10环境科学普通生物学实习报告

10环境科学普通生物学实习报告

《普通生物学》实习报告

院系：生命与环境科学学院专业：环境科学学号：姓名：

一、实习目的和要求

实习目的：

扩大和巩固所学的理论知识，使理论和实践相结合，综合运用先前所学知识，培养综合分析问题和解决问题的能力，初步理解动植物的多样性。学会熟练地描述植物，使用植物图鉴和检索表。能够识别主要的脊椎动物。

实习要求：为保证实习安全、有序、圆满完成，特制定以下实习要求：1、实习中服从指挥，认真按时按质完成实习任务；2、认真做好防虫防蛇工作，注意实习安全；3、自觉遵守实习纪律，注意维护学校形象。4、实习结束后，写一份实习报告。二、实习器具

药品、GPS定位仪、海拔仪、测绳、皮尺、卷尺、采集袋、针、线、枝剪、标签、粉笔、野外记录本、调查表格、铅笔、橡皮、《安徽植物志》等。三、实习地点

校园及其周围和戴震公园。四、实习内容安排

第一天上午，实习准备（实习动员、实习情况介绍；强调实习要求，进行安全等教育；分组、准备实习所需器具）；第一天下午，在老师的带领下识别校园及其周围的常见动植物；第二天，在老师的带领下在戴震公园对进行样方调查；第三天，教师指导实验数据的整理分析、实习报告的撰写格式及注意事项，并对实习进行总结。五、实习报告

实习报告的内容要求：

第一部分，列出黄山学院南区主要木本植物名录和常见动物名录；第二部分，绘戴震公园物种面积曲线，计算其最小样方面积，并计算生物多样性指数。六、实习心得

样方调查方法及曲线的绘制方法

开始使用小样方（草本群落用10×10cm，灌木群落用20×20cm，乔木群落用1×1），随后用一组逐渐成倍扩大的CEPE巢式样方逐一调查每个样方（图1），统计每个样方内的植物种数。1601501401301201*010090807060504030201*09785311062203044050607080901001101201*0140150160图1CEPE巢式样方

1号样方面积为10×10cm，2号样方面积为10×20cm，3号样方20×20cm，4号样方20×40cm，5号样方40×40cm，6号样方40×80cm，7号样方80×80cm，8号样方80×1600cm，9号样方160×160cm。

以每个样方内的植物种数为纵坐标，样方面积为横坐标，绘制种-面积曲线（图2）。此曲线开始陡峭上升，而后水平延伸。曲线开始平伸的一点（S。）所对应的面积即群落取样的“最小面积”，可以做为样方大小的初步标准。物种

数

S。样方面积

图2种-面积曲线示意图S。表示“最小面积”

物种多样性的测定

生物多样性指数计算Simpson指数：D=1-ΣPi2

Shannon-Weiner指数H=-ΣPilnPi

上二式中Pi种的个体数占群落中总个体数的比例，Pi=Ni/N。

Pielou均匀度指数：E=H/Hmax

Hmax为最大的物种多样性指数，Hmax=LnS

物种多样性调查表

编号1234样方面积物种1个体数物种2个体数物种3Simpson个体数指数Shannon-Wiener指数均匀度

实习心得（参考，不准照抄或抄袭他人，如有雷同，一起重写）

在本学期六月五日到六月十日，我们进行了为期一周的生态学综合实习，地点主要位于霍山兴唐寺。通过本次实习，我们基本掌握了野外实习考察、实验数据的采集、室内分析和数据处理分析等技能和知识。

通过着此次教学实习，我们不仅巩固了自己的理论知识，而且极大的锻炼了我们的实践操作能力。走出校园，走进大自然的怀抱，感受大自然的魅力。这次野外实习我们不但欣赏了霍山秀美的自然景色，调查了解霍山植被的类型和植被分布特征，而且学习并掌握了野外植被实习的一些调查研究方法，提高了我们的知识应用与实践能力。在野外实习的过程中，虽然非常的劳累，但看到如此的美丽的自然景色，实习后的成果心里还是非常愉悦。这次教学实习让我们受益匪浅。

通过本次实习，巩固、扩大和加深我们从课堂上所学的理论知识，掌握了各种植被的辨认方法，更重要的是掌握了学活了如何测量植被各种数据。通过这次霍山的实习，更加巩固了课堂上所学的理论知识，也掌握了各种实践中的技能，锻炼了动手与动脑能力。实习的第一个任务就是在霍山景区实习，了解认识霍山地区的植被，并了解其药用和经济价值，对霍山景区的实习既欣赏了美丽的风景，有学习了植被的研究方法，培养了自己的社会实践能力。第二个任务就是测量霍山上乔木灌木草本植物的各种数据。首先，用皮尺量出一个1010的样方测量乔木，55的测量灌木，11测量草本植物。然后用米尺测量各种数据，并利用实验数据对调查地进行了物种多样性分析，得出了物种多样性指数。学的一些基本调查方法同时也增强了我们的团队意识和合作精神；另外在野外较为艰苦的环境中也培养了我们艰苦朴素、吃苦耐劳、独立自主、勇于探索的优良作风。这次实习重要的不是几个干枯的数据，而是学会测量的方法，学会的是实践的技能。实习第二天的下午，我们是在老师的带领下去认识霍山地区的代表植物并了解了这些植物的药用以及经济价值，不仅让我们更形象的了解了植物的形态，而且还切身体会了植被的分布如何去分析。

在实习当中我个人的感悟很深，因为我们整天坐在教室里，即使老师讲的再生动也不会留下很深的印象，比如狗尾巴草，我们在课本上听得耳朵都疼了，但是还是说不出个一二三来，有些是认识但是不知道名字，等到老师说出名字才恍然大悟，有的是认识却不能和名字联系起来。让我明确的知道了如何动手学习，只有在实践中才能锻炼自己的能力。

短短五天的实习很快过去了，心中有点舍不得。在实习当中和同学相互帮助，遇到险要的地势我们相互搀扶着上山，在实习中增进了同学的友谊。因为实习需要所有同学的共同合作在测量当中各位同学各自分工，各自负责不同的测量工作，缺少了任何同学都会影响到测量工作的进行，让我们学会了相互团结。总之实习让我学会了很多课堂上学不到的东西，学会了理论教学所不能给我的，提高了实践实习能力。

