全 文 ：第 2 5卷 第 6期
2 0 01年 1 1月
水 生 生 物 学 报
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2 5
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普通小球藻生长与武汉东湖水体磷形态的相关研究
周培疆 ’ .2 郑振华 ` 余振坤 ’ 仇银燕 ` 严 国安 ` 吴振斌 2
( 1
. 武汉大学 环境科学 系 ; 2 . 中国科学 院水生生物研究 所 , 武汉 43 0 7 2 )
摘要 : 本文探讨了武汉东湖水体中总溶解磷 (飞 )P 、 溶解反应 磷 ( SRP ) 、总 反应磷 ( T R P ) 、溶 解
水解磷 ( SH )P 和颗粒磷 ( P )P 对普通 小球藻 生长 的生物 有效利用 性 进行 了普通 小球藻生 长
量 与各磷形态及总磷 ( TP )被利用浓度 的一元相关分析 , 进一步讨论了这些一元相关方程的不
足 。 并用多元 回归分析建立 了普通 小球藻 生长量 ( 们与 所测几 种磷形态 被利用浓 度 ( c 二。 ,
仇。 , c 二 ; , c SH ; , c P )的相关模型 。 这些模型可用 于评价湖泊水 体富营养化 的程度及预测 藻
的生长潜力
关键词 : 普通 小球藻 ; 磷形态 ; 生物 有效性 ; 多元回归
中图分类 号 : 卿礴9 . 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1〔x刃 一 3 2 0 7 归0 1) 肠 一 05 71 一 肠
氮磷在天然水体富营养化中的作用 已被广泛认可 。 由于 自然界中存在的含磷化合物
的移动性较氮化物低 , 因此磷对水体中初级生产力的限制作用比氮更为广泛 ,所以磷是湖
泊水体中藻类种群和密度的第一限制性营养元素 : ` 一 5 : 近年来 ,武汉东湖受人类生活及
生产活动的影响 , 大量生活污水 、 工业废水以 及农 田和地表径流等流人东湖 ,造成东湖 水
体磷含量升高 , 常出现水华及大量死鱼现象 ,富营养化程度 日趋严重 :
自然界进人湖泊水体的磷中 , 溶解态的磷只有一部分属正磷酸盐 , 此系生物体直接利
用的磷形态 ,其余部分中溶解态和悬浮态的生物可利用磷及有机悬浮态磷可逐渐以 正磷
酸盐形式释放出磷 , 故为生物体潜在的可 利用磷 4 一 因此在探讨磷对生物体生长影响的
研究中 ,仅考虑某种单一磷形态或总磷的影响是不够的 , 应全面考虑多种磷形态的综合作
用 : 本文初 步探讨了武汉 东湖水 体中总 溶解磷 (飞 )P 、 溶解 反应磷 ( S R P ) 、 总 反应磷
( T R P )
、 溶解水解磷 (S H )P 和颗粒磷 ( P )P 对普通小球藻生长的生物有效性 , 并建立了普通
小球藻生长与各磷形态之间的相关模型 :
材料与方法
1
.
1 藻的接种与培养 选用普通小球藻 ( hc lo er l 。 : 二烤a ir 、 eB i)j , 于水生 4 号培养液中接
种 ,在恒温 、 光照条件下进行培养 , 重复 2 一 3 次 : 所得普通小球藻浓度经显微镜计数确定
超过 10 6 c el · m L 一 ’ 。 实验前将处于对数生长期的藻液离心分离 , 再用无菌水反复冲洗数次
以除去藻表面吸附 的多余 的磷 , 然后将 藻转入无 磷的水生 4 号培养液 中培 养 2 一 d3 ,
收稿 日期 : 2( n 〕 一 10 一 l叭 修订日期 : 2 0 1 一 03 一 1
基金项 目 : 淡水生态与生物技术 国家重点实验室开放课题基金资助
作者简介 : 周培疆 门 956 一 ` , 男 , 湖南 省人 ; 博士 ; 现从事环境生态化学研究
水 生 生 物 学 报 2 5卷
使藻体内蓄积的磷消耗完 , 从而获得饥饿培养后的藻 。 该藻液即作为实验用藻种 。
1
.
