全 文 ：第 卷 第 期 中 国 岩 溶 〗
年 月
文章编 号 ： — — —
胁迫下小球藻 对岩溶水
〇 、 利用研究
以桂林寨底地下河为例
胡 清菁〃 ， 王 培 华 磊 、 曹 建华 、 李 强
中 国地质科 学 院岩 溶地质研 究所 国 土 资源部 、 广 西壮族 自 治 区 岩 溶动 力 学 重点 实验 室 ， 广 西 桂林
广西 大 学环境 学 院 ， 广 西 南 宁 中 国地 质大 学 地球科 学 与 资 源学 院 ， 北 京
荆 州 水务 集 团 有限公 司 ， 湖 北 荆 州
摘 要 ： 初 级 生 产 者 藻 类 对 维持 生 态 系 统 稳 定 具 有 重 要 的 意义 。 年 底 广 西 龙
江 重 金 属 污 染 对 其 下 游 水 体 中 水 生 生 物 造 成 了 严 重 的 影 响 ， 为 了 解 〃 对
岩 溶 水 体 中 藻 类 碳 汇效 应 的 影 响 ， 针 对 广 西 龙 江 重 金 属 污 染 ， 文 章 通 过 室 内
封 闭 培 养 体 系 研 究 了 在 、 、 、 丨 不 同 浓 度 胁 迫 下 小 球 藻 对 岩 溶
水 中 游 离 和 的 利 用 情 况 以 及 体 系 中 和 生 物量 的 相 应 变 化 。
结 果 表 明 ： 当 浓度 在 丨 时 ， 小 球 藻对 岩 溶 水 中 和 的
利 用 基 本 上 没 有 到 影 响 ； 当 浓 度 在 时 ， 对 小球 藻 利 用
和 具有 一 定 的 抑 制 作 用 ； 当 浓 度 高 于
丨
时 小 球 藻将 不 能 利
用 岩 溶 水 中 和 同 时 漂 移 实 验 表 明 ： 当 浓度 在
时 ， 小球 藻 能 同 时 利 用 岩 溶 水 中 游 离 《 和 进 行 光 合 作 用 ； 浓 度 为
时 ， 体 系 中 藻 细 胞 生 物 量 与 空 白 对 照 组 基 本 相 同 ； 当 浓 度 在
时 ， 小 球 藻 只 能 利 用 岩 溶 水 中 游 离 进 行 光 合 作 用 ； 当 ‘ 浓度 为
时 ， 藻 细 胞 生 物 量 为 空 白 对 照 组 的 一 半 ； 当 ” 浓度 为 时 ，
小球 藻 生物 量 仅 为 时 的 一 半 。
关键 词 ： 岩 溶 水 ； 小 球 藻 ； 胁迫 ； 漂 移 技 术 ； 碳 汇
中 图分类号 ： 文献标识 码 ：
引 言 ， 对岩溶水生态系统中藻类的生长具有促进作
袁道先 （ 提出 岩溶动 力 系统概念 ， 并定义 ： 重金属污染 和富营 养 化是全球水生生态 系统研
’ 岩溶动力 系统是控制岩溶形成演化 ， 并常受制 于 巳有 究 中 的 两个 主 要 问题 ， 严重 制 约着水生 态 系 统的 健
岩溶形态的 ， 在岩石 圈 、 水圈 、 大气 圈 、 生物圈 界面 上 康 。 年 月 日 发生在广西河池龙江的镉
的 ， 以碳 、水 、钙循环为 主 的 物质 、 能量传输与 转换 的 污染事件不仅导致下游河段水生生物受到严重 的生
系统⑴ 。 岩溶动 力 系 统是 地球 表层 的 重要组 成部 存威胁 ， 同 时也对两岸居 民生活用水造 成严 重 的 影
分 ， 岩 溶 作 导 致 水 体 中 含 有 大 量 和 响 。 重金属镉 （ 为有毒元素 ， 它的化合物 具有较
基金项 ： 屮 国地质调查局项 目 ： 岩溶地区固碳增 汇试验示范 （ 广西 然科学基金 （
第一作者简介 ： 胡清菁 （ — 女 ， 硕士研 究生 ， 主要从事坏境污染修复理论与技术研究 。 。
通汛作者 ： 李强 （ 男 ， 副研究员 ， 博士 ， 主要从事岩溶巾物地球化学研究 ， 。
收稿 期 ： —
1 2 4 屮 国 岩溶 年
大脂溶性 、 生物富集件和毒件 ， 并能在动物 、植物和水 境受到镉 （ 污染后 ， 其浓 度多少才会对岩溶水生