此次生态学综合实习的野外实习地点位于霍山兴唐寺附近，风景秀丽，气候宜人。201*年六月五日，我们在严明老师和张老师的带领下来到霍山实习地点，并于当天下午对周围环境做了大致的了解。接下来的一两天首先由老师指导我们认识了霍山地区的代表性植物，并向我们详细讲解了一些植物的药用价值等植物资源利用价值。在此后的几天里，我们又在老师的带领下，在多个典型的山坡上，对植物群落结构进行了系统的调查，并做了调查记录和数据采集，进行了生物多样性分析、种-面积分析、分布格局分析。在野外实习期间，我们学习了一些生态学的专有名词，并进行了实地考察，将理论联系实际发挥到最好。每日野外实习回来，大家开始记录和查阅不认识的代表植物，并将当天统计的数据，分类记录，以小组为单位总结每日心得，记录新认识的植物。

回到学校后，我们进行统计实验，掌握了一些基本的生态统计方法，学会利用网络查找相关的资料。此次实习虽然辛苦，但是经过大家的努力，所有同学全部圆满完成了实习任务，达到了预定的目标，也有了很大的收获，同学们不但巩固了课堂上所学的理论知识，也为以后的实践打下了坚实的基础，真正做到了理论联系实际。野外调查实习使我们的专业知识得到巩固和开拓，使我们更容易将所学与实践联系起来；实习使我们认识到自身知识的缺漏，必须重拾书本，虚心请教老师，弥补自身的不足。通过本次实习，我们学会了生物多样性指数计算、种-面积关系分析和植物群落格局分析，对于霍山植被也有了一定的了解，认识了具有代表性植物；在对各种典型样地生物的分析过程中，掌握了生物丰度、生物量、生产量的计算方法。同时在实习过程中通过合作克服了许多困难，进一步体会到了团结就是力量的真谛，增进了师生关系和同学之间的友谊。

在生活方面，就个体而言，这是一次艰辛的实习，是一次生活的考验。这几天我们深刻体会到了实习的辛苦。老师也是很不容易的，专业老师是实习队伍的领头人，他们不仅要控制速度、方向保证同学们的安全，而且要给我们不断地讲解。在学校里与老师接触得少，实习时才发现原来老师也是最可爱的人。

就整体而言，这是一次增长知识的实习，是一次理论与实践的完美结合。在实习过程中老师以实地实物为例，又进一步向我们讲授了课堂上所学的理论知识，并给我们充分的时间去观察，让我们有一个自己动手的机会。希望学校以后会安排更多的实习机会，增强学生的动手操作能力，掌握更多的知识。

扩展阅读：环境科学暑期实习报告

南京大学

本科生产实习报告

题目浅析太湖蓝藻问题

学生姓名张孝林年级05级专业环境生物论文完成时间201*年08月29

学号051202046院系环境学院环境科学系

指导老师王保忠，孔志明职称副教授教授浅析太湖蓝藻问题

摘要：铜绿微囊藻光合作用具有3个特点:(1)适应温度范围宽,对高温具有良好的适应性,

并且光合作用随温度的升高显著提高;(2)光饱和点低,光合作用活性高,能在弱光环境中高效地进行光合作用,并且抗强光伤害;(3)对pH变化具有超强的适应能力,在中性和碱性环境中,都能进行活跃的光合作用。铜绿微囊藻在光能利用、温度和pH适应性方面的特点,可以使其快速生长繁殖,积累大量的生物量,在与其它藻类的竞争中占据显著的优势。铜绿微囊藻的生长受制于TN，TP，TN/TP,某些重金属，有机配体，温度和流速等因素的影响。一旦条件适宜，铜绿微囊藻就会大量繁殖，将产生巨大的危害。目前处理的方法主要有物理，化学和生物法。物理化学方法能在短期内明显降低藻的数量，但效果不稳定，铜绿微囊藻会在短期内再次成为优势种而泛滥；生物方法见效较慢，但能比较彻底地灭藻，不过，生物方法存在着较大的生态风险。各种方法均有其优缺点，利用生态方法（比如建立人工湿地）综合处理是蓝藻治理的发展趋势。铜绿微囊藻有被资源化利用的巨大潜力，本文仅讨论了其作为新型杀虫剂的应用前景，一旦成功其经济效益、生态效益将不可估量。在蓝藻处理问题中，要特别注意其生态影响，以免造成生态破坏甚至生态灾难。

关键词：铜绿微囊藻竞争优势光合作用特性生长特性危害处理方法资源化利用

AnalysisofCyanobacterialProbleminTaihuLake

Abstract:Microcystisaeruginosahasthreeimportantcharacteristicsthataredifferentfromotheralgae:(1)awidertolerabletemperaturerange,adaptationtohightemperature;(2)lowerLSP,higherphotosynthesisactivity,andmoreefficientphotosynthesisunderlowlightenvironment;(3)significantpHtolerance,andhighphotosynthesisactivityinneutralandalkalineenvironment.AllthesebiologicalcharacteristicsgiveM.aeruginosagreatcompetitionadvantagestosurvive,growanddominateotherphytoplanktoninpollutedaquaticenvironment.TN，TP,someheavymetals,organicligands,temperatureandflowvelocityetc.mayinfluencethegrowthorreproductionofM.aeruginosa.Whentheconditionswerebenign,M.aeruginosa

couldbecomeprolific,whichmayleadhugeharm.Atthepresenttime,peopledealwithM.aeruginosabyphysicalmethods,chymicmethodsandbiologicmethods.Physicalmethodsandchymicmethodsareeffectiveinshorttime,butsometimelaterM.aeruginosamayoverrunagain.Biologicmethodsareexhaustivecedhowever,it’stootime-consumingandhaslargeecologicalrisk.ThetrendofdealingwithM.aeruginosaistotakeEcologicalmethod,asystemicmethod,forexample,buildinggot-upeverglade.M.aeruginosahasthehugepotentialtobeusedasresource.,justasthisarticlerefered,itispossibletouseMicrocystinasanewinsecticide,whichcanbringtremendousbenefitineconomyandecologyifsucceed.Whenanyprojectwasbroughtintoeffecttosolvetheproblemofcyanobacterial，it’sveryimportanttoattentiontheinfluenceinecosystem,otherwiseit’sverylikelytocauseecocideevensomecalamity.

