| 题名 | 产土霉异味蓝藻的生态学调查及其生理学特性的研究 |
| 作者 | 张婷 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-06-15 |
| 授予单位 | 中国科学院水生生物研究所 |
| 授予地点 | 水生生物研究所 |
| 导师 | 宋立荣 |
| 关键词 | 蓝藻 异味 土霉味 2-甲基异茨醇 土腥素 伪鱼腥藻 库氏鞘丝藻 |
| 其他题名 | Ecological investigation and physiological characteristics of earthy-musty odor-producing cyanobacteria |
| 中文摘要 | 2-甲基异茨醇 (2-Methylisoborneol, 2-MIB) 和土腥素 (Geosmin) 是饮用水工业和水产养殖业中最常见的两种土霉味化合物，是造成水体及水产品异味问题的主要原因。蓝藻通常被认为是富营养化水体中 2-MIB 和 Geosmin 最主要的生物来源。自上世纪八十年代以来，我国众多水体富营养化趋势日益加重，常伴随着蓝藻水华的频繁暴发，由此引发的蓝藻毒素和蓝藻异味物质的污染严重影响了我国水环境的安全。本文系统调查了湖北省熊河水库土霉味化合物的周年时空变化，分析了土霉异味的生物来源，分别研究了产 2-MIB 蓝藻伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 和产 Geosmin 蓝藻库氏鞘丝藻 (Lyngbya kuetzingii) 异味产生的特性及其相关影响因子。主要研究内容和结果如下： 1) 采用微波蒸馏-顶空固相微萃取-气质联用测定了鱼体中常见的两种土霉味化合物 2-MIB 和 Geosmin。结果表明：微波蒸馏 6 min、载气流量 70 mL•min-1 为微波蒸馏萃取的最佳条件。所得馏分再进行顶空固相微萃取，并于 GC-MS 中分析检测。基于此检测方法，2-MIB 和 Geosmin 的检出限均达到 0.1 µg•kg-1，且其在 1~20 µg•kg-1 的范围内线性关系良好，相关系数 R 分别达到 0.987、0.995，故该方法可用于分析水产品中痕量的 (ppb 级) 土霉味化合物。 2) 熊河水库属于富营养化水体 (Ⅲ~Ⅳ 类水质)，水体及鱼体中均存在土霉味化合物 2-MIB 和 Geosmin，相关分析结果显示，其主要生物来源分别为卷曲鱼腥藻 (Anabaena circinalis) 和伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.)。Geosmin 和 2-MIB 在 3 个样点的空间分布有所不同：Geosmin 在 3 个样点的浓度水平表现为 A 点 > B 点 > C 点，而 2-MIB 则为 B 点 > A 点 > C 点。此外，鱼的种类不同，其对异味化合物的积累程度也差异显著。经检测，Geosmin 在浮游植物食性的鲢鱼肌肉内的含量高于杂食性的鲤鱼。 3) 采用毛细管分离和一系列纯化方法，从熊河水库中获得伪鱼腥藻纯培养物，并建立了稳定的培养体系。通过对野外与室内培养条件下藻丝的形态学观察，结合 16S rRNA 基因序列分析技术，确定所分离的藻株为伪鱼腥藻 Pseudanabaena sp.。经 SPME-GC-MS 检测显示伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 可产生土霉味化合物 2-MIB。 4) 在实验室培养条件下，研究了从熊河水库分离的藻株伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 的生长特性、胞外 2-MIB 产量和产率 (即单位生物量内的产量) 随培养时间的变化以及胞外 2-MIB 产量与生物量的关系。结果表明，伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 的比生长速率 µ 达到 0.255 ± 0.011 d-1，但对数期持续的时间较短。在整个培养过程中，伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 在迟缓期、对数期以及稳定生长后期 2-MIB 胞外产量增加。胞外 2-MIB 产率 在迟缓期、稳定生长后期和衰亡期呈增长趋势，对数期反而降低。伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 2-MIB 的胞外产量还与细胞数存在着明显的正相关关系。 5) 比较了温度和光照强度对伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 生长和产 2-MIB 能力的影响。