张 亮,张震斌,于德贵,田 蕊,肖伟男

(辽宁工业大学,辽宁 锦州 121001)

1 引言

近几十年来，水体富营养化问题日趋严重，导致藻华的发生频率和总体规模逐年上升。其中有毒藻种在自然水体中，将部分毒素予以释放，导致饮用水的安全性无法得到有效保障，与此同时，加剧了水体富营养化现象，导致水环境问题日益突出[1]。还有一部分常见的有害藻类，其释放的毒素将危害人体的健康。藻类的生长必须具有适宜的温度、营养与光照，有害藻类也不例外，藻类的生长情况与环境因子息息相关。对于藻类而言，生长过程中离不开氮磷这两项营养因子，因此，藻类的生长状况受到自然水体中二者的比例、含量与构成等的直接影响，决定了藻华的规模与程度[2]。自然水体中氮磷二者的存在形态种类繁杂，对于有害藻类而言，各种形态的氮磷营养物质均可被吸收与利用，从而加快自身的代谢速度，最终以藻华的形式呈现。因而，深入探讨有害藻类与氮磷营养物质二者的相关性，明确有害藻类生长受到氮磷形态与含量的实际作用，明确导致藻华发生的实际原因，以从理论层面探讨怎样对藻类的生长进行有效管控。

2 氮对藻类生长的影响

在藻类生长的过程中，氮作为不可或缺的重要因子存在，既要满足藻类代谢与生长过程中对自身的摄入需求，也是藻类体内多种部分的主体构成元素[3]。过低或过高的氮浓度都会对藻类的生长产生影响，与此同时，受到氮的存在形式差异化的影响，藻类的吸收程度也会发生一定改变。部分有害藻类的氮源选为DIN，并在该环境下始终处于良好生长状态。在进行藻类培养基的制造过程中，最常选用的氮源就是硝氮。通过研究了水中藻类在不同浓度硝氮情况下的实际生长状态，得出结论，随着硝氮浓度的显著提升，亚硝酸盐在藻类体内大量积累，大大减缓了藻类的生长速度，且对藻类光合作用的发生产生一定抑制作用。但针对大量的天然水体进行检测，发现氮浓度相对较低，因此，在进行研究的过程中，依据现实水体中的氮浓度加以模拟[4]，根据实验结果可知，调节硝氮浓度在0～12.0 mg/L区间内，可知当硝氮浓度为3.5 mg/L 时，藻类的细胞生长量为最大值。当铵氮浓度较低时，藻类可针对铵氮予以快速吸收利用，但氮含量无法满足细胞生长需求，因而生长十分缓慢；反之，过高的铵氮浓度，对谷氨酰胺具有一定抑制作用，藻细胞的生长受到一定程度的阻碍，也处于较为缓慢的状态[5]。亚硝氮作为氮形态循环过程中的中间产物，在自然水体中也十分常见。分别研究了水藻分别在0 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、15 mg/L的亚硝氮含量的生长状态，根据实验结果显示，亚硝氮浓度逐渐提升的同时，藻细胞生长速度反而逐渐减缓，因此，藻类生长之所以会受到亚硝氮的抑制作用，其实际原因就是一定程度上抑制了光合反应的发生，且增强了氧化应激反应。从实际角度出发，藻类不仅能够吸收利用无机态氮，也能够吸收部分溶解性有机氮，并将其转化为促进自身生长的碳与氮源。根据实验成果可知，4种十分具有代表性的藻类均可受到尿素和氨基酸的促进作用，部分也可利用混合氨基酸促进自身生长，还有一部分藻类则明显更易利用尿素[6]。另外，部分微小藻在酵母浸出粉的作用下，生长速率得以显著提升[7]。在酵母浸出粉中，始终将蛋白质等其中具备氨基酸的物质作为提供给藻类的主要氮源，简言之，藻类生长会受到氨基酸等含氮有机物的促进作用。当天，部分藻类无法对尿素予以吸收利用，一旦藻类生长环境中，仅具有氨基酸这唯一氮源，势必会受到一定的抑制作用。从整体角度来看，大多藻类均可吸收无机态或有机态含氮化合物，从而满足自身的生长需求。相较于铵氮而言，硝氮对藻类的促进作用更加明显，因而易于被藻类吸收，同时，过高的铵氮对藻类的生长产生一定抑制作用，甚至形成毒性效应[8]。此外，藻类可在有机氮源的作用下，加快代谢速度。