Keywords:Microcystisaeruginosa;Theadvantagesincompetition;PhotosyntheticCharacteristics;GrowthCharacteristics;Disserve;Thewayofdisposal;Reuse

引言：今年暑假我先在南京市环境监测站生态室实习，同事们都很关心今年太湖蓝藻有无暴发，规模大小等问题，可以说，太湖蓝藻水华问题是江苏省所有环保人士的共同话题。后来我又在宜兴一家环境工程公司实习，期间有幸到太湖蓝藻打捞工作现场参观，虽然得知今年的蓝藻特别少，但当我面对着因蓝藻而泛着诡异绿色的湖面，我才意识到太湖蓝藻治理还有很长的路要走。之后我查阅了相当数量的文献，希望能对太湖蓝藻问题的成因，危害和处理方法进行初步分析。

内容:在太湖的富营养化水体中，铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa）在数量和发生频率上均占据明显的优势[11]，因此铜绿微囊藻经常成为蓝藻问题研究的主要对象。本文从铜绿微囊藻的生长特性，生长限制因子等方面入手，力图解释铜绿微囊藻为何能成为太湖中的优势种，并试图提出合理的治理方案。

1．竞争优势

铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)属于蓝藻门色球藻目微囊藻属,可产

生藻毒素。

李小龙，耿亚红[1]等人通过从光合作用特性的角度分析了铜绿微囊藻的竞争优势，他们通过测定净光合放氧速率，研究了温度、光照和pH对铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)和玫瑰拟衣藻（Chloramanasrosae）光合作用的影响。

1.1温度对光合放氧速率的影响：在10℃到35℃的温度变化范围内,铜绿微囊藻净光合放氧速率随温度的升高而迅速增加,其在35℃时净光合放氧速率达到439.3μmolO2mg-1chlah-1，是10℃时的7.9倍,没有表现出下降的趋势(图1)。表明铜绿微囊藻光合放氧速率与水体温度与呈正相关性,这与Coles等的试验结果[2]相符，同时铜绿微囊藻对高温的适应范围非常宽。考虑到自然水体的温度即使在夏季也很少达到35℃以上[3]，铜绿微囊藻的光合放氧系统对高温表现出了良好的适应性。

10～20℃的温度范围内,玫瑰拟衣藻的净光合放氧速率随着温度的升高而迅速增加;温度超过20℃后,虽然净光合放氧速率随着温度的升高仍在继续增加,但是增加的速率越来越缓慢;25～30℃的温度范围内,净光合放氧速率达到最大值;当温度超过30℃玫瑰拟衣藻的净光合放氧速率随着温度的升高而急剧减小(图1)。

1.2光强对光合放氧速率的影响：在光强为90～900μmolm-2s-1的范围内,铜绿微囊藻的净光合放氧速率经历了一个快速上升的过程后很快趋于稳定,光饱和点在500μmolm-2s-1附近(图2)。光强接近900μmolm-2s-1,其净光合放氧速率仍表现出略微上升的趋势。当光强仅为180μmolm-2s-1时,净光合放氧速率就达到了最高净光合放氧速率的75%。显示出铜绿微囊藻光合作用的一个特点:高效利用弱光进行光合作用,并且对强光的伤害不敏感。

玫瑰拟衣藻的净光合放氧速率随光照强度的变化曲线是一条典型的光合放氧-光强曲线[4,5,6](图2)。90～500μmolm-2s-1范围内,净光合放氧速率随着光照的加强,基本呈线性上升;光强大于500μmolm-2s-1,净光合放氧速率上升减缓;光强超过630μmolm-2s-1后,净光合放氧速率不再随着光照的加强而上升,即在630μmolm-2s-1附近达到玫瑰拟衣藻的光饱和点;当光强大于720μmolm-2s-1,净光合放氧速率开始明显下降。净光合放氧速率的最大值是最小值的2.7倍。

1.3pH对光合放氧速率的影响:在pH6.5～11.5范围内,铜绿微囊藻的净光合放氧速率经历了缓慢上升达到最大值缓慢下降的过程,但是变化幅度不大;在pH10.0附近,光合放氧速率达到最大值(图3)。pH7.5～11.5范围内,铜绿微囊藻的净光合放氧速率最小值是最大值的90%,这表明铜绿微囊藻对pH值的适应范围非常宽,无论在中性或碱性水体,都可以旺盛地进行光合作用。

pH6.0～7.0的范围内,玫瑰拟衣藻的净光合放氧速率随pH上升而快速升高,在pH7.0达到最大值,pH7.0～9.5的范围内随pH上升而迅速降低,当pH值超过9.5后出现负值(图3)。此时,玫瑰拟衣藻的呼吸作用大于光合作用,不能正常地生长繁殖。这个变化曲线表明玫瑰拟衣藻对水体酸碱度的变化非常敏感,仅适应中性和弱碱性环境,在碱性较强的环境中,不能存活。

综合以上几个方面，至少可以得出铜绿微囊藻光合作用特性具有以下特点：(1)适应温度范围宽,对高温具有良好的适应性,并且光合作用随温度的升高显著提高;(2)光饱和点低,光合作用活性高,能在弱光环境中高效地进行光合作用,并且抗强光伤害;(3)对pH变化具有超强的适应能力,在中性和碱性环境中,都能进行活跃的光合作用。铜绿微囊藻在光能利用、温度和pH适应性方面的特点,可以使其快速生长繁殖,积累大量的生物量,在与其它藻类的竞争中占据显著的优势。这也是铜绿微囊藻水华频繁发生的生理基础之一。2．生长特性