结果表明，伪鱼腥藻 (Pseudanabaena sp.) 对光照强度非常敏感，最适生长的光照强度为 25 μmol•m-2•s-1，但对温度的敏感程度不及光强，藻细胞在 20、25 和 30 °C 下均表现出良好的生长状态。2-MIB 产量随温度的升高逐渐增大，并在 35 °C 下达到峰值；过高或过低的光照强度均能降低 2-MIB 产量，最高均值出现在 40 μmol•m-2•s-1 条件下。而 2-MIB 产率则在不同温度和光照强度下具有相似的变化规律：在生长状态较好的情况下，2-MIB 产率相对处于最低水平；相反，在生长状态较差的情况下，2-MIB 产率反而较高；2-MIB 产率与细胞数呈负相关关系。但温度和光照对 2-MIB 由胞内向胞外释放的作用效果存在较大的差异：温度对 2-MIB 释放的贡献较小，而增大光强可促进胞内 2-MIB 向胞外释放。 6) 在实验室培养条件下，研究了产 Geosmin 蓝藻——库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 的生长特性及产 Geosmin 能力。结果显示，库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 的比生长速率 µ 为 0.130 ± 0.008 d-1。溶解态 Geosmin 产量先随培养时间的延长而增加，达到其最大值后则随培养时间的延长而降低。溶解态 Geosmin 产率在对数期最低，在静止生长后期出现了一个小小的增幅。此外，在对数生长期，胞内 Geosmin 比率较高；在稳定生长后期，胞外 Geosmin 比率较高。 7) 以 BG11 为基础培养基，研究了不同环境因子和营养盐对库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 生长和 Geosmin 产量的影响。结果表明，库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 最适生长光强为 20 µmol•m–2•s–1，最适生长温度为 25 °C；但 Geosmin 产量和产率的最大值均出现在 10 µmol•m–2•s–1、10 °C 条件下。Chl a 含量随 PO4-P、NO3-N 浓度增大而增加，相反，限制生长的低磷 (0.2 mg PO4-P•L-1)、无磷、低氮 (2.47 mg NO3-N•L-1) 以及无氮条件反而显著促进 Geosmin 的产生。过高浓度 (0.980 g•L-1) 或完全缺失 Ca2+ 均抑制藻细胞的生长，在所设四种 Ca2+ 浓度下，Ca2+ 浓度越高，Geosmin 产量越大。库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 的 Cu2+ 毒性阈值可能为 0.4 mg•L-1。当 Cu2+ 浓度大于 0.4 mg•L-1 时，蓝藻细胞和异味化合物均可被完全除去；当 Cu2+ 浓度小于或等于 0.4 mg•L-1 时，Chl a 含量和 Geosmin 产量均与 Cu2+ 浓度呈负相关关系，相关系数 R 分别为 -0.974 (P < 0.01)、-0.860 (P < 0.05)。溶解态 Geosmin 在库氏鞘丝藻 (L. kuetzingii) 胞外和胞内分布情况的结果显示，在最适生长条件 (20 µmol•m–2•s–1, 25 °C; BG11 培养基) 下，胞外 Geosmin 产量随着生长逐渐增大，并在静止期达到最大值；而胞内溶解态 Geosmin 含量则在对数生长晚期就达到其最大值。然而，在不适宜生长的条件 (e.g., 10 °C, 10 µmol•m–2•s–1, 0 & 0.2 mg PO4-P•L-1, 0 & 2.47 mg NO3-N•L-1, 0.980 g Ca2+•L-1) 下，释放到培养基中的 Geosmin 含量较低，主要积累于细胞内。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-11-16 |
| 页码 | 165 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12304]  |
| 专题 | 水生生物研究所_中科院水生所知识产出（2009年前）_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张婷. 产土霉异味蓝藻的生态学调查及其生理学特性的研究[D]. 水生生物研究所. 中国科学院水生生物研究所. 2008. |
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