蓝藻和蓝藻水华的发生机理

蓝藻和蓝藻水华的发生机理蓝藻和蓝藻水华的发生机理藻类和蓝藻简介蓝藻水华蓝藻水华形成机理湖泊水库富营养化蓝藻水华应急监测实例第一部分藻类和蓝藻简介一藻类及其分类系统藻类是一类形态多变的、近似植物的生物；藻类缺乏根、茎、叶等高等植物典型的结构；微型藻类被称作浮游植物；蓝藻被认为是地球上最早出现的生命形态。藻类主要特征1、藻类是低等植物，分布广，绝大多数生活于水中。2、个体大小相差悬殊，小球藻3-4μm，巨藻长60m。3、具叶绿素chlorophyll，能进行光合作用的自养型生物autotrophicplant。4、没有真正的根、茎、叶的分化，又称叶状体植物。5、繁殖器官简单，以单细胞的孢子或合子进行繁殖，无胚，又叫孢子植物sporeplant。总之，藻类是无胚而具叶绿素的自养叶状体孢子植物。五界生物系统(5kingdoms)动物界AnimalKingdom植物界PlantKingdom真菌界Fungi原生生物界KingdomProtistaEukaryoticAlgae+protozoans+slimemolds原核生物界KingdomMoneraProkaryoticAlgae+BacteriaPROKARYOTES(原核）EUKARYOTES（真核）蓝藻CYANOPHYTA所有其它藻类原绿藻PROCHLOROPHYTA藻类既有原核也有真核色球藻（蓝藻）眼藻（裸藻）藻类（Algae）藻类一词并非指某一分类单元，它是一个集合名词，泛指一类具有光合色素，没有真正根茎叶，生物体为叶状体（thallus），不会形成种子，生殖细胞没有包被的一类植物。也称之为隐花植物或孢子植物。“Algaeareanunnaturalgroupoforganisms!”.Bold&Wynne（1985）把藻类分为10个门蓝藻门（Cyanophyta）原绿藻门（Prochlorophyta）绿藻门（Chlorophyta）轮藻门（Charophyta）裸藻门（Euglenophyta）褐藻门（Phaeophyta）金藻门（Chrysophyta）甲藻门（Pyrrophyta）隐藻门（Cryptophyta）红藻门（Rhodophyta）把金藻、定鞭藻、黄藻、真鞭藻、针胞藻、硅藻都作为“纲”的阶元置于金藻门内。1979年,中国藻类学会在已故饶钦止院士、曾呈奎院士及黎尚豪院士领导下经讨论确认藻类分为11个门蓝藻门（Cyanophyta）红藻门（Rhodophyta）隐藻门（Cryptophyta）甲藻门（Pyrrophyta）黄藻门（Xanthophyta）金藻门（Chrysophyta）硅藻门（Bacillariophyta）褐藻门（Phaeophyta）裸藻门（Euglenophyta）绿藻门（Chlorophyta）轮藻门（Charophyta）近年又加上一个门:原绿藻门(Prochlorophyta)目前我国出版的中国藻类志都按这一系统。近年深入分析并结合分子生物学对系统学研究成果，Hoek等提出的藻类10个门的大类的分类比较广泛的被接受。蓝藻门（Cyanophyta=Cyanbacteria）原绿藻门（Prochlorophyta）红藻门（Rhodophyta）异鞭藻门（Heterokontophyta）1金藻纲（Chrysophyceae）2(Parmophyceae)3(Sarcinochrysophyceae)4黄藻纲（Xanthophyceae）5真鞭藻纲（Eustigmatophyceae）6硅藻纲（Bacillariophyceae）7针胞藻纲（Raphidophyceae）8硅鞭藻纲（Dictyochophyceae）9褐藻纲（Phaeophyceae）定鞭藻门（Haptophyta）隐藻门（Cryptophyta）甲藻门（Dinophyta）裸藻门（Euglenophyta）绿裸藻门（Chlorachniophyta）绿藻门（Chlorophyta）本系统中把轮藻纲(Charophyceae),细绿藻纲(Prasinophyceae)等置于绿藻门。