【探索微观世界】藻类与水体环境

Original 2016-07-11 小鱼农业环境科学

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格格有话说
老师辛苦 <。)#)))≦
微尘中闪烁的晶体，昆虫闪闪发亮的眼睛，水中摇曳的微藻……今天在李老师的指引下，我们看到了一个格外诱人的微观世界。当微小的物体变得清晰可见时，当透过显微镜看到被放大的世界时，我们渴望探寻微观世界。希望南京师范大学李建宏老师在这次关于微藻的访谈中可以唤起了读者探索微生物王国的浓厚兴趣。这是李老师的的兴趣所在，也是他接受这次访谈的意义所在，让更多的人了解微藻，探索微观世界。

带着这种强烈的好奇心与求知欲，让我们跟着李老师一起探寻微观世界吧~ Let us learn~

小鱼

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专家介绍

李建宏：理学博士南京师范大学教授博士生导师

主要的研究兴趣：（1）微藻与水环境：研究水生态系统中微藻, 特别是形成水华的有毒有害蓝藻的生理生态，探索水华发生规律，为有毒蓝藻的控制提供理论基础。（2）蓝藻细胞学研究：探索蓝藻细胞的重要代谢过程及机理；以蓝藻作为表达反应器，表达外源有用基因。（3）微藻资源的利用：筛选各种具有应用前景的微藻，探索大量培养的方法。

小鱼：李老师，很高兴能采访您~您能先给我们简单介绍一下什么是藻类吗？

李老师：藻类是依赖光合作用进行自养生长的低等生物，不但可分布在海洋、湖泊、河流等普通的地表水环境中，热泉、冰雪、沙漠等环境中均可有藻类生长。

藻类包括：1.原核藻类：蓝藻（蓝细菌）；2.真核藻类：微藻（必须用显微镜观察分类）和大型藻类（大多借助放大镜就能分类，主要生长于海洋，例如：海带、紫菜）。

小鱼：水体中常见藻类的形态都有哪些呢？

李老师：为了大家能够直观的理解，我给大家找了一些显微镜下的蓝藻。

小鱼：据我所知水体中浮游藻类的组成常用于水体生态系统的评价，用藻类评价水体的优点是什么呢？

李老师：这个问题我总结三个方面的优点。第一，综合性。藻类群落的结构，是水体生态系统中各种环境元素综合作用的反映。采用水化学方法测定环境因子，只能人为有选择地测定项目，不能穷尽。很多情况下，往往只测定pH、浑浊度、几种主要化学元素等常规项目，有可能关键的影响因子就被遗漏了，测出的指标并不能反映出水环境的真实情况。另一方面，环境中多因子的共同作用效应，有可能大于单因子的简单加和。分别测定单因子，可能会低估这些因素的生态效应。

第二，长期性。化学分析仅反映瞬间的状态，而藻类反映了一段时间内的状态。以排污监控为例：为了应对检查，偷排企业可能会临时关闭排污管道，从而使水体中的污染物质“临时达标”。然而，可通过排放口附近的藻类组成的检测，揭示该地区较长期的水环境状况。

第三，灵敏性。有些藻类很敏感，但缺点是藻类与环境因子之间没有直接的对应关系。藻类中有很多种类具有典型环境指示作用，它们对一些环境因子很敏感，因此，可以通过一些物种的出现或消失，指示环境的改变。但是这种变化需要通过水化学的数据来验证。

小鱼：经常看到报道说湖泊、海洋藻类爆发造成了危害，您能介绍一下藻类的危害吗？

李老师：藻类的过度增长对水生态系统的危害至少有两方面，一方面少数优势种类大量的增殖，导致水体生态系统的平衡被破坏。另一方面，藻类在生长繁殖过程中会产生多种次生代谢产物，这些产物有的是剧毒的毒素，海洋中的一些赤潮藻类产生的毒素可与河豚毒素毒性相当，积累在贝类中，可导致食用者死亡；在淡水水体中，很多蓝藻除了可产生多种毒素外，有些次生代谢产物有土腥味、鱼腥味、霉味等嗅味，导致饮用水水质下降。

小鱼：小鱼提前百度了，知道水华（Water Bloom）是湖泊、水库等水体中，藻类大量繁殖，聚集在水面上的现象，但是对蓝藻水华还是很困惑。您能给我们展开讲讲蓝藻水华的发生及危害吗？