铜绿微囊藻的生长繁殖受到一系列环境要素的影响，这些要素都可能成为铜绿微囊藻生长繁殖的限制因子。普遍认为的限制因子包括：TN，TP，TN/TP,某些重金属，有机配体，温度和流速等。

2.1TN,TP,TN/TP崔力拓，李志伟应用室内培养实验方法研究了不同组成氮盐（TN）和磷盐对铜绿微囊藻生长的影响[7],结果表明，铜绿微囊藻的生长状况很好地符合Logistic生长模型，进一步实验表明，铜绿微囊藻存在营养盐生长阈值CTP、CTN,分别为1.8mg/L和25.0mg/L,当TP、TN的初始浓度分别小于CTP和CTN时,随其初始浓度的增加会促进铜绿微囊藻的生长；但当初始浓度大于

营养盐生长阈值时,固定其中一种营养盐的初始浓度，随另一种营养盐初始浓度的增加反而会逐渐限制其生长[图4],表明铜绿微囊藻存在一个适宜生长的(TN∶TP)最佳值,为TN/TP=14∶1。

图4固定TP浓度情况下TN浓度对铜绿微囊藻生长的影响

2.2某些金属的影响Cu,Fe等离子均会对铜绿微囊藻的生长起到明显的抑制作用，近年来的研究发现，微量元素Mn也是限制藻类生长的主要因子之一，在水体富营养化和水华暴发中起着较大的作用。[12

，13]

藻类对重金属的吸收积累过程首先是重金属在藻类表面的被动吸附,随后藻类表面吸附的重金属主动转移至藻细胞内[9]。当藻类与重金属离子开始接触时,藻类首先表现为对重金属的表面吸附,原因是藻类细胞壁带有负电荷和一些含硫、氮和氧的官能团,它们较易与重金属离子发生电荷吸引及螯合反应,使重金属吸附在藻细胞表面,然后通过细胞的生理过程转移到细胞内部,从而抑制藻类的光合作用、呼吸作用和生长等

比如，王海明，王宁等人利用铜绿微囊藻培养液（MA培养液）进行藻类增长潜力（AGP）试验，考察了不同浓度Mn2+对铜绿微囊藻生长及其生物可利用性的影响[8]。结果表明,Mn2+为0mg/L时,铜绿微囊藻生长受到很大抑制,叶绿素a含量较低;Mn2+为0.7～6.0mg/L时,铜绿微囊藻生长较快,叶绿素a含量都较高,并且相互差异不明显;Mn2+为12.0mg/L时,可能对铜绿微囊藻生长产生了毒性,生长受到抑制,且叶绿素a含量较低;Mn在藻类正常生长所需浓度范围内,其生物可利用性与溶液中Mn浓度呈正相关。

2+2+

[10]

2.3有机配体的影响有机配体可以通过与有毒重金属的螯合作用降低重金属的毒性起作用，同时有机配体还会与体系中的微量元素例如铁、锌和锰等发生螯合作用而限制藻类的生长。因此体系中的有机配体具有对某些有毒元素进行络合减小其毒性和对另一些必需的微量元素进行络合而抑制藻类生长两种趋势。

以铜为例，铜是动植物所必需的微量元素之一，但过量的铜会对动植物产生毒性。研究表明，铜离子及羟基铜阳离子是铜对水生生物毒性最大的化学形态，而铜螯合物的毒性则小的多[15]。这是由于螯合剂降低了自由铜离子的浓度，使铜离子变成了生物可利用性较小的铜-有机螯合物。

常见的有机配体为EDTA、NTA和DTPA。不同的有机配体对同一种金属胁迫下的铜绿微囊藻影响也是不同的。仍然以铜为例，在室内利用MA培养液，在0.5mg/L铜的胁迫下,EDTA、NTA和DTPA均会促进铜绿微囊藻的生长，EDTA可显著增加藻类的生长速度，NTA和DTPA可延长其对数生长期[图5]；3种配体的存在均显著增加了铜绿微囊藻的叶绿素a含量，其中EDTA的促进作用最大，NTA和DTPA次之[图6]；EDTA显著降低了铜绿微囊藻胞内和胞外富集量，NTA次之，而DTPA对Cu2+的在细胞内外的分布影响不大[14]。[图7]

[14]

图5不同配体存在时对铜绿微囊藻生长的影响

（添加0.5mol/L的Cu2+）

图6不同配体存在时铜绿微囊藻叶绿素a的含量

（添加0.5mol/L的Cu2+）

图7不同配体存在时铜在铜绿微囊藻细胞内外的分布

（添加0.5mol/L的Cu2+）

2．4温度、流速的影响随着对富营养化机理的深入了解,已有大量文献报

道藻类与环境因子的相关关系,普遍认为流速、温度、光照等水文、气象因子,对藻类生长有着直接或间接的影响作用[16]。

温度对藻类生长周期的影响,主要是对藻类生理活性的影响,藻类生理活动所需的酶,在适宜的温度范围内,随着温度的升高其活性增加,藻类的代谢速率加快。研究表明[17],藻类代谢活动强度与温度的关系符合一般生理学规律:在其它环境条件适合的情况下,在一定的温度范围内,温度每上升10℃,藻类代谢活动增加2倍。

流速除了会影响到水流对水体底泥扰动、引起底泥营养盐释放,进而影响湖泊水体中藻类的生长[18],同时水流变化对水体中水生动植物分布规律也有很大影响[19]，流速其实也会对藻类的生长直接造成影响[20]。在特定的情况下，流速过快或过慢均会抑制铜绿微囊藻的生长。

赵颖，张永春曾经通过室内模拟，比较过温度和流速交互作用对铜绿微囊藻生长的影响[21]。他们的初始条件如表1所示，最终得到的各组藻比增殖速率（μ）如表2。

结果表明,流速与温度的变化可以改变藻类生长的周边环境,从而对藻类的生长、繁殖过程产生较大的影响作用及影响程度,流速与温度都是影响藻类生长的重要环境因子,在一定条件下,流速的增大、温度的升高均可促进藻类的生长,但流速的影响作用相对较为显著。3．危害