二蓝藻的主要特征1.细胞壁由纤维素（内层）和果胶质（外层）组成，细胞外有的具胶被或胶鞘。2.无色素体，色素均匀地散在细胞周围的原生质内。色素成分主要为叶绿素a、β胡萝卜素、藻胆素。藻胆素是蓝藻的特征色素，包括蓝藻藻蓝素（c-phycocyanin,C34H47N4O8）、蓝藻藻红素(c-phycoerythrin,C34H42N4O9)和别藻蓝素(Allophycocyanin)等。3.无细胞核，只具核质而无核仁和核膜。属原核生物，称为蓝细菌（Cyanobacteria）4.同化产物主要是蓝藻淀粉(Cyanophyceanstarch)。5.繁殖方式主要为营养繁殖和孢子繁殖，未发现有性繁殖，可产生的孢子有：内生孢子、外生孢子、厚壁孢子（休眠孢子）、藻殖孢。营养繁殖常见为细胞分裂，特殊为藻殖孢繁殖。段殖体是蓝藻藻丝上两个营养细胞间生出的胶质隔片(凹面体)或由间生异形胞断开后形成的若干短的藻丝分段，又称藻殖段或连锁体。厚壁孢子系由普通营养细胞增大体积，积累丰富营养，然后细胞壁增厚而成。厚壁孢子有极强的生命活力，能在不利环境条件下长期休眠。异形胞是丝状蓝藻类(除了颤藻目以外)产生的一种与繁殖有关的特别类型的细胞，它是由营养细胞特化而成的。形状与一般细胞不同，圆形色淡，成熟的异形胞是透明的，其细胞壁在与相邻细胞相接处有钮状增厚部(极节球)。具有异形胞的蓝藻能固氮，当水中氮缺乏时，异形胞的数目显著增加。三湖泊藻类生态系统colonialunicellularfilamentousscumbranchedunicell湖泊藻类季节演替规律湖泊藻类季节演替藻类生物量在初春由于低温和低光照，生物量很低；随着光照加强，以及地表径流的增加，硅藻生物量上升当水温度和光照时间增加，绿藻生物量上升；蓝藻在温度较高时适宜生长能够储存P固定N2不被捕食漂浮能更好利用光秋季水体混合、光限制、营养盐输入、摄食减少过多、单一的藻类容易形成水华•光的生态作用植物在光合作用中并不能利用光谱中所有波长的光能，仅仅可见光部分(波长为380～760nm)的大部分光能被植物的色素所吸收和利用。通常把这部分辐射称为生理有效辐射，它约占太阳总辐射的40%～50%。在有效辐射中，各种光的作用也是不一样的。普遍存在于各种藻类中的叶绿素a，对辐射能的吸收高峰在光谱中为405nm和640nm两部分；仅绿藻和裸藻含有叶绿素b，其吸收高峰在440nm和620nm两部分；藻蓝素和藻红素吸收的高峰在500～600nm部分。因此，在光合作用中被吸收最多的是红色、橙色和黄色光线。只有类胡萝卜素(carotenoid)能吸收范围最为广泛的光谱成分，在水生植物对光照条件适应上起着极重要的作用。与藻类有关的重要元素氮：氮是蛋白质的主要成分，是构成生物体最重要的基本物质。除某些蓝藻外，一般水生生物只能利用溶解的有机氮、铵氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，而不能利用溶解的气体氮，因而水中氮的含量常不能满足生物的需要；磷：磷也是蛋白质的重要成分，高等动物(包括鱼类)的脑和神经中也需要磷。水中磷的含量通常很少，因此，浮游植物的繁殖和发育常因磷的不足而受限制。硅：硅是硅藻的细胞壁和某些动物骨骼所必需的成分，对于硅藻尤其重要。据朱树屏(1949)的培养试验，天然水中硅的不足对硅藻有限制作用，但硅量稍多对绿藻有抑制作用。但在一般情况下，淡水中硅的含量能满足硅藻的需要；磷、氮和硅是水生生物，特别是藻类极需要而水中含量又很微量的物质，一般称为营养盐类或生源物质。