生生物体 内 蓄积 ， 在水环境中不 能被 生物降 解 ， 町 系统中藻类产 生影响 ， 至今仍 未 见 有研究报道 。 为
抑 制微藻光系 统 的活性 ， 影 响 同 化和 此 ， 本 文研究了不同 镉离子浓 度梯度胁迫下 ， 小球藻
卡尔文循环的 酶活性 。 关 于重金属 胁迫 对微 藻 对岩溶水体中 、 和游离 的利 用情况
光合作 用 的 影响 前人 曾 做过 大量 的 研究 。 李建 宏 以及水体中 和小球藻生物量的变化 ， 以期揭 示在
等 研究表明 ， 在 浓度的 胁迫 岩溶水生态 系统中对水生藻类碳汇产生 影响 的镉离
下 ， 随着重金属 离子浓度的提高 ， 叶绿素总量减少 ， 光 子浓度范围 ， 从而为岩溶碳汇计算提供科学依据 。
合放氧受到 抑制 。 朱卓洪等 研 究 了 珠江河 口铜 、
铅 、镉和铬对单细胞 藻类生长 的影 响 ， 结果表 明镉对 材料与方法
硅藻和扁 藻生长具有一定 的毒性 ， 金 属 的毒性效应随
升高而增大 。 于小娣等 在实验 条件下研究 了 水样
重金属离子 — 、 〃 胁迫 对米 氏凯 伦藻 和 水样采 广丙桂林市灵川 县海洋 乡 和潮 田 乡 境
微小原甲 藻 的急性毒性效应 ， 结果表 明微藻种群相对 内 的中 国地质科学 院岩溶地质研究所海洋 一寨底实
增 长率随着胁迫浓度的增加而下降 ， 种 金属离子 验研究基地地下河系统出 口 处 ， 采样点的地理坐标 为
的毒性表现 出 〃 的 趋势 。 藻 类是 ° ， ° 。 该地下河 系统是 前
水生态 中 的初级生产 者 ， 在水生系统食物链中起着极 最为典型 的 岩溶地下河系 统之一 。 采集新鲜表 层岩
为重要的作用 。 重金属通过各种途径进人水体后 ， 首 溶水储存于便携式小冰箱 中 ， 带 回 实验室并储存 于
当其 冲的受害者是藻类生物… 、 但对 于岩溶水体环 。 冰箱备用 ， 水化学指标见表 。
表 寨底地下 河出 口 处水化 学特 征
；
—
地点
，
地 下河出 门
藻种 液 ， 藻细胞 ， 空气柱 ， 封 口膜封 口 盖紧瓶塞 ， 置
小球藻 为绿 藻门 小球藻属 于恒温培养箱光照培养 。 培养条件为 ： 温度 ° 光
普生性单细胞绿藻 ， 是一种球形单 细胞淡水藻类 ， 直 强为 全天光 照 培养 。 每 隔 分 别 从
径 ，是一种高效 的光合 植物 ， 以 光合 自 养 生 、 、 、 、 组取出 瓶进行相关数据测量 ，
长 繁殖 ， 分布极广 ， 在潮湿 土 壤 、 岩石 、树 十 都能 发 测完后舍弃 ， 持续 。
现 。 本研究所用小球藻从寨底地下河 出 口石块 监测指标及仪器
刮取筛选获得 。 利州紫外分光光度计 检测 培养体系 中 藻细 胞生
培养实验 物量 。 、 溶解氧利 州 多 功能水质 参数
采回 的 岩溶水经孔径 为 微孔滤膜抽滤 分析仪测 量 。 标 准 滴定水体 中 游离 含
去 除水 中 的 微 生 物 ） 后 用 于 配 制 — 培 养 量 。 浓度 和 浓 度分别 用德 国 公
基 配制时除去配 方 中 的 司生 产 的硬度试剂 盒和碱度 试剂 盒测定 。
除去外界 一 、 对实验的影响 ） 。 将培养液分 数据处理
装 于体 积为 聚 乙烯瓶 ， 每瓶分 装 。 利用 等软件对 两组平 行实验数据 的 平均
浓度分别为 、 、 、 实验组及不 值进行统计分析和制 图 。
添加藻液 的 空 白 对照组 （ 简称 为 、 、 、 、
， 每组设置一个平 行对照 。 每组各 个培 养瓶 ， 结果与分析
分别 向 个不 同 浓 度梯 度组 中 加入处 于对数 生
长期 的藻 液 。 封 闭 培 养 体系 组 成为 ： 培 养 胁迫下小球藻对岩溶水 中 的利 用
