氧化钙对铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa）生长的影响

氧化钙对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)
生长的影响1
姚旦，王文杰，薛静，罗培伦，邱斌华，钱琰琰，沈颂东
苏州大学细胞生物学系，江苏苏州（215123）
E-mail: *********************.cn
摘要：采用固体氧化钙添加到铜绿微囊藻的培养基中，观察其对生长增殖的影响，通过叶绿素a含量的检测来确定铜绿微囊藻的生长状况。

在最终浓度高于2×10-4 g/ml时，氧化钙是很有效果的灭藻剂。

氧化钙在水中主要以钙离子和OH-形式存在。

观察检测钙离子以及pH 值对铜绿微囊藻的影响时发现，在一定的浓度范围内，钙离子对其生长没有明显的作用而pH对其生长有较大的影响，研究发现在铜绿微囊藻的生长过程中，高pH可抑制铜绿微囊藻的生长。

并进一步研究铜绿微囊藻对不同pH环境的调节作用。

可认为使用高pH化合物作为杀藻剂，为今后治理水华提供一条可能的治理手段。

关键词: 铜绿微囊藻；pH；氧化钙；钙离子
1. 前言(Introduction)
铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）是富营养化湖泊和水库中形成水华的主要藻类。

水华暴发时，水中溶解氧含量下降，水质严重恶化，并产生毒素，干扰其他动植物生长，严重影响生态环境[1]。

因此国内外学者对微囊藻进行了一系列研究[2-5] 。

目前关于铜绿微囊藻生长因子的影响主要集中在硫酸铜[6]、氮、磷、铁、锌[7]、CO2、pH[8]等因素。

本实验主要的研究因子是氧化钙，主要是因为氧化钙来源广，同时氧化钙在水中又溶解成Ca2+和OH-，分别研究Ca2+和OH- （本实验采用的pH）对铜绿微囊藻生长的影响。

2. 材料与方法(Materials and methods)
2.1 实验材料
从暴发水华的太湖水域采集水样，通过分离纯化得到主要水华藻类：铜绿微囊藻(M. aeruginosa)。

2.2 实验方法
以HGZ为基础培养基（见表1），在以氧化钙，氯化钙为添加物的两组实验中，分别设置氧化钙，钙离子的浓度梯度（见表2）将藻液接种到盛100ml培养基的培养瓶中，置于HPG-280H人工气候箱中培养，温度26±1℃，光强58.6μEm-2s-1。

在以pH为变量的实验中，设置pH值（分别为0、2、4、6、8、10、12、14）同样依次培养样品藻以研究其生长特点。

同时，分别测得各种藻生长期内的OD值，并观察其影响、分析其结果。

在不同pH值条件下对藻样进行培养，其他参数与上述条件相同，再分别测得各藻培养液不同时段的pH，并分析其结果。

1本课题得到苏州大学第十批学生科研课题(KY2007187B)资助。

表1 HGZ培养基组分Table1 Composition of HGZ medium
组分NaNO3K2HPO4
MgSO4
·7H2O
CaCl2
·2H2O
NaSiO3
·9H2O
PIV metal
solution
Soil
extrect
Distilled
water
浓
度
2.48g/ml 0.195g/ml 0.375g/ml0.18g/ml0.29g/ml0.3ml 0.3ml 99.4ml
表2 氧化钙及钙离子的浓度梯度
Table2 The concentration gradient of calcium oxide and calcium
氧化钙00.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0浓度梯度(10-4g/ml）
钙离子0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
2.3 测定指标
叶绿素a 含量测定[6,7]，目前国内外普遍采用叶绿素a来确定蓝藻的生物量。

叶绿素a 测定法一般使用单色分光光度法。

叶绿素含量的测定采用HITACHI公司的U-3010紫外分光光度计，取五个平行组的OD 值，然后利用平均值。

3. 结果与分析（Results and analysis）
3.1 氧化钙对铜绿微囊藻生长的影响
由图1可知，加入氧化钙的溶液，其OD值与空白组是不同的即说明氧化钙对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的生长是有影响的。

在氧化钙浓度为0.5×10-4 g/ml时，溶液的OD值与空白组相比没有大的变化，但是随其浓度的增加OD值明显减小。

在氧化钙浓度为1.0×10-4 g/ml时藻样的OD值几乎不变，可说明在钙浓度下铜绿微囊藻的生长受到抑制。

在氧化钙浓度高于2×10-4 g/ml 后，第4天时藻样的OD值基本上为0，即此时溶液中的藻类已经失去活性即死亡了。

图1：在不同氧化钙浓度下的吸光度(A664)
Fig.1 The absorbency of 664nm in different concentrations of CaO
同时考虑到随着氧化钙的加入，水质也越来越受到影响。

