,郭艷敏(.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京20042；2.江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司,江蘇 南京 20029；3.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室,江蘇 南京 20008)

藻源性顆粒有機物對磷饑餓微囊藻磷富集與生長的影響

何 東1,2,晁建穎1,3*,張毅敏1*,楊 飛1,王 宇1,郭艷敏1(1.環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇 南京210042；2.江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司,江蘇 南京 210029；3.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國家重點實驗室,江蘇 南京 210008)

以藻源性顆粒有機物為切入點,分別以正磷酸鹽(K2HPO4)、多聚磷酸鹽(Na5P3O10)、磷酸單酯(G-6-P)、磷酸二酯(卵磷脂)為參考,對比研究了不同形態(tài)的磷對磷饑餓微囊藻生長及對磷富集的影響.研究發(fā)現(xiàn)密度為(1.9±0.1)×106cells/mL 磷饑餓處理的微囊藻對不能直接利用的Na5P3O10、卵磷脂的短期富集作用分別為2.034mg/L、1.030mg/L要明顯高于K2HPO4的0.491mg/L、G-6-P的0.034mg/L和藻源性顆粒物的 0.573mg/L,可能與這些磷素不能迅速進入細胞內(nèi),因而被大量的積聚在細胞膜與細胞壁之間有關(guān).微囊藻通過釋放堿性磷酸酶等酶系可以大量快速的利用藻源性顆粒物,藻源性顆粒物組中微囊藻生長率0.148d-1稍低于K2HPO4組的0.156d-1,但均高于其他實驗組.實驗結(jié)束時微囊藻對藻源性顆粒物的利用率57.8%高于K2HPO4組的32.5%和卵磷脂組的24.4%.通過液相核磁分析,藻源性顆粒物中磷的組分主要為正磷酸鹽、磷酸單酯,并通過計算驗證了其對磷饑餓銅綠微囊藻的磷富集與生長的影響.綜上,藻源性顆粒物有著極強的生物可利用性,對藍藻的爆發(fā)和持續(xù)性有著重要影響.

藻源性顆粒有機物；磷富集；生長速率；銅綠微囊藻

磷是藻類體內(nèi)不可缺少的重要元素,是核酸、磷脂、細胞內(nèi)儲物聚合磷酸鹽等細胞內(nèi)有機大分子的重要成分.根據(jù)Redfield的比例,藻細胞中C、N、P比例約為106:16:1[1],由Liebig最小因子定律可知,磷元素往往是藻類生長的限制因子.因此,磷元素對藻類的生長和代謝有著重要的作用.

藻類對于磷的利用,受磷形態(tài)的不同,利用的速率和方式不同.有研究表明,可溶性正磷酸鹽、小分子有機磷易被藻類吸收[2],而對大分子有機磷和無機聚合磷則可以通過釋放酶系來加以利用[3].藻類在磷饑餓條件下,藻類會出現(xiàn)增加原生質(zhì)體膜磷的透性、增加酶系活性等生理機制[4],在出現(xiàn)高磷營養(yǎng)條件下,對磷的利用則會出現(xiàn)過度吸收并以聚磷酸鹽的形式儲存在細胞內(nèi)[5].銅綠微囊藻對磷的吸收分兩種方式,在外界磷濃度高的時候,采用擴散方式進行吸收,在外界磷濃度低的時候,采用主動運輸?shù)姆绞絒6],因此處于磷饑餓狀態(tài)的藻對磷有快速的吸收能力.

研究顯示,藻類具有較強富集和降解能力,衣藻、裸藻和聚球藻對三唑磷有很強的積累能力和一定的降解能力[7].加藻在反復(fù)擾動下,也會吸附同化了部分 Ca-P[8].李愛民等[9]研究了不同藻類對三唑磷富集的不同,并得出藻類對三唑磷的富集量與藻體表面積有關(guān).對銅綠微囊藻的研究也顯示磷饑餓的銅綠微囊藻對甲胺磷和辛硫磷有著很好的降解及快速富集的作用[10],而在對隔的吸附中,細胞膜表面出現(xiàn)了絮狀物的變化[11],對芘結(jié)合能力還受到溶解氧的影響[12].

