【摘要】：有害藻華(Harmful Algal Blooms,HABs)頻發(fā)嚴(yán)重威脅著海洋漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)及人類健康。改性粘土技術(shù)通過對(duì)天然粘土礦物進(jìn)行表面改性,實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種藻華生物的高效去除,目前已成為國內(nèi)外藻華應(yīng)急處置的首選方法。以往針對(duì)改性粘土的研究多以微藻營養(yǎng)細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。而某些藻華生物生活史中存在一些特殊階段,這些處于特定階段的藻細(xì)胞在藻華暴發(fā)中發(fā)揮著重要作用。改性粘土對(duì)于這些處于特殊階段的典型藻華生物影響如何尚缺乏研究。滸苔(Ulva prolifera)微觀繁殖體一直被認(rèn)為是我國綠潮暴發(fā)的重要種源生物之一,本研究以滸苔微觀繁殖體為研究對(duì)象,考察了不同體系改性粘土方法對(duì)其去除效果及萌發(fā)影響。孢囊的形成與萌發(fā)是某些甲藻藻華消亡及暴發(fā)的關(guān)鍵過程,本研究以典型有毒甲藻—太平洋亞歷山大藻(Alexandrium pacificum)為研究對(duì)象,綜合考察改性粘土絮凝沉降過程對(duì)甲藻孢囊形成及萌發(fā)的影響,同時(shí)關(guān)注改性粘土在絮凝沉降太平洋亞歷山大藻后,對(duì)水體內(nèi)及沉積絮體內(nèi)麻痹性貝類毒素含量及組分的影響。為進(jìn)一步考察改性粘土在敏感水域應(yīng)用的安全性,以大菱鲆(Scophthalmus maximus)胚胎為模式生物,探究改性粘土對(duì)處于敏感期的魚類胚胎-仔魚階段存活及生長發(fā)育的影響。針對(duì)三個(gè)不同的研究對(duì)象,所取得的幾個(gè)階段性成果如下:滸苔微觀繁殖體:利用不同配比的硫酸鋁改性粘土(AS-MC)及聚合氯化鋁改性粘土(PAC-MC)對(duì)微觀繁殖體進(jìn)行去除,結(jié)果發(fā)現(xiàn),同配比同濃度下,AS-MC去除效果優(yōu)于PAC-MC,去除率隨改性粘土及改性劑濃度增加而升高。對(duì)去除后水體內(nèi)殘余微觀繁殖體及包含絮體在內(nèi)的總體系微觀繁殖體進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性粘土在一定配比及濃度下能有效抑制其萌發(fā),最高抑制率可達(dá)100%。太平洋亞歷山大藻孢囊:通過室內(nèi)培養(yǎng)太平洋亞歷山大藻模擬其藻華的暴發(fā)過程,向藻液中分別添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的改性粘土進(jìn)行去除,去除結(jié)果顯示,改性粘土對(duì)藻細(xì)胞的去除率隨濃度升高而提升,適量改性粘土可將藻細(xì)胞密度在90 d內(nèi)控制在較低水平。休眠孢囊密度在0.2、0.4 g/L改性粘土組中稍高于對(duì)照,在高于0.4 g/L的改性粘土組中低于對(duì)照。計(jì)算發(fā)現(xiàn),總體而言,添加改性粘土并未顯著提高休眠孢囊形成率。將形成的休眠孢囊在適宜條件下進(jìn)行萌發(fā)培養(yǎng),結(jié)果顯示,添加改性粘土后孢囊形成率由對(duì)照組的68%降低到12.4%,即一定濃度的改性粘土不利于休眠孢囊的萌發(fā)。改性粘土可在24 h內(nèi)迅速降低環(huán)境體系內(nèi)的麻痹性貝類毒素含量,特別是水體中毒素含量,0.8 g/L改性粘土可將水體毒素含量迅速降至檢測限以下。大菱鲆胚胎:選擇典型經(jīng)濟(jì)硬骨魚類—大菱鲆為模式生物,在其對(duì)環(huán)境變化最為敏感的胚胎階段開展毒理學(xué)實(shí)驗(yàn),探究改性粘土對(duì)其胚胎-仔魚階段存活及發(fā)育的影響。研究結(jié)果顯示,不高于1.0 g/L的改性粘土不會(huì)造成胚胎存活率及孵化率的顯著降低。改性粘土對(duì)大菱鲆胚胎24 h及48 h的半致死濃度(LC_(50))分別為1.70、1.65 g/L,依此計(jì)算得到安全濃度為0.5 g/L,高于改性粘土現(xiàn)場使用濃度。持續(xù)跟蹤初孵仔魚的生長發(fā)育指標(biāo)發(fā)現(xiàn),不高于0.5 g/L的改性粘土未對(duì)初孵仔魚的生長發(fā)育指標(biāo)造成不良影響。綜上,在以往的基礎(chǔ)上,本研究進(jìn)一步探究改性粘土對(duì)于典型綠潮藻微觀繁殖體、甲藻孢囊、毒素及非藻華水生生物敏感階段的影響。研究發(fā)現(xiàn)在特定改性劑及配比下,適量改性粘土能夠有效去除滸苔微觀繁殖體并抑制其萌發(fā);一定濃度改性粘土不會(huì)為底層環(huán)境中埋下更多具有萌發(fā)能力的孢囊作為藻華再次暴發(fā)的“種源”,且在有效去除有毒藻細(xì)胞24 h內(nèi),使得體系內(nèi)藻毒素含量迅速降低;現(xiàn)場應(yīng)用濃度范圍內(nèi)的改性粘土未對(duì)受試魚類胚胎存活、孵化及初孵仔魚的生長發(fā)育造成不良影響。本研究為全面了解改性粘土在治理有害藻華過程中的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了一定的參考依據(jù)。
【圖文】：