因此可初步认为2×10-4 g/ml 在实验中达到最佳灭藻效果浓度。

图2：不同浓度的钙离子下的吸光度（A664）
Fig.2 The absorbency of 664nm in different concentrations of Ca2+
3.2 钙离子对铜绿微囊藻生长的影响
加入CaCl2配制不同浓度Ca2+的溶液以观察Ca2+对微囊藻的影响并做出折线图，可以发
现到不论将Ca2+的浓度如何增大，微囊藻生长趋势并无明显变化即对于蓝藻来说仍然是可以继续生长的，且最终都表现出明显的增长趋势，因此得到Ca2+对微囊藻来说并无抑制作用，同时也看不出有明显的促进作用；当然加入Ca2+与未加的微囊藻生长曲线与一定的差异，由此也能看做是微囊藻对于加入新物质CaCl2后的生长环境所表现出的一个适应阶段。

由于高浓度的钙离子对微囊藻的生长无明显杀害甚至抑制作用，当然考虑到钙离子为重金属离子，用于治理水华就避免过多加入钙离子，这也与应用实际结合。

3.3 不同pH环境下对微囊藻的生长影响
由图3可以看出在ｐH值为0，2，14时，铜绿微囊藻的实验液的吸光度几乎为0，可初步认为铜绿微囊藻在强酸或强碱环境下不可生存;ｐH值为12时铜绿微囊藻的实验液的吸光度几乎维持在原来的0.05,也就是说微囊藻的生长受到抑制; 而其他的在培养的藻样第九天之后吸光度分布在0.06-0.12之间，（中间有不同程度的波动，后面再做进一步分析）说明在pH为4-10时，铜绿微囊藻可以生长。

而且由实验结果可以直接推断出pH对铜绿微囊藻的生长有直接的影响。

图3 不同pH下的吸光度(A664)
Fig.3 The absorbency of 664nm in different pH
因此可简单认为高酸或高碱的环境均可抑制铜绿微囊藻的生长甚至杀害该藻类，即可用此极端环境治理由蓝藻引起的水华。

3.4铜绿微囊藻在不同pH值下的对pH的调节作用
图4 不同pH环境下的溶液的pH值变化。

Fig.4 The changes of pH in different circumstance
图4为在不同起始pH值的每日所测的pH，除了0，2，12，14以外，4、6、8，三个藻样pH值皆于4~5天内到达pH10，起始pH为10的则基本保持原来的pH不变。

可以认为在4—8的pH值间铜绿微囊藻可自发调节pH值至其适应的生长环境，由最后的曲线走势可以得到铜绿微囊藻生长的pH耐受性范围大概是在4-10之间。

根据pH为6、8和10、12时pH的变化趋势和图3当中pH为6、8时的吸光度大于pH 为10、12时的吸光度，说明铜绿微囊藻在耐受性范围内，对酸性环境比对碱性环境的调节和适应能力更强，这对于治理水华[10,11]的具体方法有一定指导意义。

4. 讨论（Discussion）
加入CaO，实验结果表明CaO对微囊藻的生长有抑制作用甚至杀害作用。

CaO加水后，以Ca2+和OH-存在，因此进行进一步实验研究具体是哪种离子的作用。

进一步实验表明在直接加入CaCl2后，对于微囊藻生长的促进或抑制基本上没明显的影响，因而可以认为CaO 抑制藻的作用不是由于Ca2+，而是由于OH-的产生，当然也可能是由于少量存在的Ca(OH)2所具有的杀菌作用。

至于以上实验结果及分析可以得出，氧化钙对微囊藻的抑制及杀害作用主要是由于氢氧根离子的作用，钙离子对其生长的影响极微可忽略。

对一系列的pH值进行具体分析：在pH<2的酸性条件或pH>14的碱性条件下，藻样溶液的OD值基本上为0，即微囊藻立即死亡而无法生长；在pH值为10时微囊藻几乎不增长，也就是说该环境对藻自然条件下的指数生长有抑制作用，可以用于控制水华；在4<pH<8的环境下微囊藻能继续存活，似乎不受影响即说明该环境就是微囊藻的生长环境。