当蓝藻大量暴发时，会大量消耗水中的溶氧，造成鱼虾缺氧大量死亡，蓝藻本身死亡后又会释放藻毒素，对环境和生态造成很大危害。此处仅就藻毒素及其对浮游动物的影响阐明铜绿微囊藻的巨大危害。

3．1铜绿微囊藻毒素铜绿微囊藻毒素（Microcystin），现已知它们是一组环状多肽化合物[22]。铜绿微囊藻毒素是细胞内毒素，它在细胞内合成，细胞破裂后释放出来，并表现出毒性。由于它很小的体积（分子量1000左右）、环状结构及其氨基酸的特殊结构，一般认为它是由肽合成酶复合体合成的生物活性小肽，这类似于在一些杆菌和真菌中小肽的合成。其毒性因株系，环境条件不同而有很大差异[23]。其中毒机制尚不清楚，目前仅有几种中毒机制的假设，如Falconer等人提出的胆汁酸载体与蛋白磷酸酶活性假说[24]，Adams等提出的炎症反应机制

[25]

，Hermansky的免疫反应机制[26]，Jewell的钙离子水平提高及谷胱甘肽含量下

降机制[27]，Hermansky的自由基及膜破坏机制[28]等。

微囊藻毒素的具体危害很早就引起了人们的广泛关注。动物通过直接接触或饮用含有微囊藻毒素的水而中毒。中毒症状主要有昏迷、肌肉痉挛、呼吸急促、

腹泻，甚至在数小时以至数天内死亡。研究证明，中毒死亡主要是由于肝损伤，微囊藻毒素造成肝内出血甚至肝坏死。铜绿微囊藻毒素对动物的毒害程度主要与水华密度、水体毒素含量有关，也与动物种类和大小有关，单胃动物没有反刍动物和鸟类敏感。铜绿微囊藻毒素同样也危害人类健康，人们直接接触含有毒素的水华，如在湖泊、河流、水库中进行游泳等娱乐活动，会引起皮肤、眼睛过敏，发烧，疲劳以及急性肠胃炎。如果经常暴露于含有毒素的水体中，会引发人患皮肤癌、肝炎及肝癌。铜绿微囊藻毒素对整个动物领域包括从哺乳动物到无脊椎动物都有毒性[29]。铜绿微囊藻经口及腹腔内注射于小鼠，约在数分钟内引起痉挛、苍白，1~3h内使小鼠死亡[30]。处于极度兴奋的动物，由于大动脉与窦状小管结构的破坏，使其肝脏变黑，充血作用致使动物体剧烈肿胀，随后出现肝细胞分离及坏死，直至大出血导致休克或及肝的破坏而死亡[31]。

3.2对浮游动物生长繁殖的影响以草履虫，绿眼虫，大型氵蚤为受试生物，考察铜绿微囊藻对其生长繁殖的影响。结果显示，在较高藻细胞浓度(大于9×109个/L)条件下,都显示出较强的抑制作用;较低藻细胞密度下,抑制作用减弱；不同种类的浮游动物受抑制程度并不一致:草履虫、大型氵蚤均有较强的适应能力,可以在较高的铜绿微囊藻密度下生存,又以草履虫的适应能力最强;绿眼虫的适应能力最弱[32]。

4.处理方法

目前，对铜绿微囊藻的处理方法主要集中于物理方法，化学方法，生物方法。4.1物理方法物理方法主要包括传统的换水，打捞，絮凝作用等，以及后来发展起来的低功率超声波法，混凝气浮工艺，水中高压脉冲放电等方法。

在较小的水体中，比如南京的玄武湖，如果短时间内蓝藻集中暴发，可以采用引长江水入湖冲洗的方法，可迅速地缓解水华现象。但对太湖这样庞大的水体，换水显然既不经济也不实际。

利用絮凝作用去处蓝藻的方法现在还在广泛使用。根据在池塘养殖中的试验，滑石、三氧化二铁、海泡石、四氧化三铁、高岭土等8小时平均除藻效果在90%以上；轻质页岩、陶土、凹凸棒、累托土、伊利土等7种8小时平均除藻率为50~80%，铁矾土、云母、沸石、浮石、硅藻土、高钾长石和石英等8小时平均除

藻率低于50%。经壳聚糖包覆改性后的海泡石，在投加总量仅为11mg/L时，0.5小时即可去除80%的藻细胞，2小时除藻率达90%。不同粘土经改性后，絮凝除藻能力均有大幅度提高，原来除藻能力相去甚远的不同粘土，改性后除藻能力被提升到相近水平，投加量11mg/L时可去除铜绿微囊藻90%以上

[33]

。此种方法仅可用

于应急处理，不能从根本上解决水华现象，铜绿微囊藻会重新成为优势种并再次发生水华。

打捞的方在太湖蓝法藻暴发时期仍是应急处理的重要手段，但此种方法耗时耗力且并不稳定，短时间内铜绿微囊藻会重新成为优势种进而再次发生水华现象。

混凝气浮工艺也是比较成熟的除藻工艺，已广泛地应用于低温低浊水源水的处理。混凝气浮效果对藻类的去除与其生长期有一定的关系,藻类的去除效果以稳定生长期最好,去除率最高可达89%。但在投药量为50～70mg/L时,不同生长期的藻类均能取得较好的去除效果,藻类和浊度平均去除率达到85%[37]。

超声波除藻是最近发展起来的。Nakano等在研究中提到,利用超声技术在线控制水体中藻类的生长情况,可以达到较好的效果[34]。王波等研究了超声波的机械效应对铜绿微囊藻的即时去除,发现超声波可以安全、高效地去除藻类。超声除藻机制是利用超声波在水中的机械效应和空化效应产生的高压、冲击波、声流和剪切等力学作用杀灭藻细胞,破坏其生长关键组分,从而达到超声除藻的目的。舒天阁，苑宝玲等的研究表明，当超声频率为500kHz,超声功率为80W时,藻类的去除效果最好,超声5min后,除藻率可达到94%,用不同超声频率、功率分别辐照藻液10min,将超声后的藻液静置于光照培养箱中,每24h取上清液测量吸光度.不同超声强度处理铜绿微囊藻后,藻去除率(φ)的变化如图9所示，而且通过二次超声可进一步抑制残余藻类的生长,稳定除藻效果[36][图8]。经二次超声处理后,受超声作用而沉于底部的藻量变少,藻液泛黄.这说明超声的空化作用不仅杀死了藻,而且对藻的生长有抑制作用,藻细胞内部的关键组分受到了破坏,二次超声的结果导致绝大部分的藻细胞受到了破坏。因此,经二次超声作用后的藻液具有较大的稳定性,能在水体中较长时间的稳定和控制藻体的个数。这将意味着在处理实际藻污染水体时,间歇超声将是除藻进而抑制藻生长的一个有效方法。此种方法可以用于饮用水中的除藻，但考虑到超声波可能对其它