氮（Nitrogen）N是藻类的主要营养元素之一，在水体中无机N主要以三种形态出现：硝态氮（NO3-，Nitrate）、亚硝态氮（NO2-，Nitrite）和氨态氮（NH4+，Ammonium）；Ammonium:能直接被植物所利用的形态，在未被污染的自然水体中，氨的含量很低，主要由有机物质和动物分泌物通过细菌降解所得；而在受生活污水和养殖废水严重有机污染水体（河流、湖泊和近岸海域），氨浓度往往超标；Nitrate：是浮游植物最重要的氮源。在未受污染的水体中，硝态氮的含量要远远高于氨态氮。硝态氮是通过硝酸盐降解酶（NR）降解为氨，然后被植物吸收利用；Nitrite：在自然水体中含量很低，往往被忽略。它是通过亚硝酸盐还原酶（NiR）降解为氨从而被植物利用。磷（Phosphorus）在自然水体中，P主要以溶解态的无机和有机形态出现。在湖泊和海洋里，植物体主要P来源是磷酸盐（orthophosphate）植物细胞有储存P的能力，当水环境中P的浓度较高时，植物细胞可以将剩余的P储存在细胞内，当水环境中P浓度下降时，植物就可以利用细胞储存的P进行生长繁殖。这样可以解释为什么在P浓度很低的条件下，藻类还可以维持生长。许多藻类还可以利用有机磷作为P源。通过酶的作用将这些有机磷降解为无机磷，然后被植物吸收。研究比较多的酶有碱性磷酸酶（AlklinePhosphatase，APA）。第二部分蓝藻水华MicrocystisaeroginosaSource:LakeErieCenter,UniversityofToledo太湖蓝藻水华滇池蓝藻水华蓝藻水华的危害降低水体溶解氧。蓝藻可以消耗水中的溶解氧，当蓝藻大量繁殖时，水中的溶解氧浓度也迅速降低，造成鱼虾、螺蛳等水生物的死亡，使水体遭受污染。臭味。藻体死亡时还会散发恶臭，影响生活用水。产生毒素。主要是神经毒素和肝毒素。其中肝毒素分布最为广泛，是肝癌的诱因之一。人类对蓝藻毒素的摄入并不一定主要通过饮水，由于蓝藻毒素可通过食物链累积，供食用的水产品如鱼类、贝类等也可能携带蓝藻毒素进而危害人类，另外，那些用地表水进行喷灌的农作物以及室外养殖的微藻食品都有受到蓝藻毒素污染的危险。皮肤过敏。人们在洗澡、游泳及其它水上运动时，接触含藻毒素水体可引起眼睛和皮肤过敏。动物中毒或死亡。家畜及野生动物饮用了含藻毒素的水后，会出现腹泻、乏力、呕吐、嗜睡等状，甚至死亡。破坏景观。水面被厚厚的蓝绿色湖靛所覆盖，甚至在岸边堆积，严重破坏景观，人类蓝藻毒素染毒途径饮用水湖泊休闲（亲水活动）口服,皮肤接触洗澡吸入,皮肤接触藻类食物片剂口服蓝藻毒素中毒事例AlargeepidemicinBrazilinvolvinghumandeathsoccurredin1988.Over2,000residentssufferedfromgastroenteritisoveran8-weekperiod,with88deaths.Anepidemiologicinvestiga-tionimplicateddrinkingwaterfromareservoir,evenwaterthathadbeenboiledbeforeuse.Infectiousagents,metalsortoxinswerenotfound;however,thecyanobacteriumgeneraAnabaenaandMicrocystiswerefoundingreatquantitiesinuntreatedwaterfromthereservoir.Algaltoxinswerenotassayed,butthecircumstantialevidencestronglyimplicatedthecyanobacteriaasthecause.TheCapitalTimes,MadisonSept.6,2003HumanFatalitiesfromCyanobacteria:ChemicalandBiologicalEvidenceforCyanotox