因此可以推测初始pH值对蓝藻的生长有影响，可以从单条件下考虑治理水华。

进一步考虑到酸性物质的不可行性，一般酸性水质对其他生物有其负面影响并更易破坏生态平衡；在具体防治或治理水华时可以直接喷洒强碱性的化学物质溶液或溶于水的强碱性物质来改变发生水华区域的局部pH值进而抑制微囊藻的继续增殖至微囊藻的最终死亡同时比较小程度的影响水体生态。

如稻杆经过火烧过后形成的稻草灰，因为富含有钾，在投入水中与之反应形成KOH强碱溶液，与CaO入水形成Ca(OH)2相同原理，即可以做为除灭蓝藻水华的手段同时不乏经济简便。

单从pH值考虑这样治理水华可以不再是困扰的难题。

当然具体是否实用还须进行实际操作证明。

同时关于铜绿微囊藻对酸性环境和碱性环境的调节机制也有待进一步研究，以及由此会引起的一系列变化是否对其他生物的影响也还须进一步研究。

这些有关pH值对微囊藻的生长的影响可用于治理水华的部分指导依据。

参考文献
[1] 韩志国，武宝轩，郑解生等. 淡水水体中的毒素研究进展 [J]. 暨南大学学报（自然科学版），2001 22 （3）：
518~523.
[2] De Figueiredo D R,Azeiteiro U M, Esteves S M, et al.Microcystin-producing blooms--a serious global public
healthe issue. [J]. Ecotoxicol Environ Saf, 2004, 59: 151-163.
[3] Chorus I, Bartram J. Cyanobacteria in the environment. In: Chorus I , Bartram J. Toxic Cyanobacteria in water :
a guide to their public health consequences, monitoring and management.[J]. London, E and FN Spon on
behalf of WHO. 1999: 15~41.
[4] 宋立荣，雷腊梅，潘卉，等. 我国有毒蓝藻水华和毒素研究 [J]. 中国藻类学研究. 武汉出版社， 2001：
243~254.
[5] 洪喻，胡洪营，等. 不同溶剂提取芦竹化感物质对铜绿微囊藻生长的影响 [J]. 环境科学，2008，11：
3143~3147.
[6] 袁春营. 硫酸铜氧化钙对铜绿微囊藻生长的影响 [J] . 河北渔业， 2000 ，13 (5)：55-87.
[7] 李士虎，朱明. 分光光度法测定单细胞藻数量初步研究 [J]..海洋报道，2002，21（3）：32-38.
[8] 连民，刘颖. 氮磷铁锌对铜绿微囊藻生长及产毒的影响 [J]. 上海环境科学，2001 ，20（4）：166-203.
[9] 杨波，储昭升. CO2/PH对三种藻生长及光合作用的影响 [J]. 中国环境科学，2007，27（1）：54-67.
[10] 吴庆龙，谢平，等. 蓝藻水华生态灾害形成机理及防治的基础研究 [J]. 地球科学进展，2008,11：
1115-1123.
[11] 唐林森，陈进，等. 湖泊等封闭及半封闭性水体水华治理方法 [J]. 长江科学院院报,2007,6:38-41. The influence of Calcium oxide, different concentrations of
calcium to the Microcystis aeruginosa growth YAO Dan, SHEN Song-dong, WANG Wen-jie, XUE Jing, QIU Bing-hua,
QIAN Yan-yan
Department of cell biology, Soochow University, Suzhou, Jiangsu (215123)
Abstract
Effects of calcium oxide on the growth and proliferation of Microcystis aeruginosa is measured by adding calcium oxide into the medium of Microcystis aeruginosa and detecting the production of chlorophyll a. At the the concentration of 2 × 10-4 g / ml or higher, calcium oxide can effectively inhibit the growth of Microcystis aeruginosa.In water, calcium oxide exists mainly in the form of calcium cation and hydroxyl. Through measuring the amount of calcium cation and pH, it is discovered that in a certain range of concentration, calcium cations do not affect the growth of Microcystis aeruginosa, while pH level significantly influence Microcystis aeruginosa proliferation. High pH inhibits the growth and proliferation of Microcystis aeruginosa. In addition,we study the regulation of Microcystis aeruginosa in different circumstances of pH .We suggest that compounds with high pH have the potential use of restraining Microcystis aeruginosa progression and preventing water bloom in the future.
Keywords: Microcystis aeruginosa;pH;calcium oxide;calcium。