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浮游藻类的监测方法

日期: 2020-09-14
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水体富营养化是当前全球面临的主要水污染问题。随着工业发展和城市化进程的加速,以及养殖业迅猛发展,湖泊水体富营养化问题日趋明显,甚至严重影响水环境和水体质量,导致湖泊自然调节功能衰退和系统失衡。浮游植物是生活在河流、湖泊和海洋中的敏感的有机体,其群落结构一定程度上可以反映水体富营养化的程度,因此可以作为水体生态环境质量的指示生物。

与传统的水质监测相比,浮游藻类监测具有直观客观、综合和历史追溯性的特点,其结果更能综合、准确地反映水环境质量状况和水生态系统本身的健康水平,也可评价水体污染毒性及其对水质和人类健康的潜在影响。因此,藻类监测是水质监测的重要指标之一。


浮游藻类的监测方法主要包括藻细胞密度测定、浮游藻类种属类别鉴定识别、叶绿素法、黑白瓶法和水体pH值法等多种监测方法。


藻类密度的测定

细胞计数法作为一种经典的藻类数量测定的基本方法,细胞计数法主要是利用透镜放大及成像技术进行藻体个数观测,利用计数框直接计数对原水中藻类的数量进行监测。即通过一定体积的样本固化后,再经计数换算而来。细胞计数法是一种常用的微生物计数法,水体受藻类污染实际状况可通过主观数据反映出来,并且检测结果较为准确。

库尔特法悬浮在电解液中的颗粒随电解液通过小孔管时,因颗粒取代相同体积的电解液,在恒电流设计的电路中导致小孔管内外两电极间电阻发生瞬时变化,产生电位脉冲。脉冲信号的大小和次数与颗粒的大小和数目成正比。因此,库尔特颗粒计数仪能够对单个流过孔口的颗粒进行测量,精确统计岀所测颗粒的个数,实现真正意义上的计数统计。库尔特法可以规避由于细胞几何形状的不规则带来的测量误差,对于测量浮游藻类粒径有明显的优势。这种方法可以方便、快速地测量浮游藻类的粒径分布和细胞个数,其缺点是不能进行种类鉴定。


浮游藻类种属鉴别 

藻类种属鉴别时,首先区分藻类与其他杂质和动物。藻类由细胞构成,藻类细胞一般都是具有一定的色素质或色素体并具有细胞壁的(裸藻除外)有生命的植物体。然后通过抓住藻类的分门特征中有关藻类外形与细胞构造、细胞色素等特点来判断属于何门藻类。最后通过分属分种特征有关藻体外形与细胞色素、内含物、构造等特点来鉴定种属。

由于藻类是种类数量庞大的微生物,仅有记录的淡水藻类就有近5000种,还不包括逐年变异产生的新种。所有这些藻类的分类特征都要求技术人员通过大脑记忆,然后进行镜检辨认。因此对藻类的种属类别鉴定需要技术人员长期从事相关工作,并且需要大量工作经验的积累与总结。而且涉及到将藻类分到“种”等级的书刊繁多,即使是专业分类学者也不能对所有的门类样样精通,因此藻类的种属鉴别工作对技术人员专业知识要求较高。


黑白瓶测氧法

植物通过光合作用,将太阳能转化为生物能,吸收二氧化碳,转化为有机碳并释放出氧气的过程,称为初级生产。通过比较  段时间内有无光照的条件下,水中氧气浓度的差别,可计算出植物光合作用形成的初级生产量。

黑白瓶法优点在于对流水系统、河口湾和污水系统都特别适用,尤其适宜于富营养化水域,其方法十分简单,操作简便。黑白瓶法的缺点主要有是其基本假设条件是植物呼吸作用在黑瓶中和白瓶中是一样的,这一点对于某些种类的植物来说和对于短时间的实验来说是可以成立的,但也有很多种类的植物在黑暗条件下常表现出不同的呼吸率。另外贫营养型水体浮游植物含量低,或当水被污染或含有高浓度的细菌时,此法比较不敏感。



叶绿素a的测定

叶绿素是植物光合作用中的重要光合色素。通过测定浮游植物叶绿素,可掌握水体的初级生产力情况。浮游藻类里常见的叶绿素有a、b、c、d四种类型,其中,叶绿素a在一切浮游藻类里大约占有机物干质量的1%~2%,是环境监测中表征浮游植物生物量最常用的指标之一,所以常被用于研究地表水环境的富营养化。同时,叶绿素a也被用来评价水体富营养化水平,以及衡量水体水质。叶绿素a的测定方法有分光光度法、荧光光谱法、色谱法和遥感监测等方法,其中,分光光度法和荧光光谱法应用最为广泛。

 

分光光度法

分光光度法属于光度法的一种,该分析方法采用的原理是物质分子对光具有选择吸收的特性。叶绿素a的最大吸收峰位于663nm,在一定浓度范围内,其吸光度与浓度符合朗伯-比尔定律,可根据吸光度-浓度之间的线性关系,计算叶绿素a的浓度。

