會(huì)仙巖溶濕地藻與微生物及其碳酸酐酶的碳效應(yīng)研究.pdf

1、碳酸酐酶(CA)廣泛分布在各種類型生物細(xì)胞中，它能快速的催化CO2和HCO3-之間的相互轉(zhuǎn)化，而CO2是巖溶作用發(fā)生的重要驅(qū)動(dòng)力。而水生藻類利用水體中的溶解無(wú)機(jī)碳時(shí)，使得巖溶水體中大量無(wú)機(jī)碳(DIC)被轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳而被固定下來(lái)形成碳匯效應(yīng)。本文選擇桂林會(huì)仙巖溶濕地作為研究區(qū)，以研究其水化學(xué)變化為基礎(chǔ)上，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)研究藻類及微生物的碳酸酐酶的碳效應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)研究會(huì)仙巖溶濕地3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（編號(hào)為1-3）

2、水化學(xué)的晝夜變化、9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（編號(hào)為Ⅰ-Ⅸ）水化學(xué)與藻類的季節(jié)變化。在監(jiān)測(cè)水化學(xué)晝夜變化過(guò)程中，主要研究溶解氧(DO)、溶解氧飽和度(HDO％)、HCO3-、Ca2+以及pH的變化規(guī)律。結(jié)果表明DO的變化規(guī)律在3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都呈現(xiàn)白天DO較高，晚上較低的規(guī)律，從溶解氧飽和度變化規(guī)律中驗(yàn)證了2、3號(hào)點(diǎn)在白天時(shí)間段主要表現(xiàn)為無(wú)機(jī)合成有機(jī)的過(guò)程。HCO3-、Ca2+的變化規(guī)律與溶解氧的變化規(guī)律相反，白天低，晚上高，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)濃度高低變化為1＞2＞3

3、，呈現(xiàn)隨水流方向濃度降低的趨勢(shì)。對(duì)于pH的變化規(guī)律為2＞3＞1，其變化主要受水生植物吸收HCO3-影響。
　　對(duì)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行季節(jié)監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要有水溫、溶解氧(DO)、pH、電導(dǎo)率(EC)、葉綠素a(Chl-a)、藍(lán)綠藻。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，水溫變化規(guī)律為夏季＞秋季＞春季＞冬季，其主要受控于氣溫。DO呈現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律則是冬季＞秋季＞夏季＞春季，其與植物的光合作用有關(guān)。HCO3-與Ca2+的濃度為冬季最高，秋季最低，表明了HCO3-部分被水生

4、植物或者藻類利用，而Ca2+的減少與溫度有關(guān)系。通過(guò)電導(dǎo)率的變化規(guī)律驗(yàn)證了會(huì)仙巖溶濕地水中主要的離子為HCO3-與Ca2+。pH值春季為最高，這與HCO3-的變化規(guī)律并未吻合，表明pH的變化除了受HCO3-影響外，還受植物體繁殖后分泌大量化感物質(zhì)的影響。通過(guò)藍(lán)綠藻與葉綠素a的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Ⅱ-Ⅳ監(jiān)測(cè)點(diǎn)的藻較豐富，Ⅰ、Ⅴ-Ⅸ監(jiān)測(cè)點(diǎn)的藻較單一。通過(guò)計(jì)算初級(jí)生物量推算出了藻類固定碳量約為6196.98tC/a，占總HCO3-的75.56％。

5、>　　(2)通過(guò)對(duì)會(huì)仙濕地所采水樣進(jìn)行藻、細(xì)菌的分離、培養(yǎng)以及常規(guī)分子測(cè)序鑒定，采用“水滴法”獲得了8株可產(chǎn)生碳酸酐酶的藻種，選取了活性最高的作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行分子鑒定。結(jié)果藻種鑒定為小樁藻（Characium.sp），細(xì)菌為產(chǎn)堿假單胞菌(Pseudomonas alcaligenes)。
　　(3)通過(guò)小樁藻及產(chǎn)堿假單胞菌的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水化學(xué)及生物量變化。實(shí)驗(yàn)分四組:空白組(A)、細(xì)菌組(B)、藻組(C)及菌與藻

6、的混合組(D)。發(fā)現(xiàn)A組HCO3-與CO2的變化是分別穩(wěn)定在2.8mmol/L、3.8mg/L，B組的HCO3-、CO2分別升高到3.0mmol/L、4.15mg/L，C組與D組的HCO3-分別降低到1.7mmol/L、1.85mmol/L。而C、D兩組游離CO2從初始值3.8mg/L下降到0mg/L，表明藻種（小樁藻）可同時(shí)利用HCO3-與CO2，碳酸酐酶的變化曲線可以驗(yàn)證這一點(diǎn)。而pH是隨著HCO3-的變化而變化，B組pH隨著HCO

7、3-升高而降低，C、D兩組的pH明顯在不斷的升高，而通過(guò)pH補(bǔ)償點(diǎn)可知小樁藻能利用巖溶水中的HCO3-。HCO3-變化的同時(shí)還會(huì)引起水中Ca2+的變化。A、B兩組Ca2+變化幾乎呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，而C、D兩組則出現(xiàn)較大的變化，變化幅度分別為21mg/L、17mg/L，但最終這兩組都幾乎穩(wěn)定在37mg/L左右，表明了小樁藻能適應(yīng)Ca2+的濃度約為37mg/L。電導(dǎo)率變化規(guī)律與Ca2+、HCO3-的變化規(guī)律類似，這說(shuō)明了電導(dǎo)率的降低與這兩個(gè)離子

8、關(guān)系較密切。而溶解氧與HCO3-呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，主要原因是小樁藻進(jìn)行光合作用消耗水中的無(wú)機(jī)碳，同時(shí)對(duì)水進(jìn)行光解釋放出氧氣，同時(shí)隨著HCO3-的消耗，藻體的濃度及生物量也在逐漸增大。C、D兩組的藻細(xì)胞濃度升高分別達(dá)12.6倍、26倍，生物量則分別凈增加33.9mg、36.68mg，表明有產(chǎn)堿假單胞菌的存在會(huì)增加小樁藻的生物量。對(duì)比C、D兩組藻細(xì)胞的濃度，對(duì)應(yīng)的葉綠素a含量的含量本應(yīng)差別不大，但通過(guò)測(cè)定葉綠素a含量發(fā)現(xiàn)D組是C組的近63倍。而

9、C、D兩組主要差別在于D組加入了產(chǎn)堿假單胞菌，表明菌體的裂解物或者分泌物對(duì)穩(wěn)定或促進(jìn)葉綠素a的合成有一定的作用。實(shí)驗(yàn)最后通過(guò)計(jì)算HCO3-的消耗量，推測(cè)出C、D兩組分別有0.042mmol、0.0365mmol的HCO3-通過(guò)CaCO3的形式返回到無(wú)機(jī)環(huán)境中。其中C組有0.137mmol被小樁藻吸收利用轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳保存下來(lái)，占總的23.3％。而D組則有0.175mmol被轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳，占29.7％。
　　這些研究結(jié)果為巖溶碳效應(yīng)提