第 卷 第 期 胡清 诨等 ： 胁迫下小球淹 对岩溶水 、 ’ 利 川研究
实验证明 ， 在 供应不 足时许多海洋 。 组 浓 度 由 降 低 至
微藻会诱导产生大量碳酸肝 ， ； 组 浓度 由 降 低
并 以 环 境 中 为 碳 源 。 岩 溶 水 体 中 至 、 组 浓度基本没有发 生变
；
含 量 比非 岩溶 水高 出 个 数量级 能 为 岩 化 ， 仅 由 降 低 至 。 从
溶水 生生态系统 中初级生产者提供大 量光合作用 碳 浓 度 变 化 ■ 以 看 出 ， 当 浓 度 低 于
源 。 岳闰锋等 阐述 了 藻类对无机碳利 用 的机理 时 ，小球藻 对 化 利 基 本 不 受影 响 ； 当
对 于大 多数藻类 除 了 吸 收 之外 还 吋 以 吸 收 利 浓度 处于 时对小球 藻
州水中 。 本研 究 表 明 （ 阁 、 图 封 闭体 系 利用 「 有 一定 的抑 制作 当 ’ 浓 度高 于
中小球 藻光 合作 先利 用 岩溶水 中游离 ， 当 游 时 小球藻 对 利用 受 到 明 显 抑 制 ， 这
离 被耗尽后 ， 还 能利 片 「 为碳源继续进 行 与李建 宏等 结果一致 。
光合 作 用 ， 因 此 从 第 二 天 开 始 ， 各 封 闭 体 系 中 的 漂 移技术… 是 前研究无机碳 利用 机制 和
都 出 现不 同程度 的 下 降 。 培 养 初 始 ， 各 封 闭 能力较 为常用 的一种 方法 。 研 究表 明 ： 当
体 系 中 的 浓 度 都 为 组 补偿点 高 于 时 ， ■ 以 作 为 藻 类具有
浓度 由 降低 至 ； 利用能力 的证据 。 从阁 可以看 出 ，在封闭体系 中 巾
于小球 藻 光 合 作 对无机碳 源 的 利 和 组
：
一 ‘一”‘一 “一 — “一 “ 值均从初 始 的 分别 升到 和
、 和 组分别 升到 和 ， 空 白 对 照组°
。 基 本 维持在 左 右 。 对封 闭 体 系 中 、 、
；
」 。 、 组 与 相关性分析表 明 ， 、 和
“
组 中 与 呈 显 著 的 负相 关关 系 ， 而 和
；
组 与 相关性 并 不 显 著 。 由 此 以 说
明 ， 小球藻能利用 岩溶 水体 中 进行光合作用
并且 当 浓度 在 之间时 ， 小球藻不
仅 能利 岩溶 中 （： 为碳 源进行 光 ； 合作 ， 同 时
还能 利叫 进行光 合作 州 。 当 浓度在
图 不 同 〔 浓 度胁迫 下 封闭体 系 中游离 的 含 量变化
；
之间时 ， 小球藻 只能 利用 岩溶水 中
作 为唯一碳源进行光； 合作 ； 。
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■ 实验天数
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实验天数 图 不 同 浓 度下封 闭体 系 中 丨 的 变化
图 不 同 浓 度下封 闭体 系 中 ■ 浓度变化
图 为不 同 浓 度梯度下 小球藻生 长 变化情
1 2 6 中 畀溶 年
况 。 从 图 中可 以 看 出 当 浓 度 在 由 图 口 以 看 出 ， 与 组 相 比 ， 。 组 和 组
时 培 养的 前两 天 对小球 藻 生 长 起促进作 。 中 小球藻对岩溶水 中 利 量 和利 坩趋势都很接 ：
随着 浓 度增加 ， 对 小球藻毒 害作州 随 着浓 近 。 主要 原 因是岩溶水 中 高浓 度 的 〃 对小球藻细
度的增 加而 愈加 明 显 ， 封闭 体系 中最终 小球藻生物量 胞具有一 定 的保护作 用 从而降低 水 体 中 对藻
为 由 于过量 的重 金属 破坏 了 细胞 的毒 害 作 州 。 能使细 胞 降低 、 有 毒离