分光光度法优点是操作简单,结果重现性好,是一种非常简便、有效的测定方法。它的适应性较广,技术成熟,已被广泛地应用于研究水生生态系统的初级生产量。测定时可以不破坏样品,样品取得后也可先保存起来供以后在实验室进行测定。缺点是无论使用哪种有机溶剂,都不能将藻类细胞中叶绿素完全提取。多次提取转移过程繁琐,存在较大的人为误差,特别是淡水浮游植物中绿球藻类占优势时,无法将腐屑和其他悬浮物与藻类分离,因此这些物质所含的色素将影响测定的结果,尤其在水体浑浊时无法采用此方法。叶绿素浓度低时,用分光光度计测定,灵敏度不够。

 

荧光光谱法

叶绿素分子被紫外光照射后可发射出特征红色荧光,其荧光强度与叶绿素浓度呈正比,据此可釆用荧光法进行叶绿素a的定量分析。普通萃取荧光法的操作步骤主要为标准溶液的配制、标准曲线的制定和样品荧光强度的测定。将提取的新鲜绿色植物液中的叶绿素作为储备液,用分光光度法标定其浓度:将标准储备液稀释配制成标准系列,用荧光光度计测定标准系列的荧光强度,绘制叶绿素a标准曲线;由样品测得的荧光强度从叶绿素a标准曲线上查得相应浓度。

荧光光谱法测定叶绿素a的检测限低、灵敏度高,能对水质状况做实时反映,适合用于在线监测及应急监测。其缺点是,对于荧光发射峰相距较近的色素,会干扰其测定,分析过程中需使用大量的有机溶剂,且需要的样品量大。

 

色谱法

高效液相色谱(HPLC)法是一种广泛应用于化学、医药、生命科学等领域的分析手段。使用高效液相色谱法测定叶绿素a时,需要破坏测定藻类的原样,前处理方法与分光光度法的前处理方法相似。

釆用高效液相色谱法分析研究叶绿素a,主要调节检测器、柱温、流动相及固定相对分离分析的影响。流动相一般采用的是二元甚至三元梯度洗脱系统,其选用差别不大,多为甲醇、异丙醇、丙酮、乙腈。丙酮作为一种调节剂来使用,可以增加色素的流岀强度,能够将色素完全洗脱,并且在其中添加一定量的缓冲盐或酸(如乙酸铵或乙酸)可以改善叶绿素a及其衍生物的峰型及分离效果。各流动相组分的选择,以及组分的比例,与叶绿素a分离效果,出峰时间的长短以及检出限具有很大的关系。对叶绿素a的检测采用光电二极管阵列和荧光检测器较多,这类检测器关键是波长的选定。这两种检测器,在分析叶绿素降解中各具优势,前者有利于叶绿素降解产物的分析,而后者灵敏度高,适用于微量成分的检测分析。此外分析柱的选择也是影响分离效果,系统稳定,灵敏度和精密度的一个关键因素,常见的反相色谱柱,  适用于叶绿素的分析。在使用高效液相色谱法测定样品之前,需要采用叶绿素a标准品绘制标准曲线。利用每一种色素的色谱峰面积对样品进行定量分析。

高效液相色谱法灵敏度髙,能够精确的测定叶绿素a和其他色素以及它们的衍生物的含量,可用于要求精确,分离色度和微量分析。适用于空间全面监测及动态评价。分析时所需样品量少其缺点是仪器精密昂贵,操作复杂,试剂纯度要求较高,难以作为常规的监测方法。

 

遥感监测

水质遥感监测是通过监测一定波长范围内的水体辐射值,定量分析水体反射光谱特征与水质指标间的关系,进而构建水质指标反演算法的一类方法体系。

遥感技术测定叶绿素a近年来已经被国内外许多学者证实具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的优势。目前通过水体的反射光谱以及相关的水质参数,建立高光谱反射模型,可以在一定程度上对叶绿素α进行定量估算。遥感技术的  采用减少了测定时间,能够有效的反映整个的水体状况,全方面的动态评价水质情况。但是它仍需要分光光度法测定个样作为基础。

 

pH值法

pH值法是研究水域生态系统初级生产量的又一种方法。该方法测定原理主要是依据初级生产量与溶于水中的二氧化碳有定的关系,即水体中的pH值是随着光合作用中吸收二氧化碳和呼吸过程中释放二氧化碳而发生变化的。使用pH电极连续记录水体的pH值变化,由此分析光合量和呼吸量,从而来估计初级生产力。

pH值法的优点是对这个系统不会带来任何干扰,特别适用于实验室中对微生态系统的生产力研究。缺点在于pH值变化与CO₂含量的变化不是线性关系;水中含有缓冲物质,而各种水的缓冲容量是不相同的,因此,这种方法需要对每一个具体水生生态系统中的pH值和CO₂之间的关系进行专门的校准,测定出pH与CO₂变化的标准曲线。

对于浮游藻类监测方法的选取应根据实际情况进行选择,综合考虑多种因素,如研究目的、对样品前处理精度要求、样品种类的要求、仪器灵敏度要求、仪器成本等。



 

文章转自网络


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