3 磷对藻类生长的影响

对于藻类而言，磷作为其生长必不可少的一项营养物质存在，既属于磷脂、核酸与蛋白质的重要组成部分，也是叶绿素合成的必备物质。在进行实验的过程中，无机磷源选做磷酸钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠、偏磷酸钠时，藻类仍能保持稳定生长状态[9]。不同品种的藻类对DIP的实际需求量存在一定区别，且藻类的实际生长状况也随着无机磷浓度的变化而发生改变[10]。当6.5 mg/L为磷酸盐浓度时，藻类的生长速度达到最高值，再继续提升磷的浓度，就会对藻类的生长产生一定抑制作用[11]。根据本次试验成果显示，若想使水藻处于稳定生长状态，就必须保证磷酸盐浓度高于0.20 mg/L[12]，而1.1～5.3 mg/L为藻类生长的最佳浓度区间。除此之外，深入剖析藻类的生物质成分，并以此作为磷浓度变化时产生的作用，该实验结果显示，限制磷浓度，将导致藻类体内的碳水化合物的含量显著提升[13]。藻类能够利用甘油磷酸进行生长，但生长速率低于无机态磷存在的情况。综上可知，在不同磷营养盐形态下，藻类的利用具有显著的种间差异。相较而言，磷源处于DIP形态最易被藻类吸收，且水体中过高的磷浓度也会对藻类的生长产生一定抑制作用[14]。

4 氮磷比对藻类生长的影响

设置两组初始磷浓度为0.05和5.0 mg/L 的培养液，并确保各个培养液的氮磷比为5∶1，10∶1，20∶1，50∶1，100∶1。在各个培养液中进行藻类细胞的培养，并对比各个培养液中的藻细胞生长情况，根据实验现象可知，氮磷比并未对藻细胞生长率造成较大影响，相较而言，磷浓度对其生长速率造成较大影响[15]；即便氮磷比值始终处于较低水平，也不会对藻类的生长造成较大影响，只有确保磷处于充足状态下，才能够发现藻类细胞受到氮磷比的作用，发生一定改变。当磷浓度为5 mg/L时，氮磷比为20∶1，只有满足上述两者的条件，方能使水藻处于最佳生长状态[16]。氮磷比值对水藻生长与水体氮磷的绝对浓度具有一定的相关性，并不能够在某一确定值上显现。只要能够保证氮磷比=4.5这一前提条件，就能达到最佳生长状态，并不受混合培养体系、纯培养体系的影响。氮磷比对藻类的抑制参数能够产生明显影响[17]。

5 小结和展望

藻类的生长与代谢都离不开氮磷2种元素。藻细胞内DNA与蛋白质的合成过程中，氮元素作为必不可少的营养物质。细胞内三磷酸腺苷(ATP)的合成和转化以及细胞新陈代谢过程中的酶促反应，均离不开磷元素的参与[18]。本项目通过给与不同生长条件发现不同的氮磷浓度对藻类生长影响不同，在高浓度磷低浓度氮条件下对藻类生长有一定的抑制性作用。在实验过程中，通过精密称量天平依次在不同氮磷浓度下培养藻类，培养后的藻类物质通过显微观察其细胞变化情况，经多次调试得出低的氮磷比会抑制藻类生长。水是生命之源，抑制藻类生长能控制藻华的形成，可以让水质提升，丰富水资源，提高环境质量，在生活中人们要尽量避免氮磷直排水体中的情况，这样就可以防止水华等现象产生，让水环境更加美好，让生活得更加安全。