2 东湖水体中不同磷形态测定 参照 已报道的湖水中磷形态分析的方法 、 4一 对东湖水
体中不同磷形态进行测定 ,具体测定方法是用抗坏血酸作还原剂 ,铝蓝显色后在 7 2 型光
栅分光光度计 (上海 申化仪表 自控公司产 )上于 7 10n m 处用 3 C m 比色皿测定东湖水体中的
总磷 (PT ) 、 总反应磷 ( T R )P 、 总溶解磷 ( T S)P 、 溶解水解磷 ( S H )P 和溶解反应磷 ( S R )P 等磷形
态浓度 。 所用试剂均为分析纯 。 具体操作方法如下 : 分别在各采样点采集东湖表层水样 ,
离心后高压灭菌 。
( 1 ) 总磷 (PT )测定 :取 25 mL 离心灭菌水样 于大试管中 , 加人 2 9 过硫酸按和 o . 25 mL
浓硫酸 ,水浴 ( 90 一 10 ℃ )消化 1 . h5 ,冷却至室温 ,用酚酞试剂调 p H 值 ,转移至 50 nrL 容量
瓶中 , 铂蓝显色 30 而 n ,定容测定 :
(2 ) 总反应磷 ( TR )P 测定 :取 25 . o m L 离心灭 菌水样于 50 m L 容量瓶 中 , 调 p H 值 , 铝
蓝显色 ,定容测定 :
(3) 溶解形态磷制备 :将离心灭菌水样通过直径 35 ~
, 孔径 0 . 45 拜m 滤膜抽滤 , 然后
进行各溶解形态磷的测定 。
( 4 ) 总溶解磷 (巧 )P 测定 : 取上述滤液 25 毗 于大试管中 ,其余操作同总磷测定 。
(5) 溶解水解磷 ( S H )P 测定 : 取上述滤液 25 m L 于大试管中 ,加人 2 . s m L 4 . s m .ol L 一 ’硫
酸 ,水浴 ( 90 ℃ )消化 45 而 n ,冷却至室温 ,调 p H 值 ,铝蓝显色 ,定容测定 。
( 6) 溶解反应磷 ( SRP )测定 : 取上述滤液 25 m L 于 50 m L 容量瓶 中 , 调 P H 值 , 钥蓝显
色 ,定容测定 。
( 7) 颗粒磷 ( P )为总磷 (即 )与总溶解磷 (飞)P 之差 。
1
.
3 生长藻 t 的测定 将所培养的藻液计数后 ,取一定量配制成一系列不同藻细胞浓度
的藻液 ,于 65 0n m 处测定其吸光度 ,并作藻细胞浓度与其吸光度的标准曲线 。 在藻类达到
较大生长量时 ,取少量藻液每隔 2 h4 测定其吸光度 ,直至其吸光度值前后变化不超过 5 %
时即可认为藻类 已达到最大生长量 。
1
.
4 普通小球藻生长与 东湖水体 中的磷形态相关实验 采集不同采样 点的东湖水样 ,
45 0 r/ 而 n 离心分离 ,高压灭菌后冷却至室温 。 各取一部分离心灭菌水样测定其总磷及各
磷形态浓度 。 再分别各取 3 0 tnL 离心灭菌水样于 s o l n 1) 锥形瓶 中 , 接种人经无菌水多次
洗涤的处于对数生长期 ,并在无磷水生 4 号培养液中培养 2一d3 的普通小球藻 , 接种量 2
x l了。 el · mL 一 ’ 。 在恒温 、 光照条件下培养 , 每天摇动各培养样品 5一 6 次 , 并经常更换各
锥形瓶位置 , 以使藻类不致沉积及各样品光照均匀 。 在藻类达较大生长量时 ,取少量藻液
每隔 24 h 测定其吸光度 ,直至其前后吸光度值变化不超过 5 % 时为止 。 最后离心分离 ,取
上部清液测定其终态总磷及各磷形态浓度 。
1
.
5 多元回归分析 采用 s邢s ( s r at i s t i e s h e k嗯e fo : s co ial s e i e cn e ) ( w i时 o w s g . o 版本 )统
计软件对普通小球藻最大生长量与各磷形态被利用浓度分别进行多元回归分析 为一 。
2 结果和讨论
2
.
1 普通小球藻对东湖水体中磷形态的利用率 所测 14 个东湖水样中 ,普通小球藻达
最大生长量 ( N )时的总磷 ( PT )及各磷形态 ( SRP 、 RT P 、 SPH 、飞P 、 P P )浓度与藻培养前的总
6期 周培疆等 :普通 小球 藻生长与武汉东湖水体磷形态 的相 关研究
磷及各磷形态浓度差值 ( 即藻所摄取利用的磷浓度 )列于表 1 :其中 万 ( x1 0 6)的标准误差
约为 土 0. 0 3 ;CT’ P的标准误差约为 士 0. 02 ;C SP R、 CTP R、 CHP、 CT sP和 G。的标准误差约为 士
0
.
02和 士 0.仪用 3。
表 1 普通小球藻生 长 t与其所摄总 磷及各磷形态浓度的关系
T a b
.
