两种荒漠蓝藻生长特征及其对培养水体微环境的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00085

摘要/Abstract

摘要：

人工生物土壤结皮是近年来新兴的绿色环保固沙材料，是目前沙区生态恢复研究的前沿和热点，用于人工生物土壤结皮培养的荒漠蓝藻等生物体的产量是该技术大规模应用的限制因素。为了解荒漠蓝藻的生长特征及其影响因子，以分离于腾格里沙漠蓝藻结皮中的优势荒漠蓝藻——具鞘微鞘藻（Microcolus vaginatus）和念珠藻（Nostoc carneum）为对象，探索了实验室条件下接种密度对荒漠蓝藻生长和培养水体pH及电导率的影响。结果显示：随着接种密度的增加，具鞘微鞘藻和念珠藻生长进入稳定期的时间提前。在生长初期，具鞘微鞘藻在0.35、0.95 mg·L^-1密度下的干重显著高于2.13、6.59、13.42 mg·L^-1密度下的干重，生长后期则相反。在生长前期和后期，念珠藻在0.04~0.32 mg·L^-1密度下的干重和总质量均显著高于0.86~2.59 mg·L^-1密度下；具鞘微鞘藻在6.59~13.42 mg·L^-1密度下的总质量显著高于0.35~2.13 mg·L^-1密度下；在相同接种密度条件时，具鞘微鞘藻的总质量显著高于念珠藻（P<0.05）。两种蓝藻的生长均提高了培养水体pH，但降低了电导率。具鞘微鞘藻和念珠藻的总质量与接种密度呈幂相关和二项式相关，培养水体pH与两种蓝藻的干重均呈线性相关。接种密度显著影响具鞘微鞘藻和念珠藻生长，两种蓝藻的大量繁殖是水体pH升高和电导率下降的主要因素。建议在进行大规模培养时两种荒漠蓝藻的接种密度范围分别为6.59~13.42 mg·L^-1和0.04~0.32 mg·L^-1。

关键词: 生物土壤结皮, 荒漠蓝藻, 具鞘微鞘藻（Microcolus vaginatus）, 念珠藻（Nostoc carneum）, 接种密度

Abstract:

In recent years， the artificial biological soil crusts applied in land desertification has been developed to be a technology of new and green in the environment protection particular in fixing moving sand and the study of ecological restoration of desert areas. However， the yield of desert cyanobacteria and other organisms used for the cultivation of artificial biological soil crusts is a bottleneck that limits the large-scale application of this technology. Thereby， to explore the growth characteristics of desert cyanobacteria and their effect factors， seven predominated species isolating from Tengger Desert cyanobacteria crusts， including Microcolus vaginatus and Nostoc carneum， were selected as subjects. In the condition of laboratory test， the influence of inoculum density on its growth characteristics and the changes of pH and conductivity of water environment during growth are explored. Results showed that， with the increase of the inoculum density， the growth time to enter stationary phase of M. vaginatus and N. carneum was advanced. In the early stage of growth， the dry weight of M. vaginatus was significantly higher at densities of 0.35 and 0.95 mg·L^-1 than at densities of 2.13， 6.59 and 13.42 mg·L^-1， and the opposite was true in the later stages of growth. In the early and late stages of growth， the dry weight of N. carneum in the density of 0.04-0.32 mg·L^-1 was significantly higher than that of the density of 0.86-2.59 mg·L^-1；the total mass of M. vaginatus at the density of 6.59-13.42 mg·L^-1 was significantly higher than 0.35-2.13 mg·L^-1，the total mass of Nostoc spp. was significantly higher at the density of 0.04-0.32 mg·L^-1 than 0.86-2.59 mg·L^-1，the total mass of M. vaginatus was significantly higher than Nostoc spp. under the same inoculum density. The growth of both M. vaginatus and N. carneum can increase the pH of water environment， but decrease the electrical conductivity significantly. The total mass of M. vaginatus and N. carneum showed a significant power and binomial relationship with inoculum density respectively， the pH of water environment with the dry weights of M. vaginatus and N. carneum was significantly positively correlated， and the electrical conductivity had a negative correlation with the dry weight of N. carneum. The inoculum density is an important factor affecting the growth of M. vaginatus and N. carneum. The proliferation of two species of cyanobacteria is one of the main causes of the high pH and the decrease of the electrical conductivity of water environment. Therefore， this study suggests that the inoculum density of the two desert cyanobacteria are 6.59-13.42 mg·L^-1 and 0.04-0.32 mg·L^-1 during large-scale cultivation， respectively.

Key words: biological soil crust, desert cyanobacteria, Microcolus vaginatus, Nostoc carneum, initial densities

中图分类号:

Q948.1

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图/表 6

图1 不同接种密度下具鞘微鞘藻和念珠藻干重变化特征（平均值±标准误。差异显著性：***，P<0.001）

Fig.1 The dry weight change characteristics of the Microcoleus vaginatus and Nostoc carneum in different initial densities

图2 不同接种密度下具鞘微鞘藻和念珠藻的干重增量

Fig.2 The dry weight increments of Microcoleus vaginatus and Nostoc carneum in different initial densities

图3 不同接种密度下具鞘微鞘藻和念珠藻的总质量（干重）不同字母表示差异显著，P<0.05。ID1：具鞘微鞘藻∶念珠藻=0.35 mg·L-1∶0.32 mg·L-1；ID2：具鞘微鞘藻∶念珠藻=0.95 mg·L-1∶0.86 mg·L-1；ID3：具鞘微鞘藻∶念珠藻=2.13 mg·L-1∶2.59 mg·L-1

Fig.3 The total mass of the Microcoleus vaginatus and Nostoc carneum in different initial densities

图4 不同接种密度下具鞘微鞘藻和念珠藻水体pH变化特征（平均值±标准误。差异显著性：***，P<0.001）

Fig.4 The pH change characteristics of the Microcoleus vaginatus and Nostoc carneum in different initial densities

图5 不同接种密度下具鞘微鞘藻和念珠藻电导率变化特征（平均值±标准误，差异显著性：*，P < 0.05；***，P<0.001；NS，P>0.05）

Fig.5 The conductivity change characteristics of the Microcoleus vaginatus and Nostoc carneum in different initial densities

图6 具鞘微鞘藻和念珠藻的总质量与接种密度、pH和电导率的回归关系

Fig. 6 Relationships between inoculum density， pH and conductivity and the total mass of Microcoleus vaginatus（A， B， C）and Nostoc carneum（D， E， F）

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