太湖藍藻爆發(fā)時,微囊藻屬可以占到藍藻總數(shù)量的90%以上[13].水體中總磷主要以顆粒態(tài)形式存在,溶解態(tài)總磷和生物可利用磷(SRP)濃度很低[14].而藻型湖區(qū)內(nèi),有機P又為顆粒態(tài)P的主要形態(tài)[15].顆粒物會在短時間內(nèi)降解并釋放出大量可以利用的營養(yǎng)鹽[15-16].本文即以太湖懸浮態(tài)顆粒物為研究對象,通過室內(nèi)培養(yǎng)實驗,以正磷酸鹽(K2HPO4)、多聚磷酸鹽(Na5P3O10)、磷酸單酯(G-6-P)、磷酸二酯(卵磷脂)為參考,研究顆粒態(tài)磷降解過程釋放的磷元素對銅綠微囊藻生長的影響,以及銅綠微囊藻對不同形態(tài)磷的利用和富集的不同.并在此基礎(chǔ)上提出銅綠微囊藻對不同磷的吸收的機理的假設(shè).

1 材料和方法

1.1 藻種來源及培養(yǎng)條件

實驗設(shè)置5個實驗組,以BG-11培養(yǎng)基為基礎(chǔ),分別采用K2HPO4、Na5P3O10、G-6-P、卵磷脂(大豆)及太湖藍藻爆發(fā)時的懸浮態(tài)顆粒物作為磷源,其余組分相同.實驗初始的總磷濃度在(5.0±0.2) mg/L.

實驗用的微囊藻來源于中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,實驗前將在處于S期生長的微囊藻離心,用無P的培養(yǎng)基洗滌離心3次后,移入無P的培養(yǎng)基中培養(yǎng)15d再接入不同磷源的滅菌的培養(yǎng)基.初始藻密度在(1.9±0.1)×106cells/ml,培養(yǎng)溫度26℃,150rpm,光照黑暗12h:12h培養(yǎng),光照強度4000lx.

1.2 藻源性顆粒物來源

實驗中太湖懸浮態(tài)顆粒物采自2014年夏季,太湖梅梁灣口東岸“中國科學(xué)院太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng) 研 究 站 ” 棧 橋 附 近 (120°12'49.67″E, 31°29'09.99″N),距離岸邊約200m,使用25號浮游生物網(wǎng)收集.低溫晾干后磨碎使用.

1.3 測定項目及其方法

1.3.1 水體中基本理化指標測試 接種前取樣并測定體積,記錄加入藻液體積,算出初始濃度.在搖床上培養(yǎng)1h再次取樣,之后每2d測定一次.測定總?cè)芙鈶B(tài)磷(TDP)、磷酸根()參照文獻[17],在實驗室測得.

1.3.2 細胞計數(shù)及分析 藻細胞采用浮游植物計數(shù)框計數(shù).自接種當(dāng)天起,每2d計數(shù)1次,得到單位培養(yǎng)液中的細胞數(shù).細胞的比生長速率μ= (lnNt-lnN0)/(t-t0),式中,N0、Nt分別表示單位水體藻類細胞的起始數(shù)量和 t天后的細胞數(shù)量,單位為cells/mL.

1.3.3 水體堿性磷酸酶活性(APA) APA采用硝基苯磷酸二鈉(p-NPP)做為反應(yīng)底物測定,取2mL水樣,1mL 0.1mol/L Tris、2mL 0.001mol/L pNPP,30℃溫度下避光培養(yǎng) 6h,然后加入0.5mL0.1mol/L 的 NaOH 終止反映進程. 5000r/min離心10min,在分光光度計410nm測量吸光度.利用NPP在410nm波長的吸光值制作標準曲線,計算反應(yīng)體系中水解產(chǎn)生的 NPP濃度,從而計算APA[18].