李老师：这一问题涉及的方面很多，这里只能蜻蜓点水，不然篇幅太大。

微囊藻水华大量出现的原因：首先我们愿意归结于人类活动对环境的破坏。由于藻类的大量繁殖生长需要氮、磷作为物质基础（绝大部分水体中这两种元素的量是有限的，尤其是磷，称为环境限制因子），工、农业产生的污水、生活污水（目前仅有少部分城市生活污水经过有限处理——合格排放的污水中依然含有大量的氮、磷）排放到水体中，为水华的大量形成创造了条件。同时，全球气候变暖等因素，也有可能是水华形成的原因。但从水华形成的机理上，目前只知道水华出现的一些规律性条件（见下图），例如，高温、连续晴朗天气等等，详细的生物学机理依然有很多待解之谜。

危害表现：从整个水体生态而言，一旦蓝藻水华大量出现，其他生物很多都会死亡——整个水体的生态环境变了。藻类不但遮挡了水体的光照，吸收了各种营养物质，抑制了其他光合作用生物（藻类和水生高等植物）的生长，同时夜晚的呼吸作用会消耗掉水体中的溶解氧，使很多动物死亡；藻类细胞大量死亡、腐烂导致水体细菌等微生物大量繁殖，水体缺氧、变臭（无锡曾经出现过17 KM² 的臭黑水“湖泛”）；蓝藻水华会产生各种毒素，其中危害最大的是微囊藻毒素（microcystin），具有肝毒性，有诱发肝癌的作用；另外，蓝藻的其他代谢产物，以及死亡分解过程中，均会产生一些嗅味成分，对生活饮用水产生影响。

对于蓝藻水华的治理，目前基本没有有效手段。对于小的景观水体，往往通过投放杀藻剂等手段，达到恢复景观的目的，但对于太湖、滇池这样的多功能、大面积的重要水体，目前除了控制污染物流入、局部种植高等植物修复、局部捞取浓稠水华外，基本没有十分有效的办法去治理。

小鱼：我可以这样理解吗，藻类的危害主要是指蓝藻水华的危害吗？

李老师：在我国，蓝藻水华是影响最大的危害，种类主要是微囊藻属（Microcystis）。太湖、滇池、巢湖属于我国五大淡水湖，是重要的水源地，对生活和经济产生着直接的影响。另外，很多作为水源地的水库、河流都出现了微囊藻水华，所以微囊藻水华是最受关注的问题。

其他一些藻类形成的水华在我国也有一些发生，硅藻、甲藻、鱼腥藻、水华束丝藻等，在一些饮用水体中也出现过，但大多影响较小。

海洋中浮游藻类大量繁殖对水体环境也有巨大的破坏，常见的想象是赤潮——水体中浮游藻类大量繁殖导致海水颜色发生改变的现象。赤潮的发生对海洋生态和渔业养殖都是毁灭性的灾难。

最近几年在青岛等地发生了“绿潮”，由大型海洋绿藻浒苔大量增殖形成。浒苔本身是可以食用的，没有毒性。但大量浒苔堆积在局部海域，会带来灾难性危害。

小鱼：为什么蓝藻能获得生态优势呢？

李老师：这是藻类学和生态学研究者都想揭开的谜。尽管自然条件下微囊藻能形成如此巨大的生物量，但直到目前为止，还无法在实验室内模拟出类似天然水华发生的过程。实验室人工培养的藻与天然的水华状态完全不同，其中有太多的生物学问题无法回答，问题的答案还有待大量的科学研究去揭示。如果弄清的微囊藻“一家独大”的生态机理，微囊藻水华问题就迎刃而解了。

小鱼：除了大量生长对水体产生危害外，藻类能用来净化水体吗？

李老师：藻类是光合自养生物，大部分藻类也有利用一些有机物的能力。藻类在自然水体的自净过程中，起着重要的作用。藻类可吸收利用水体中的氮、磷；光合作用释放的氧以及藻分泌的有机物可促进水体中细菌的生长代谢；藻细胞作为初级生产力被滤食动物摄食等过程，是生态系统中物质循环和能量流动的重要环节。运用这些基本原理，已有很多研究者尝试运用藻类生长繁殖迅速、大量吸收氮、磷的特点，净化生活污水、养殖废水等有机废水。由于藻类细胞含有较多的粘性多糖，有很强的吸附、富集重金属的能力，所以，藻类也被尝试用于净化重金属污染的水体。当然，这些研究都处于试验阶段，如何有效利用藻类净化水体，还需要广大科研人员和生产应用单位共同努力，达到理想的效果。

总之，微藻是水体中种类繁多的生物类群，具有丰富的生物多样性，也是一个尚待挖掘的物种资源宝库。如何避免藻类产生的危害，充分利用好微藻资源造福社会，还有待我们大家共同努力。

特别鸣谢~

感谢李建宏老师接受小鱼的专访，荣幸之至，很感激这次向亲切的大专家学习的机会，打开了新世界的大门！<。)#)))≦

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