滸苔復(fù)雜多樣的繁殖策略是其生物量在短時(shí)間迅速增長的重要因素（圖1.2）�；\統(tǒng)地說，滸苔可以通過營養(yǎng)繁殖、無性生殖和有性生殖三種方式實(shí)現(xiàn)增殖。營養(yǎng)繁殖是指滸苔藻體通過體細(xì)胞有絲分裂產(chǎn)生新藻體。黃海綠潮在漂浮聚集過程中，通常以營養(yǎng)繁殖方式不斷增殖。在漂浮過程中由于外力斷裂的每一段藻體都有重新長出新的分枝、形成獨(dú)立藻體的能力。無性生殖包括滸苔配子體產(chǎn)生配子，配子失去鞭毛固著分裂形成新的配子體。有研究發(fā)現(xiàn)滸苔還可通過產(chǎn)生雙鞭毛或四鞭毛中性孢子，從而形成新的孢子體進(jìn)行繁殖（Bliding，1963；Hiraokaet al.，2003；馬家海等，2009）。典型的有性生殖過程包括：雌雄異株的配子體釋放配子，雌雄配子接合后形成四鞭毛合子，二倍體合子失去鞭毛在合適固著基上附著生長形成孢子體，孢子體成熟后通過減數(shù)分裂形成四鞭毛孢子，四鞭毛孢子固著萌發(fā)再次形成配子體，從而完成世代交替。在滸苔的生長繁殖中，其微觀階段的生物可統(tǒng)稱為微觀繁殖體，包括雌雄配子、孢子、合子、微觀斷枝等（劉青，2015）。微觀繁殖體是潮間帶大型藻類應(yīng)對(duì)嚴(yán)酷環(huán)境的主要存活策略之一。滸苔微觀繁殖體在江蘇近岸海域廣泛分布，其對(duì)不良環(huán)境具有較強(qiáng)的耐受能力，溫度升高、擾動(dòng)及營養(yǎng)鹽含量升高都有助于其萌發(fā)生長。大量存在的微觀繁殖體可幫助滸苔成功度過冬季，，為來年春天的暴發(fā)提供種源（Liu et al，2012）。研究發(fā)現(xiàn)

通過復(fù)雜的營養(yǎng)方式，甲藻得以獲得生長繁殖所必需的能量來源。復(fù)雜的生活史過程對(duì)于許多甲藻的存活與生長具有重要意義。藻類生活史是指藻細(xì)胞或個(gè)體在不同細(xì)胞形態(tài)、生理特性、遺傳狀態(tài)，以及時(shí)空位置上進(jìn)行一定規(guī)律性轉(zhuǎn)換的全過程（唐贏中 等，2016）。為避免災(zāi)難性后果，甲藻會(huì)從營養(yǎng)細(xì)胞向有復(fù)原能力的細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)化（休眠階段或孢囊），增厚的細(xì)胞壁會(huì)使得藻細(xì)胞不會(huì)輕易受到不良環(huán)境的影響（圖 1.3）。在近 2000 種已知的海洋甲藻中超過 10%的種類會(huì)在其生活史某階段產(chǎn)孢囊（Bravo and Figueroa，2014）。甲藻孢囊最初是古生物學(xué)家和孢粉學(xué)家的研究對(duì)象，對(duì)甲藻孢囊的最早描述發(fā)生在1883年，Ehrebberg 對(duì)化石甲藻孢囊進(jìn)行了描述，化石孢囊可以在前寒武紀(jì)或者至少從志留紀(jì)至全新世的地層巖石或沉積物中發(fā)現(xiàn)，這意味著甲藻孢囊已經(jīng)在地球上存在了 6 億年以上（王朝暉，2007）。有些孢囊可在存活上百年后仍保持其萌發(fā)能力（Miyazono，2012）。這種復(fù)雜的生活史為甲藻在生態(tài)學(xué)上的成功提供了一定程度上的有利條件（唐贏中 等，2016）。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X55

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本文編號(hào)：2630525