[35]

生物带来的毁灭性影响，并不适宜用于天然湖泊生态系统，比如太湖。

图8二次超声对微囊藻去除的影响

图9超声强度对藻去除效果的影响(φ:藻去除率)

水中高压脉冲放电主要是通过填充床放电反应器达到灭活铜绿微囊藻的目

的的。水中高压脉冲放电是一个极其复杂的过程,它不仅能在放电时形成强电场、紫外光辐射、冲击波，而且还产生大量离子、电子、激发态原子、分子(O3、H2O2)和活性物质(OH、H、O等)[38]。这些复杂的放电现象能引发一系列的物理、化学和生物反应,破坏物质的化学结构或生理结构,从而达到水处理的目的。目前脉冲放电对微生物的去除(主要是细菌类)的机理主要有:细胞膜穿孔效应、细胞膜电崩解、电磁机制模型、粘弹极性形成模型、电解产物效应、臭氧效应等[39]。国内外学者比较公认的是细胞膜穿孔效应和细胞膜电崩解[40]。

在填充床放电反应器中放电处理不同时间,铜绿微囊藻细胞数在处理当天和处理后随放置培养时间增加而变化的趋势如图10所示[41]。

放电对铜绿微囊藻数量的影响最显著的特点是，不同处理时间的样品在处理当天藻细胞数的下降趋势不如放置培养期间的明显，由此现象及电镜下观察的结果，得知填充床放电反应器中,藻被灭活的主要原因是系统中放电产生的强电场,紫外辐射,冲击波和大量活性物质的作用,使得藻细胞受到严重破坏,部分细胞死亡,随后在处理后的放置培养过程中,过氧化氢的存在进一步恶化了未死亡藻细胞的受破坏程度,最后藻细胞因不能自身修复而死亡[41]。和超声波灭藻一样，高压脉冲放电也因其生态风险不适用于天然湖泊生态系统中。

图10放电对铜绿微囊藻细胞数的影响

物理灭藻方法在短时间内都能达到使藻细胞数迅速减少的目的，在蓝藻暴发时可用于紧急处理，但均无法从根本上消除铜绿微囊藻成为优势种的要素，条件适宜的情况下必将再次发生水华。甚至有的方法本身就可能对生态造成更大的危害，因此限制了其适用范围，无法应用于天然的湖泊生态系统中。可以说，虽然物理方法无法从根本上解决蓝藻问题，从长远来看，甚至起到的缓解作用都相当有限，但在太湖蓝藻治理中，物理方法作为一种重要的处理方法，还是要存在相当长的时间。

4.2化学方法向湖水中投加化学药剂去除铜绿微囊藻具有操作方便、见效快的特点，因而被广泛采用。如2.2所示，铜绿微囊藻在较高浓度Fe,Cu胁迫下，生长繁殖会受到明显抑制。因此在应用中，向水中投加CuSO4也是应用较广的治藻方法。不过，和物理方法类似，此种方法仅适用于应急处理，且效果并不稳定，虽能在短期内迅速缓解水华现象，但几天后成为优势中的铜绿微囊藻会继续大量繁殖形成水华，而且藻类大量死亡产生的二次污染以及重金属通过食物链的富集放大作用危害也不可忽视。

化学药剂的选择要从从抑藻效果、药效维持时间、生态安全性、经济性等多方面进行考虑。除了重金属外，常用的还有烷基溴化铵（CTBA），异噻唑啉酮等。

例如，在铜绿微囊藻生长的迟滞期投加1mg/L,5mg/L,10mg/L,25mg/LCTBA抑藻率分别达到96.0%,97.4%,98.1%,98.5%,抑藻效果非常好。在对数期投加,1mg/L效果最好,完全控制了水华的发生;其它几个剂量(5mg/L,10mg/L,25mg/L)效果差一些,但最大抑藻率也都在68.0%以上[42][图11，图12]。

图11迟缓期投加CTBA的抑制效果

图12对数期投加CTBA的抑制效果

烷基溴化铵和异噻唑啉酮药效快,低剂量时可以作为水质维护的药剂,高剂量时可以考虑作为控制水华的应急药剂。但值得注意的是这些药剂的生态安全性还有待于进一步试验验证，因此使用时应当谨慎。

也有人提出向湖水中投放抗生素达到抑制铜绿微囊藻藻的效果。现在已知的Km、Cm、Str、G418和Amp等5种抗生素均能有效抑制铜绿微囊藻，尤以链霉素和氨苄青霉素效果最为有效。不过，应用抗生素同样存在着生态风险的问题。

4.3生物方法生物方法,主要从生态的角度,通过生物间的营养竞争和捕食关系来控制水华,如利用水生生物的捕食关系或水生植物的化感作用来抑制藻类的过度生长,具有符合自然生态原则、经济、合理的优点。

4.3.1通过种群竞争抑藻：在水体中人工培植有益性藻类或高等水生植物来克制蓝藻类。一方面利用它们之间对环境生长因子光、肥、水等的竞争，有益水

生植物吸收氮磷等营养盐，使微囊藻缺乏赖以爆发性增殖的营养条件，另一方面利用有些植物可以向环境释放化学物质抑制其它生物的生长。马为民等探讨了高等水生植物对铜绿微囊藻的增殖抑制[43]。