1.3.4 太湖藻源性顆粒物 31P液相核磁共振(31P-NMR)測試 藻源性顆粒物樣品在0.25mol/L的NaOH和0.05mol/L的EDTA混合溶液常溫下恒溫震蕩 16h,提取顆粒態(tài)磷;提取后的溶液經(jīng)-50℃冷凍干燥48h,干燥后的樣品上機測試前儲存在-20℃環(huán)境下;上機測試前樣品加入0.5mL、1mol/L的NaOH溶液,在10000r/min, -4℃條件下離心 20min,以確保測試液中沒有懸浮顆粒物;每份樣品中加入 0.1mL重水(氘代試劑),以鎖定峰場;磷譜的測定環(huán)境如下:采用BRUKER AV600型號,采用 BRUKER標準腔5mm的BBO探頭,磷譜的脈沖為12.0usec,脈沖功率為 3.0db,共振頻率 202.46MHz.循環(huán)延遲為2s,掃描2萬次,持續(xù)時間大約16h.所有磷譜的化學(xué)位移均參照 85%的正磷酸,所獲得的峰值參照已發(fā)表文獻,確定不同化學(xué)位移磷的組成,對樣品的不同組分圖譜進行積分,計算不同組分有機磷的比例[19-20].

1.4 數(shù)據(jù)分析及作圖

本實驗數(shù)據(jù)分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件包,作圖使用 origin 9.0軟件,核磁數(shù)據(jù)分析使用MestReNova軟件.

2 結(jié)果

2.1 不同磷鹽條件下培養(yǎng)液中微囊藻細胞數(shù)的變化

圖1為本次實驗中各組細胞數(shù)變化.五個實驗組中初始藻密度均在(1.9±0.1)×106cells/mL, K2HPO4、卵磷脂(大豆)、太湖藻源性顆粒物、G-6-P、Na5P3O10均能夠使微囊藻生長,但生長率相差顯著.實驗結(jié)束時 K2HPO4組的微囊組數(shù)目最高,為2.26×107cells/mL,優(yōu)于卵磷脂的2.04× 107cells/mL和藻源性顆粒物粉末組的 1.94× 107cells/mL. K2HPO4、卵磷脂(大豆)、太湖藻源性顆粒物三組在第 14d,生長速率開始下降,為K/2點.Na5P3O10和G-6-P二個實驗組,在實驗前期,微囊藻緩慢生長,第 8d時分別達到最大值3.82×106cells/mL和 3.59×106cells/mL,之后生長出現(xiàn)停滯,并從第12d開始,微囊藻開始死亡. 圖2可見藻源性顆粒物的生長速率為0.148d-1略低于 K2HPO4的 0.156d-1,其次為卵磷脂,G-6-P、Na5P3O10.

圖1 不同磷源條件下培養(yǎng)液中微囊藻細胞數(shù)的變化Fig.1 Changes of cell density of M. aeruginosa in different phosphate media

圖2 不同磷源條件下培養(yǎng)液中微囊藻的生長率Fig.2 Growth rate of M. aeruginosa in different phosphate media

2.2 不同磷鹽條件下培養(yǎng)液中總磷和正磷酸鹽含量的變化

圖3為實驗中各組培養(yǎng)液中的TDP含量變化(藻源性顆粒物組中0h為TP),各實驗組在實驗開始的1h里,TDP都從(5.0±0.2) mg/L顯著下降.K2HPO4組中TDP在整個實驗階段一直波動下降到實驗結(jié)束時的 3.547mg/L;藻源性顆粒物粉末組從第2d的2.672mg/L緩慢上升到第8d的2.900mg/L后開始下降到結(jié)束時的 2.110mg/L. Na5P3O10組和G-6-P組TDP分別從第2d的最低值一直上升到實驗結(jié)束;卵磷脂組TDP則從1h的最低值3.916mg/L上升到第8d的4.973mg/L后開始下降到結(jié)束時的3.860mg/L.