藻体的叶绿体 抑 制 其叶绿 素 的合 成 从而导致其叶 子 、营养不平衡等造成的不利 影响 。
绿素 含量 明显下降 同时细胞生 长也受到重金属 的 「
抑制 。 ■
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趣
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实验人数
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图 不 同 浓 度 下封 闭体 系中 浓度 变化
实验天数 〔
图 不 同 浓 度 下封闭体 系 中藻细 胞吸 光 值变 化
不 同 浓度 胁迫下小球藻对岩溶碳汇的转化
当碳酸 盐岩溶蚀吋 ， 岩溶作用 表现为碳汇效 应 ，贿脑下树制⑶水巾 〔 的期
」
彳麵盐岩沉酬 ，辦侧練減驗应 ， 即 ：培养 初始各封 闭体 系 中 （ 含 量 均为 々 ⑴
培养 开始前 天 各封 闭体 系 中 浓 度 变化 不 然而 ， 在有水生 澡类对水体 中的溶解尤机碳进打利片大 从培养第 四天开 始 各封闭体 系 中 （ 的浓度 开 时 驱动 述反应 向左进仃 ， 从而发生如 下反应 ：始 出 现不 同程度 的下降 。 与 不 添加镉 的培养组 （
— 有机碳 ） 个相 比 受 胁迫 的小球藻 培 养 组 中 ， 含量 的
降 低明 显 变缓 ， 并且随 浓度增 加 ， 的减 少量 …通过 以 上 两 个反应 过程使得水体 中 的无 机碳也不断变小 。 当 浓度 高 于 时 水体 转化为有机碳而 被 同 定 下 来 ， 并 由 食物链进 人中 的 含量基本不变 。
曰 生态 系统循环⑸ 。 在岩溶 水 生 生态 系统 中 巾 于 岩是控制 生命体生 长 和 死亡 的 重 要 丨目 号
子 在封闭体 系 中小球藻光合作用过程也就 是利縣 ；
麵 “
体 中 维持细 胞《 代 过程气 参 与
细 胞新陈代谢■有研 究 ’ 并 且 有 充分 的翻
一 或尾 矿污染 后 ， 水体中存在 的重 金属对藻类 产生致毒
本 ， 蓝藻 旨通过放 出 胞 内 和 吸 收 胞外 的转 方
丁 门 、 效应 ， 影响 藻类 的生长代谢 、 抑制 光合 作州 等… ， 从而式来感应 和 区别 不 同环境 刺 ？激 ‘ “ 。 不 同 浓 度 （：士
、 影响水生生态 系 统 中 藻 类 对岩溶 碳汇 的 转 化 能 力 。胁迫 下小球藻对 利 量不 同 的 王要 原 是随 着
，
随 着水 体 中 浓 度 的 增 加 ， 小 球 操 对 岩溶 水 中浓 度 的增 加 封闭 体 系 中 小球 藻 的生 长 也受 到 利用不断减 少 。 当水体 中 浓 度 处 于不 同程度 的 抑 制 ， 光合 作 受 到 影 响 ， 而 出 现 ‘
利腿的差异 ； 在 站 为 时 ， — 时 ， 小球藻对職 利用基本上跟 组相
的 浓度基 本 没有 变 化 ， 丨大 丨 此 口 以 判 断 在 此浓 度 胁迫 ；
下 小球藻 的生 长 繁殖受 到极大地抑制 。 浓 度处 于 — 时 ， 小球藻对 利
第 卷 第 期 胡清 菁等 胁迫下小球藻 对岩溶氷 利用研究
用受到较强 的抑 制 ， 。 组 中 的转 化率 仅为 。
组 的 当 水 体 中 浓 度 达 到
… ■ 丄
，时 ， 小球藻对 利用基本上停止 ， 。 组 。 、 ⑴
：
一
中 的转化率只 有 。 组的 。 浩 云涛 ⑴
等 ⑴ 的研究表 明低浓度重金属 离子对椭 圆小球藻叶
绿素 含 量 的 影 响 尤 为 明 显 ， 当 镉 浓 度 低 于
时 ， 随重金属离子浓度增加 ，其叶绿素 含量 ’
丨 丨 、 丨
、