钱志平，冯燕等人通过实验研究了金鱼藻对铜绿微囊藻的抑制作用。图13就是20℃下培养的金鱼藻不同浓度研磨液的抑藻效果图。因此在建立人工湿地解决，利用水生高等植物对铜绿微囊藻的抑制作用来解决水华现象时，金鱼藻是个不错的草种选择。

[44]

图1320℃培养下不同浓度金鱼藻植株研磨液对铜绿微囊藻生长的影响

不过，考虑到铜绿微囊藻巨大的竞争优势，期望仅仅通过种群竞争的方法达到抑制的目的难度还是相当大的，更何况，有意地增加任何一种物种的数量都有可能带来生态健康问题。如果利用外来种，则更应重视其生态安全性。

4.3.2通过捕食作用抑藻。其中的一种方法是通过能消化微囊藻的滤食性鱼类、杂食性鱼类的吞噬作用除藻。并且采取多品种混养，合理利用天然饵料，

均衡了水体的营养，从而减少富营养化的可能，达到避免水华发生的目的。此种方法不少地方有试验，效果目前未知。

另外就是通过原生动物的吞食作用抑藻。扬州，孔繁翔等人在纯培养的铜绿微囊藻种群中添加有效牧食者棕鞭毛虫(Ochromonassp.),进行为期9d的实验,用流式细胞仪检测棕鞭毛虫牧食作用对铜绿微囊藻的影响.。结果表明棕鞭毛虫的牧食导致微囊藻种群迅速下降[45][图14]。

图14棕鞭毛虫牧食处理组和对照组铜绿微囊藻种群密度的动态

变化

但原生动物棕鞭毛虫的牧食能诱发微囊藻形成由数十个到数百个细胞组成的防御性群体[46]，这在一定程度上阻止棕鞭毛虫的进一步牧食,与Burkert等在201*年就曾偶然发现了这一点[47].微囊藻重新形成群体后,相对于原先的单细胞,在细胞表面超微结构以及胞外多聚糖含量出现了明显的变化[48]。而且在伴随着群体形成的过程中,微囊藻细胞的活性也发生相应的变化[45]。

从上可以看出，一方面铜绿微囊藻诱发性群体形成了有效防御,另一方面铜绿微囊藻确实能被棕鞭毛虫大量消耗,结合其它可摄食微囊藻的鞭毛虫[49],这些原生动物具有应用于富营养化水体中早期控制微囊藻种群的可能。对于一种藻类水华的发展,它的生长率必须超过所有损耗的总和。在这些损失过程中,牧食通常被认为是一个最重要的因素之一.。然而,如果一种藻类很难被牧食,例如

由于特别的防御机制或诱发性防御机制降低了牧食压力,这将有助于水华形成[50]。因此,在大规模培养的有效牧食者可以成功地应用于野外之前,还有很多基础研究需要探讨,以便更好地了解微藻水华种类和浮游动物牧食者之间物种特异性相互作用的生物和环境调控机制。

4.3.3通过化感作用：化感作用又称他感作用或异株克生作用(Allelopathy)，是植物或微生物通过释放化学物质抑制或促进其他个体生长的现象[52]。根据初步药物毒理学试验采用以下几种相对安全的药剂:

(1)从芦苇中提取的化感物质,主要成分为2-甲基乙酰乙酸乙酯;化感物质一般能在自然条件下降解,不会在生态系统中积累,生态安全性好[51]。因此化感物质应用于藻类控制具有良好的应用前景。

(2)大麦秸萃取液是从腐烂的大麦秸提炼出来的，是一种液状的天然麦秸萃取物,也被认为是一种化感物质,主要成分为苯酚类有机物(氧化型)和过氧化氢,对鱼类、昆虫以及高级植物生命都是很安全的,专门配制用于治理水体中的藻类。

(3)水稻秸秆浸提液。有报道称降解稻草堆蓝藻的生长有抑制作用，还强调历时一个月伴随微生物的降解作用对于稻草的抑藻因子的产生和释放是必要的

[53]

。但根据张余霞，张玲等人的研究发现，新鲜稻草秸秆浸提液就可以达到良

好的抑藻效果，其抑藻物质在严格无菌条件下24h水浸提就可以有效提取[54]。由此可见，水稻秸秆浸提液的化感物质可能就存在于水稻秸秆中。

化感物质在铜绿微囊藻生长的迟缓期添加具有很好的抑菌效果，但在其对数期添加则效果不甚明显，并且在某些浓度时化感物质甚至有促进铜绿微囊藻生长的作用[55]。以芦苇中的化感物质（2-甲基乙酰乙酸乙酯）为例，在迟缓期添加对铜绿微囊藻生长的影响如图15，对数期添加的影响如图16。

图15迟缓期添加化感物质

图16对数期添加化感物质

由图16可知：在铜绿微囊藻生长对数期加大剂量投加2-甲基乙酰乙酸乙酯,仅具有微弱抑制作用,而且在25mg/L时刺激了藻的生长,藻数量超过了空白样。

4.3.4融藻菌的作用溶藻细菌,作为水华和赤潮防治的生物,已经引起越来越多人的关注[56],被报道的溶藻细菌主要有交替假单胞菌Alteromonassp.[57],黄杆菌属Flavobacteriumsp.[58],嗜胞菌属Cytophagasp.[59],腐生螺旋体属

Saprospirasp.[60]和黏细菌属Myxobactersp.[61]等。融菌藻有着广泛的应用前景，不过菌种的分离纯化、驯化仍需做很多工作，如果能应用基因工程的手段获得更为高效的工程菌，利用融菌藻处理蓝藻可能会更迅速地得到推广。

4.3.5综合处理Aizaki通过水培植物过滤法，利用根系发达的水生植物将水中的悬浮物和藻类过滤去除，然后由微生物对形成的污泥堆积物中的有机物、氮和磷等营养元素及藻类进行生物降解[62]。李先宁等研究了一个由水生植物、水生动物及微生物构成的高效生态净化系统[63]。王国祥等指出水华防治需要生物调控和生态恢复相结合：以浮游动物、鱼类控制浮游植物以水生高等植物控制水体营养盐同时结合环境工程和生态工程，恢复受损的生态系统，提高水体的自净能力