圖3 不同磷源條件下培養(yǎng)液中總磷含量的變化Fig.3 Changes of total phosphate of M. aeruginosa in different phosphate media

圖 4為實驗中各組培養(yǎng)液中的正磷酸鹽含量變化.由于各組培養(yǎng)基在接種,都進行了121℃、20min的滅菌操作,實驗各組均出現(xiàn)了不同程度的降解,實驗初始出現(xiàn)不同濃度的正磷酸鹽、開始的 1h內(nèi),各組的均出現(xiàn)了(0.332±0.115)mg/L的下降.之后,K2HPO4組和藻源性顆粒物粉末組均繼續(xù)下降,實驗結(jié)束時分別為3.639,0.196mg/L,Na5P3O10和G-6-P組則持續(xù)持續(xù)上升,實驗結(jié)束時分別為 3.931mg/L、3.528mg/L;卵磷脂組則從1h的最低值0.135mg/L上升到第12d的1.869mg/L之后再開始下降,實驗結(jié)束時為1.244mg/L.

圖4 不同磷源條件下培養(yǎng)液中正磷酸鹽含量的變化Fig.4 Changes of orthophosphate of M. aeruginosa in different phosphate media

2.3 不同磷源條件下培養(yǎng)液中APA的變化

由圖5可見,實驗開始后,藻源性顆粒物粉末組的APA持續(xù)上升,且明顯高于其他組,在第14d的時候達到峰值 0.015mmol/(L·h);K2HPO4組、Na5P3O10組、G-6-P組的 APA 始終維持在0.002mmol/(L·h)左右的低水平;卵磷脂組的 APA第4d后維持在0.003～0.004mmol/(L·h)之間波動.

圖5 不同磷源條件下培養(yǎng)液中APA的變化Fig.5 Changes of APA of M. aeruginosa in different phosphate media

2.4 太湖藻源性顆粒物磷組成

太湖藻源性顆粒物液相31P-NMR圖譜如圖6.分析發(fā)現(xiàn),藻源性顆粒物主要包括正磷酸鹽[(6～7)×10-6]、磷酸單脂[(4～6)×10-6]、磷脂[(1～3)×10-6]、DNA 磷[(-1～0)×10-6]、焦磷酸鹽[(-4.5～-3.5)×10-6]、多聚磷酸鹽[(-20～-18)×10-6].其中磷脂和 DNA磷屬于磷酸二酯.分別積分算得各組分的比例為:正磷酸鹽 46.68%,磷酸單酯38.75%,磷酸二酯6.66%,焦磷酸鹽6.53%,多聚磷酸鹽1.37%.

圖6 太湖藻源性顆粒物液相31P-NMR圖譜Fig.631P NMR spectra. Peaks reflect phosphorus (P) compounds in the phytoplankton-derived POM

3 討論

3.1 饑餓銅綠微囊藻對磷源的短期富集作用

由表1可見,微囊藻對不同磷源的富集作用(細胞吸收和表面吸附)明顯不同,富集量為: Na5P3O10＞卵磷脂＞藻源性顆粒物＞G-6-P＞K2HPO4,可以直接利用的K2HPO4的富集量最少,而Na5P3O10富集最多.

本次實驗所用的微囊藻,事先經(jīng)過了2個星期的饑餓處理,要遠高于一般文獻中的3～5d[21-22],以確保微囊藻體內(nèi)儲存的磷基本耗盡.在接種后進入高濃度磷的環(huán)境后的1h內(nèi),TDP和PO43-均出現(xiàn)不同程度的下降,這與Levine等[23]、Berman等[24]提出的銅綠微囊藻可以快速吸收外源性磷的觀點相同,但實驗中磷元素是被藻類吸收到細胞內(nèi)還是吸附在表面并不清楚.微囊藻具有較大的比表面積,表面的多糖或果膠質(zhì)等粘性膠質(zhì)鞘使其同時具有較強的物理和化學(xué)吸附功能.姚波

[25]等在研究中也發(fā)現(xiàn)四尾柵藻在缺磷脅迫后進入富磷環(huán)境下 4～12min表面吸附磷含量達到最大值,約為細胞總磷的1/10.沈宏等[10]也發(fā)現(xiàn)在磷饑餓微囊藻在生長初期,攝取各形態(tài)磷的速率較快.本次實驗微囊藻對不同形態(tài)磷的富集量明顯不同,因而應(yīng)該為微囊藻主動吸收的結(jié)果,而不僅僅是被動的表面吸附.