■ 儿 甘士 在■ 曰 金相灿 中 国湖泊富营养化及其 防治研究 北 京 ： 屮 国 环降 幅度 较 大 。 因 此 ， 可 以 认 为 小球 藻在 重 金 境科学出 版社 職 —
浓度胁迫下 对 利用率下 降是 由 于叶绿 陈静生 ， 周家毅 中国水 环境重金 属研究 北京 ： 屮 国 环
素 含量降低 引起 ， 叶绿素 含量降低影响 了光合作 境科学出 版社 ，
用从而影响 了小球藻的 固碳作用 。 戴世 明 镉污染的水处理技术研 究进展 安 全与环境 工程 ，
：
入 李建宏 浩 云涛 ， 翁永萍 ’ 胁迫条件下椭 小球藻 的生理结 论 应答 水生生物学报 ， ：
朱卓 洪 ， 李 飞永 ， 陈金斯 珠江河 铜 、铅 、 锌 、 铬 和镉 对单细胞
当 浓度低于 时 ，小球藻对岩 藻类生 长 的影响 热带地理
溶水 中 十 和 利用基本 不变 ； 当 浓度 于小娣 ， 师玥 ， 周斌 ， 等 重金属离子胁迫对赤 潮微 狳的急性
处于 到 时对小球藻利用 毒性 环境 科学研 究 麗 服
、 广 … 也
况琪军 ， 夏宜挣 ’ 惠阳 重金属 对藻类的 致毒效 应 水牛和 翻 定 的 抑 制 ； 当 浓 度 高 于 生物学报 ， ： 打卜挪
时 ， 小球 藻对 和 利用受 到 明显 胡鸿钧 ， 李尧英 魏印心 ， 等 中 国淡 水藻类 、 ： 海 科
抑制 。 学技术出 版社 ， —
小球藻能利用 岩溶水体 中 〇 进行光合 魏印 中 国淡 水澳志 北京 ： 科学 出 版社 ，
作用 ， 并且当 浓度在 时 ， 小球藻 李娜 ， 毕 永红 ’ 高 大文 等 大气叫 浓度 变化对铜職囊藻
不仅能 利用岩溶 水中 为碳源进行光合作用 ， 浩 涛 ， 李 建宏 ， 潘 欣 ， 等 椭 圆 小球 藻 （
时还能利用 进 行光合作用 。 当 浓度在 对 种重 金厲麵 受性 及 富集 湖泊科学
之 间 时 ， 小球藻 只 能利 用岩溶水 中 〉 ：
作为唯 碳源进行光合作用 。
在岩溶水生生态系统 中 ， 当 污染水体 中
曹建华 ， 袁 先 ， 裴建国 ， 等 受地质条件制约的 中 国西南 岩溶浓度低于 时 ， 岩溶水对藻类细胞具有— 細统 北京 地质 出版社 ， 狐定保护作用 。 此 时 ， 污染对藻类碳汇效应 基本 岳国 锋 ， 王 金霞 ， 朱 明远 等 藻 类 无机碳 营 养 的研究进展
没有影响 。 但随着 浓度增加 ， 对 藻细胞毒害作 （ —藻类对无机碳 利用 的机理 及其调节 海洋 科学 ，
用加强 ， 小球 藻碳汇效应 不断 减弱 ， 当 污染水 体 中 。 ，
浓度高于 时 ， 小球藻岩溶碳汇效应
他… ：肖
， ，
参考文献 ， ； —
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：
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，
：
袁 道先 现代岩溶学和全球 变化研究 地学 則缘 ，
：
—
：
—
曹建华 ， 袁道先 ， 潘根兴 ， 等 岩溶动力系统中 的生物作用机理
初探 地学前缘 （ 中 国地质大学 ， 北京 ） ， ， ： 一
：
， ，
1 2 8 中 国岩溶 年
；
—
— 浩 涛 ， 李 建 宏 潘 欣 ， 等 捕 脚 小 球 箱 （ （
印 ） 对 种重金 属的 耐 受性 及洛 集 湖泊科 学 ，
—
， ， ，
，
；
，
： ，
， ，
‘
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， ‘
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”
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编辑 韦 复 才 ）