[64，65]

。在水华防治方法的选用上，借鉴国内外富营养化治理的研究成果，权衡

社会、经济和环境效益等综合因素，对藻类的去除应首选生物方法，这是因为富营养化问题是一个典型的生态问题，生态问题只有用生态学的方法解决。

5．资源化

如果能将蓝藻变废为宝，能加以资源化利用，则不但能创造良好的经济效益，

而且也能很好地解决蓝藻水华问题。曾经有人尝试研究如何将铜绿微囊藻收集起来以作为绿肥，但效果如何不得而知。部分蓝藻可以固定氮素，应用得当可能会提高作物产量。

铜绿微囊藻毒素是其产生危害的重要因素，但是藻毒素对昆虫的毒性也为其被开发成为新型杀虫剂提供了可能。铜绿微囊藻毒素LR对家蝇、斜纹夜蛾、大菜粉蝶等均表现了较强的毒力[66]。己有报道，利用天然铜绿微囊藻Microcystissp.制成有机肥，在施入土壤后可控制黄瓜根结线虫Meloidogyneincognita种群数量达两月[67]。

每毫克绿色微囊藻干细胞含有的微囊藻毒素可达3~5微克，把藻类当资源利用，直接收获并加工提取高附加值的产品，有一定的经济效益和生态效益。这意味着蓝藻可作为一种具有商业价值的天然杀虫剂去开发利用。

当然，在试图利用藻毒素的时候，我们还应当充分注意到其对哺乳动物，包括人类的毒性作用，还需要进一步研究藻毒素对不同昆虫的生物活性，明确其毒性作用机制和残留毒性，这样才能为微囊藻毒素的大规模应用奠定基础。

结论与建议：太湖蓝藻问题是一个综合性的生态问题，最终的解决方案可能还是要依赖生态的方法，当然，我很希望能看到蓝藻最终成功资源化创造出巨大经济、生态效益的“双赢”结果。不过，“冰冻三尺，非一日之寒”，太湖蓝藻问题能发展到今天这么严重的程度，非朝夕而成。所以在处理这个问题的时候也不应操之过急，对于这样的一个大的工程，采取任何措施前都应当很谨慎地进行各种论证，尤其要关注其生态影响，否则无异于饮鸩止渴，未见其利，反见其害。在太湖蓝藻治理的过程中，我们也应当关注下巢湖，滇池等其他富营养化严重的湖泊，彼此借鉴经验，共同战胜蓝藻水华这一“湖泊癌症”。

[68]

附录

201*年暑假实习经历：

201*-6-30~201*-7-4：参观南京市城北城市污水处理厂，垃圾填埋场，傅家边生态园等地；201*-7-7~201*-7-25：在南京市环境监测站大气室，生态室实习。期间到南京市玄武湖，紫霞湖，固城湖等地方采样、现场监测，对湖泊富营养化现状感到担忧，开始关注相关的信息；201*-7-26~201*-8-19：在江苏鼎泽环境工程有限公司技术部实习。期间随公司到太湖蓝藻打捞工作现场实习，对太湖蓝藻问题有了直接的感官上的认识，此时就开始酝酿本文；201*-8-20~201*-8-30：查阅文献，资料，撰写本文。关于太湖蓝藻：

蓝藻暴发固然和营养盐，尤其是N、P元素，含量过多关系很大，但是湖水的温度，流态等因素的影响也不可忽视。纵观我国几大淡水湖，水位较深，水力停留时间长的湖泊，比如太湖，巢湖，滇池等，蓝藻水华现象都很严重；而和巢湖、太湖相距并不太远的洪泽湖，虽然其N、P等营养盐含量同样超标，但由于其水位很浅，平均不到1米，长江的换水相当迅速，因此至今尚未发生蓝藻水华现象。所以，太湖蓝藻治理中，设法改变湖水的流态也是可以借鉴的思路。关于蓝藻的毒性：

据报道，并非所有的蓝藻都有毒性。已知有毒的种主要有水华鱼腥藻(Anabaenaflos-aquae)、阿氏颤藻（Oscillatoriaagardhii）、念珠藻(Nostocspp)及铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa）。其中水华鱼腥藻能产生一种有效毒害神经的生物碱α-变性毒素，对哺乳动物、鸟类都具有致命毒性。而一些水华束丝藻能产生石房蛤毒素毒害神经的生物碱，可引起贝类麻痹性中毒，人类可通过食用以蓝藻为食的甲壳类动物而中毒。甲藻类（Gambierdiscustoxicus）产生的西加毒素，其作用方式和石房蛤毒素相似，对蚊子也有毒性。许多蓝藻则会产生对哺乳动物致命的具有极广泛生物活性的脂多糖内毒素。

研究的最多的蓝藻毒素却是一种多肽，是由七个氨基酸剩余物组成的环形肽，水华鱼腥藻，念珠藻，阿氏颤藻等均能产生，但尤其是以铜绿微囊藻产生最多，这种毒素后来被定义为微囊藻毒素（Microcystin），也就是本文中重点介绍的藻毒素，本文中还着重讨论了其作为新型杀虫剂的应用前景。

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致谢

本文是我仓促间完成的，文中粗陋、浅薄之处不免贻笑大方之家，在此先表歉意。

在此我要先感谢带领我们暑期实习的王保忠、孔志明老师，他们不辞辛苦、敬业奉献的精神让我感动，他们的关照和爱护也让我的实习过程充满了快乐，他们的严格要求更让我受益匪浅；

其次，我还要感谢给我提供了实习机会的南京市环境监测站以及江苏鼎泽环境工程有限公司，没有这些实习经历，我根本就不会有写本文的灵感和动机，更不会有本文的最终完成了；

南京大学图书馆为我提供了丰富的电子图书资源，如果没有这么多文献、资料的支持，本文必将更加空洞无物，在此不胜感激之至；

最后，还是要感谢下我的父母，女朋友，以及可爱的同学们。他们都是关心我的人，他们对我的友情让我的生活充满了欢乐。

张孝林

201*-8-29

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