表1 實驗開始1h內(nèi)各實驗組中TDP、減少量及其比例(mg/L)Table 1 The decrement and it’s proportion of TDP,of each e perimental group in the first hour (mg/L)

表1 實驗開始1h內(nèi)各實驗組中TDP、減少量及其比例(mg/L)Table 1 The decrement and it’s proportion of TDP,of each e perimental group in the first hour (mg/L)

磷源 TDP P O43- TDP -PO43-實驗初始量1h內(nèi)吸收的比例(%) K2HPO4 0.491 0.491 / 5.257 9.35 Na5P3O10 2.432 0.398 2.034 3.288 61.85卵磷脂 1.190 0.160 1.030 4.729 20.03 G-6-P 0.194 0.160 0.034 1.825 1.89藻源性顆粒物 0.573 0.317 / 5.000 11.46

藻類對磷的吸收轉(zhuǎn)運分子機制為:被藻吸收的磷首先通過莢膜,然后進入細胞膜與細胞壁之間的周質(zhì)空間,再透過細胞膜進入細胞內(nèi). Bierman等[26]對藻類利用磷也提出了二步的模型,第一步藻類對磷的吸收,吸收速率和細胞內(nèi)營養(yǎng)儲存量以及外部溶解性磷濃度有關(guān),第二步為藻類利用磷進行生長.有研究稱[27],藻類吸收磷的方式藻類可以直接利用正磷酸鹽和小分子有機磷,而對大分子有機磷需要通過堿性磷酸酶降解后再加以利用.本實驗研究發(fā)現(xiàn)饑餓處理的微囊藻對不能直接利用的卵磷脂、Na5P3O10均有較強的富集作用,可能因為這些磷素不能迅速進入細胞內(nèi),因而被大量的積聚在細胞膜與細胞壁之間,微囊藻再釋放酶系加以利用.

藻源性顆粒物中的組分為:正磷酸鹽46.68%,磷酸單酯 38.75%,磷酸二酯 6.66%,焦磷酸鹽6.53%,多聚磷酸鹽1.37%.實驗中得出1h內(nèi)藻類吸收各組分的被吸收的比例為:正磷酸鹽 9.35%,磷酸單酯 1.89%,磷酸二酯 20.03%,多聚磷酸鹽61.85%.文獻中焦磷酸鹽和三聚磷酸鈉對微囊藻生長影響基本相同[28],且焦磷酸鹽是微生物中多聚磷酸鹽的殘跡[29],假設(shè)焦磷酸鹽的吸收比例和三聚磷酸鈉相同,計算出藻源性顆粒物的吸收量為 46.68%×9.35% + 38.75%×1.89% + 6.66%× 20.03% + 6.53%×61.85% + 1.37%×61.85% =11.32%,與實際實驗結(jié)果 11.46%基本相同.由此可知,微囊藻對 5.0mg/L藻源性顆粒物短期的富集主要體現(xiàn)在對正磷酸鹽、焦磷酸鹽等的富集.

