园林水景是园林景观的重要组成部分,园林水景不仅有很强的观赏性,还具有调节生态环境及微气候等生态效益,水景的水质关系到景观效果和水生态系统安全。然而近年来,景观水体普遍出现水质问题,尤其是水体富营养化,即水华藻类的大量生长,严重影响景观园林水体的水质。紊流扰动普遍存在于喷泉、瀑布等园林水体中,是水华暴发的诱因之一。普遍认为,紊流扰动通过影响藻类生长环境中的营养盐分布、光照等因素,间接影响藻类的生长。然而近年来,越来越多的研究发现,紊流扰动对藻类细胞生理有直接的影响。本研究以蓝藻的模式藻种集胞藻(Synechocystssp.)为实验材料,通过不同紊流扰动强度下集胞藻的批次培养实验,系统地测定了不同紊流扰动强度下培养的藻细胞指数生长期细胞的生理特性,包括细胞比生长速率、光合作用活性、细胞元素组成、磷吸收速率、细胞尺寸、胞外聚合物成分与含量、Zeta电位与沉降速率等,深入探讨细胞表面物理化学特性与胞外聚合物成分和含量变化之间的关系,推导计算细胞扩散边界层厚度,初步研究成果如下:1紊流扰动显著促进集胞藻的生长紊流扰动条件下生长的集胞藻细胞生物量始终高于静置条件。静置条件下集胞藻最大生物量为1.24×107cell/mL,紊流扰动强度最大的实验组则为2.38×107 cell/mL,几乎是静置条件下的两倍。表明在一定的紊流扰动强度范围内,集胞藻的比生长速率随着紊流扰动强度的增大而增大。2紊流扰动对集胞藻的光合作用活性无显著影响光合作用是微藻细胞最基本的生理过程,光合作用活性是反映其生理状态的基本指标。紊流扰动下集胞藻PSⅡ光化学效率Fv/F、最大电子传递速率ETRmax与单位细胞叶绿素含量Chla均无明显变化,表明集胞藻的光合作用不受紊流扰动的限制,同时紊流扰动并非通过提高光合活性而促进集胞藻的生长。3紊流扰动对细胞元素组成的影响细胞元素组成的变化表明了细胞对环境变化的适应性。集胞藻胞内总碳(C)和胞内总磷(P)含量随紊流扰动强度的增大而增加,胞内总氮(N)含量则随之降低。同时,碳氮比(C/N)呈增加趋势,氮磷比(N/P)则呈明显下降趋势。4紊流扰动下集胞藻的细胞形态变化紊流扰动下集胞藻细胞大小发生了明显的变化,随着紊流扰动强度的增大,细胞直径减小,即细胞比表面积增大,比表面积的增大有利于细胞内外营养盐元素的吸收和代谢物的排放。5紊流扰动对集胞藻胞外聚合物的影响紊流扰动下集胞藻胞外聚合物的成分与含量均发生了明显的变化。随着紊流扰动强度的增大,EPS含量减少,Zeta电位的绝对值降低,沉降速率略微升高。由于EPS由大分子物质组成,能够阻碍营养盐元素的吸收,因此EPS的减少伴随着营养盐吸收速率的提高。综上所述,紊流扰动促进集胞藻生长的可能机制是:紊流扰动产生的剪切应力带走细胞表面的EPS,EPS减小即降低了对营养盐吸收的阻碍作用,提高了营养盐的吸收速率。营养盐元素吸收速率的提高,对细胞的生长起直接的促进作用。同时,藻细胞通过调节自身生理主动适应紊流扰动环境。一方面,通过减小细胞尺寸,增大比表面积,在一定程度上提高了营养盐吸收速率和代谢产物的传输。另一方面,集胞藻细胞元素组成变化,EPS中多糖含量的增加,也是其适应紊流扰动环境的表现。然而,集胞藻细胞对紊流扰动环境在分子层面上的生理响应机制,还有待进一步研究。