1 Rel a t一 n o s瓦 p比 t、 a e n ol g习 盯。叭 ha nd t he〔。 n。 。 nta r t一 n o of r o回 P a nd a e。卜 p f a r ctl n o
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磷形态在藻培养前后的浓度之差与藻培养前该磷形态浓度之比可视为藻类对各磷形
态的利用率 :将实验所测 1 4个水样中普通小球藻达最大生长量时对各磷形态 的利用率
分别计算 ,所得平均值列于表 2 。
表 2 普通小球藻达最大生长 t 时对各磷形态的利用 率
T ab Z U
, 11: z a t l o n fa e t o r o f
e a e h p far
o t l o n , n p r 、 e s * o f th e al 州 歹酬 h
磷形态 溶解 反应磷 总反应磷 溶解水解磷 总溶解磷
P f r a e it o n
利用率 ( 任 、
U ilt i七a tl o n fa e t o r
从表 2 可知 , 只有溶解反应磷 ( S R )P 能完全被普通小球藻利用 , 其余各形态磷均有少
部分不能为普通小球藻所利用 : 其中总反应磷被普通小球藻利用的效率也很高 , B二dfo 记
认为 ,在磷含量较低的湖泊 中 , RT P 是生物有效磷很好 的预测 因子 一 7 一 : 总溶解磷 (巧)P 和
溶解水解磷 ( S H )P 有约 4/ 5 被利用 ,还有 15/ 不能被普通小球藻利用 , eP te rs 认为在 仆 P 形
态中有一部分是生物无效 的 一 8 一 , 即使 是在磷非常限制的湖泊水 体中 , 也约有 40 % 的 ST P
不能被生物所利用 ,这部分磷一般既不能被磷酸酶作用 ,也不参与湖泊中的磷循环 、 9一 。 而
颗粒磷则通过释放或生物转化亦可被藻所利用 一 ? 一 :
2
.
2 普通小球藻生长与磷形态相关
根据以上讨论 ,将实验所测 14 个样品 ( n = 14) 的最大藻生长量与其所摄取利用总磷
水 生 生 物 学 报 2 5卷
及各磷形态浓度分别进行线性相关分析 (线性方程为 戊` 二 A十 B c` ),其结果列于表 3 。
表 3 普通小球藻生长 t 与总磷及各磷形态浓度线性回 归 系数 ( n 二 14)
T ab
.
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磷形态 总磷 溶解反应磷 溶解水解 磷 总溶解磷 颗粒磷
P f
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.
12 6
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.
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总反应磷
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.
67 8 3
2 816
3 8
.
9 5
0
.
3 97 7
前 已述及 ,一般认为在各磷形态中 ,溶解反应磷 ( SRP )是能够完全被藻摄取利用 的磷
形态 (其利用率为 10 % ) ,但从普通小球藻生长量与 SRP 的线性回归分析结果来看 , SRP
并不能充分地用来衡量藻类生长的情况 ( R = 0 . 2 83 0) 。 几 et sr 发现 S即 并不能正确 估计
湖泊中的生物有效磷 [ 8 。 B r a df odr 在对低磷湖泊研究时也发现 , s RP 与藻类生长的相关性
很差 。 可见 S即并不能单独作为有效预测藻类生长潜力的评价标准 。 总反应磷 (服 P )在
低磷湖泊中可作为生物有效磷很好的预测 因子 「7 ; , 但当总磷增高时 TR P 并不是最好 的生
物有效磷形态 ,它也不能充分地用来衡量藻生长 ( R = 0 . 3 6 13 ) 。 根据以上分析可知 ,普通
小球藻生长量分别与东湖水体中各磷形态 间的相关性均较差 , 即使对于总磷 ( PT )其线性
相关系数 R 也仅为 0 . 7 870 ,显然此相关系数很难满足作为藻类生长量预测因子 的标准 。
实际上藻类的生长应是各磷形态与藻 类综合作用的结果 , 并非单一磷形态的作用结果 。
因此要对普通小球藻生长潜力进行较准确的预测 ,必须将各磷形态综合考虑 , 即对普通小
球藻生长量与各磷形态进行多元 回归分析 。 根据表 1 结果作多元回归分析 , 其结果如表
4 所示 。
表 4 普通小球藻生长 t 与五种磷形态的多元回 归分析 ( n 二 14 )
T ab
.
4 M ul it可e er 孚君哭1 0 n an al y s is of ht e al 脚 笋诚 a川 het if ve P if 卫e it哪
磷形态 常数 溶解 反应磷 总反应磷 溶解水解磷 总溶解磷 颗粒磷
P f r朗 it o n C o n s切旧 t S RP T RI , SH P 侣 P P P
3 1
.