3.2 藻源性顆粒物對微囊藻生長的影響

本次實驗在初始磷濃度達到 5.0mg/L左右,初始藻密度均在(1.9±0.1)×106cells/mL, K2HPO4、卵磷脂、藻源性顆粒物組均可以使銅綠微囊藻正常生長.研究稱大多數(shù)藻類可直接吸收利用正磷酸鹽,而且生長速率高于聚合磷[30]和有機磷[31],與本實驗的結(jié)果相同.實驗中 1h之后卵磷脂和Na5P3O10組中的微囊藻,細胞內(nèi)已富含磷,藻類的生長不再吸收外界磷,直到細胞不斷增加,細胞內(nèi)的磷含量降低[32].實驗中三聚磷酸鈉組和卵磷脂組中TDP、PO43-出現(xiàn)上升說明之前富集的磷元素會被轉(zhuǎn)化成正磷酸鹽,并且在之后細胞分裂和死亡的過程中,磷元素會被釋放出來一部分.

本次實驗中Na5P3O10組和G-6-P組中微囊藻的生長速率較低,實驗第8d開始出現(xiàn)生長停滯,第 12d藻密度開始下降,與相關(guān)研究的結(jié)果不同

[28,33].可能為接種密度的不同所致,本次實驗的接種密度(1.9±0.1)×106cells/mL要遠高于相關(guān)研究中的 6.5×104cells/mL 和 2×105cells/mL.本實驗中兩組的藻密度最高分別達到 3.82×106cells/ mL、3.59×106cells/mL卻和相關(guān)實驗中的最高值 2.2× 106cells/mL、5.73×106cells/mL相當(dāng).由此推測,本次實驗由于接種密度較高,縮短了微囊藻的生長周期,而當(dāng)銅綠微囊藻處于穩(wěn)定期后期或衰亡期,即使外界水體中還含有可溶性的磷,也不吸收磷進行生長

[34],因而出現(xiàn)了外界 TDP含量充足的情況下微囊藻死亡的現(xiàn)象.也有研究指出磷酸單酯的生物可利用性比磷酸二酯差[35],且只有在厭氧的情況下才會迅速礦化為磷酸鹽[36],與本實驗結(jié)果類似.

實驗中藻源性顆粒組中 APA平均值為0.0095mmol/(L·h)于卵磷脂組的 0.0036mmol/ (L·h),明顯高于其他組的 0.0015mmol/(L·h)左右,說明銅綠微囊藻可以通過釋放堿性磷酸酶來利用大分子有機磷,而堿性磷酸酶對小分子有機磷和無機磷不起作用,這一結(jié)論和相關(guān)研究結(jié)論類似[37-38].藻源性顆粒物組中的 TDP、PO43-前 1h內(nèi)下降量和K2HPO4組相當(dāng),在2h之后仍然處波動下降,整體變化趨勢更類似于K2HPO4組,PO43-濃度在第4d達到0.580mg/L之后保持相對穩(wěn)定,說明微囊藻可以通過釋放堿性磷酸酶來將藻源性顆粒物中的磷元素轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽加以利用.實驗結(jié)束時藻源性顆粒物組的 TDP減少了57.8%,高于 K2HPO4組的 32.5%和卵磷脂組的24.4%,可能和銅綠微囊藻利用外源磷轉(zhuǎn)化并儲存多聚磷酸鹽有關(guān).

從藻源性顆粒物中磷的組成來說,占38.75%的磷酸單酯由于光自養(yǎng)培養(yǎng)基中的高溶解氧較難被利用,而容易被利用的正磷酸鹽和磷酸二酯共占到53.34%,與實際被你用的57.8%相當(dāng).說明藻源性顆粒物完全可以為微囊藻提供磷源,并且微囊藻對其磷元素的攝取速率要高于一般形態(tài)的磷,微囊藻利用其的生長速率為 0.148d-1也和K2HPO4組的0.156d-1相當(dāng).因而藻源性顆粒物具有很強的生物可利用性,在富營養(yǎng)化湖泊中,其對藍藻爆發(fā)有著重要影響;在藍藻爆發(fā)后,磷形態(tài)多為顆粒態(tài)的水體中,其對后續(xù)藍藻的持續(xù)生長也必然有著重要影響.

