在自然水域有害的藻华(HABs)会造成严重后果对水生生态系统、环境和公众的威胁全世界的健康。藻华的形成限制光进入更深的水层，从而抑制水下植物的生长光合速率下降，而恢复的清晰水质可以促进水下植物的生长，而水下植物的生长又受水质的影响，并在维持湖泊清澈状态方面发挥着至关重要的作用。然而藻华的消亡过程很缓慢且不受控制，在已形成藻华的水体中，很难通过自然过程实现这一目标。本论文的研究人员提出了一个方案，即在不同的温度(8℃和25℃)下，采用工程学的方法实现使藻华向大型植物的转变和藻类营养物质的转移的过程变得更加容易。研究表明絮凝-封顶法可以促进藻类向大植物为主状态的转化，而这个过程是水生生态系统修复的关键。


微电极的应用


unisense公司的氧气微呼吸微电极应用于藻华的微呼吸速率测试。为了测试藻的光合作用和呼吸分析，在与藻类分批培养相同的条件下，将藻华加入微呼吸瓶(4 mL)培养。然后将采样瓶移入培养箱后，应用unisense微呼吸系统测定采用不同条件处理后藻的光合速率和呼吸速率，其中微呼吸电极采用传统的两点法进行矫正。


实验结果


研究人员提出了在不同的温度(8和25℃)下，采用工程学方法的可以使藻华向大型植物的转变和藻类营养物质的转移的过程变得更容易。结果表明，絮凝与封顶处理相结合，不仅可以去除富营养化水体中的铜绿微囊藻华，而且可以促进藻类的分解，使其成为水下大型植物(菹草)所需的生物量。絮凝封顶处理可引起藻细胞裂解。与对照组相比，絮凝-封顶处理组抑制了藻类的光合作用和呼吸速率，叶绿素-a的浓度显著降低。15N示踪研究表明，在8℃和25℃条件下，水下大型植物(菹草)可分别吸收3.3%和34.8%的藻类氮源。研究表明絮凝-封顶法可以促进藻类向大植物为主状态的转化，这个过程是水生生态系统修复的关键。

图1、实验培养装置图。孵育瓶置于恒温水浴中。两个光学氧传感器被放置在瓶的上半部分相对的两侧。该STOX传感器是通过一个玻璃管插入瓶的中心。校正的过程是通过压力补偿口加入已知的空气饱和量的水。容器下方通过磁力搅拌器旋转。

图2、实验过程中不同条件及不同温度下的处理组的对应的叶绿素a浓度。左边的是对比照，中间的是采用了絮凝处理法的实验。右边的图是既采用了絮凝处理和封盖处理方法。从图中可以看出，体系中的叶绿素a浓度随着培养时间的增加逐渐降低。

图3、不同处理体系中藻类细胞在8℃、25℃和35℃下孵育60天后的对应的扫描电镜

图4、不同条件处理组的铜绿假单胞菌培养60天后的光合作用和呼吸速率。其中左边对应的是氧的呼吸速率变化值，右边的图是氧浓度变化值。(a)8°C-对照组,(b)25°C-对照组,(c)35°C-对照组;(d)8°C−絮凝处理组,(e)25°C−絮凝处理组,(f)35°C−絮凝处理组;(g)8°C−絮凝封盖处理组,(h)25°絮凝封盖处理组,(i)35°絮凝封盖处理组。从图中可以看出绿脓杆菌细胞在经过絮凝和封盖处理后其光合作用和呼吸速率收到严重的阻碍（图h、图i），并导致藻细胞的分解，这说明絮凝封顶处理可加速藻华的死亡。

图5、45天培养实验中（不同温度下）收集来自不同实验条件下的沉淀物15N的含量变化情况。

图6、菹草中的15N占比量和实验过程中植物的干生物量


总结


有害的藻华(HABs)会对水质造成严重后果并对水生生态系统、环境造成威胁。因为藻华的形成会限制光进入更深的水层，这能导致水下植物的生长光合速率下降。本论文主要研究了如何采用工程学的方法将藻类生物转化为水下大型植物的过程，研究探索海藻水华转化过程的作用机理。因此将大量的藻类的转化为大型植物对湖泊的富营养化的研究管理是至关重要。来自藻类的营养物质可以被利用于从藻华到大型植物的转变过程，从而减少湖泊的富营养化。


在研究有害藻华转换大型水下植物的过程中应用了unisense微呼吸系统，比较絮凝封顶法、絮凝法、光照明暗的处理方法时体系中氧的呼吸速率变化，从而了解不同条件下藻团的光合作用，并采用15N跟踪法了解水下大型植物(菹草)生长过程中的氮源是从藻类中获得的，其获取的比例与体系的温度存在的一定的关联。unisense微呼吸系统可以准确的测试出体系中微弱的氧浓度的变化，从而能够判断各种实验条件下藻的光合作用，从而为研究人员提出了关于使用工程学方法的使藻华向大型植物的转变过程变得更容易的理论提供了重要的数据支持，这说明unisense微呼吸系统在水体修复及生态修复领域存在非常好的应用前景。