102 9 7
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.
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将普通小球藻生长量与湖水中五种磷形态进行多元 回归分析 , 逐步筛选与普通小球
藻生长最为相关的磷形态 ,获得相对较好的多元回归方程 ,这更能说明各磷形态对藻类生
长的共 同作用 。 然而表 4 的结果显示 ,并不能将五种磷形态全部纳人回归方程中 。 从表
4 可 以看出 ,五种磷形态多元回归系数 的 t 一 检验显著水平除颗粒磷外均大于 0 . 05 ,这表
明其相关性不很显著 。 从统计学角度考虑 ,普通小球藻生长量与这五种磷形态相关的回
归方程的可信度均小于 95 % 。 因此将五种磷形态全部 纳人 回归方程从统计学来讲是不
可靠的 ,此方程也不可作为评判湖泊中藻类生长量的依据 。
利用逐步选择回归分析 ,剔 除相关性不显著 的磷形态 ,并选择其 回归 系数 t 一 检验显
6 期 周培疆等 :普通 小球藻生长与武汉东湖水体磷形态的相关研究 57 5
著水平最好的相关式 , 从而获得符合统计检验的回归方程为 :
工 ( x 10 ` ) = 一 s s . 26 7 e s。 + 0 . 麟g e二 + l o . s 2 5 e 5 H P + l o s . 3 l l C。 一 4 . 0 6一 ( l )
R = 0
.
92 2 ; F = 1 2
.
76 1 ; P 二 0 . X() 1 ; n = 1 4
式 中 R 为线性相关系数 ; F 为 F 一 检验值 ;P 则为其显著水平 : 该式 中各磷形态的显著水
平为 : S R P 为 0 . 0 2 ; T R P 为 0 . 97 ;4 S H P 为 0 . (XX ) ; P P 为 0 . 0 1 . 常数为 0 . 01 4 该方程除 r
皿 P 的显著水平高于 0 . 05 外 ,其余三种磷形态均达到统计检验要求 ( 即其显著水平小于
0
.
05 )
,且其多元回归方程的线性相关系数 ( R 二 0 . 92 2) 也较高 : 因而在评价含磷较高的湖
泊水体藻生长潜能时 ,该方程值得考虑 :
进一步剔除相关性不显著的磷形态 ,并将方程 ( 1) 中所含四种磷形态 的每三种磷形态
进行多元线性回归 ,取 卜 检验显著水平最好的方程为 :
、一 ( x 10 6 ) = 一 s s . o Z o c s、 + z o
.
s 8 3 c * H。 + z o s
.
6 2 7 e , 一 4 .以 l ( 2 )
R = 0
.
9 2 2 ; F 二 18 . 90 2 ; P 二 0
.
(X旧 ; n = 14
该式 中各磷形态的显著 水平 为 : S R P 为 0 . 0 1 ; S H P 为 0 . 仪旧 ; P P 为 0 . (X幻 , 常数为 0 . 0 5 。
均小于 0 . 05 ,符合统计检验要求 方程 ( 2) 的线性相关系数与方程 ( l) 的线性相关 系数相
同 ,且其 F 一 检验值较方程 ( 1 )的高 , 显著性更好 ,且测定简便 : 因而在评价含磷较高的湖
泊水体藻生长潜能时 , 该方程更值得考虑 。
进一步简化预测方程 ,将五种磷形态的每两种磷形态进行多元线性 回归 ,取 t 一 检验
显著水平最好的方程为 :
人一 ( x 10 6 ) 二 Z l l . 3 r 3 e 二 , 一 r 24 . 9 8 4 e 。。 。 一 5 . 5 2 7 ( 3 )
R = 0
.
8 18 ; F 二 1 1 . 15 8 ; P = 0 . X() 2 ; n = 14
该式 中各磷形态的显著水平为 :仆 P 为 0 .以 ) 4 ; S H P 为 0 . 02 3 , 常数为 0 . 01 8 : 均小于 0 . 05 ,
符合统计检验要求 : 方程 ( 3) 的线性相关系数较方程 ( l) 和方程 ( 2 )的线性相关系数小 , 其
显著性也较差 : 在较简单的评价湖泊水体富营养化时 ,可使用该方程预测藻生长潜 力
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水 生 生 物 学 报 5 2卷
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《水产学报》是 中国水产学会主办的水产科学技术 的学术性刊物 。 于 19 64 年创刊 。
主要刊载渔业资源 、水产养殖和增殖 、水产捕捞 、 水产品保鲜与综合利用 、 渔业水域环境保
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