4 結(jié)論

4.1 磷饑餓條件下,銅綠微囊藻對各種磷元素在短時間內(nèi)均有一定程度的富集效果,且以主動吸收為主.其中對不能直接利用的Na5P3O10和卵磷脂的富集量較高,而對K2HPO4、G-6-P的富集量較低.藻源性顆粒物的組分中主要以正磷酸鹽和磷酸單酯為主,因而銅綠微囊藻對其的富集量也較低.

4.2 藻源性顆粒物可以為微囊藻提供生長所必須的磷元素,微囊藻可以通過大量分泌堿性磷酸酶等酶系加以利用.藻源性顆粒物在微囊藻生長階段不會產(chǎn)生不利的影響,微囊藻利用其的生長速率為0.148d-1略低于利用K2HPO4的0.156d-1,但微囊藻對其的利用率要高于 K2HPO4等其他形態(tài),說明藻源性顆粒物有著極強的生物可利用性,對藍藻的爆發(fā)和持續(xù)性有著重要影響.

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致謝：本實驗的核磁測定工作由南京林業(yè)大學(xué)杜麗婷博士后協(xié)助完成,在此表示感謝.

Effects of the phytoplankton-derived particulate organic matter on the growth and phosphorus enrichment of phosphorus-deficiency Microcystis aeruginosa.

HE Dong1, CHAO Jian-ying1,2*, ZHANG Yi-min1*, YANG Fei1, WANG Yu1, GUO Yan-ming1(1.Nanjing Institute of Environmental Science, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China；2.Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Corporation, Ltd, Nanjing 210029, China；3.State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography and Limnology, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China). China Environmental Science, 2016,36(12)：3777～3783

The phytoplankton-derived particulate organic matter (POM) in Lake Taihu was taken as the breakthrough point in this study which referenced phosphorus in the orthophosphate (K2HPO4), polyphosphate (Na5P3O10), orthophosphate monoester (G-6-P) and the orthophosphate diester (lecithin). The effects of phosphorus in different forms on the growth and phosphorus enrichment of phosphorus-deficiency M. aeruginosa was studied. Results showed that the phosphorus-deficiency M. aeruginosa with density of (1.9±0.1)×106cells/mL cannot directly use Na5P3O10and lecithin whose short-term enrichment were 2.034mg/L, 1.030mg/L. It was significantly higher than the 0.491mg/L of K2HPO4, the 0.034mg/L of G-6-P and the 0.573mg/L of phytoplankton-derived particulate organic matter (POM). Maybe these forms of P cannot enter the cells and were accumulated between the cell membrane and cell wall. M. aeruginosa can use the phytoplankton-derived POM rapidly by releasing alkaline phosphatase enzymes. The growth rate of M. aeruginosa with phytoplankton-derived POM was 0.148d-1and was slightly lower than the 0.156d-1of K2HPO4, but it was much higher than the rate of other groups. The utilization rate of phytoplankton-derived POM in the end of the experiment was 57.8% which was higher than the 32.5% of K2HPO4and the 24.4% of lecithin. The composition of phosphorus in phytoplankton-derived POM were mainly orthophosphate and monoester by using liquid-phase NMR analysis. And we verified the effects of it on the growth and phosphorus enrichment of phosphorus-deficiency M. aeruginosa by calculation. In conclusion, the phytoplankton-derived POM had a strong bioavailability, and was very important to the outbreak andpersistence on algae bloom.

phytoplankton-derived POM；phosphorus enrichment；growth rate；Microcystis aeruginosa

X524

A

1000-6923(2016)12-3777-07

何 東(1990-),男,安徽馬鞍山人,環(huán)境保護部南京環(huán)境科學(xué)研究所碩士研究生,主要從事環(huán)境生態(tài)研究.

2016-04-16

國家水體污染控制與治理科技重大專項課題(2014ZX07101-011,2012ZX07101-007);國家自然科學(xué)基金項目(41301550)

* 責(zé)任作者, 晃建穎, 助理研究員, cjy@nies.org; 張毅敏, 研究員, zym7127@163.com