巢湖铜绿微囊藻Chao 1910的基因组学和磷代谢通路分析

【背景】铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)广泛分布于温带湖泊,因产生微囊藻毒素且易成为蓝藻水华优势藻株而备受关注。【目的】基于全基因组序列分析和基因转录水平验证,阐明从巢湖新分离的铜绿微囊藻Chao 1910的主要代谢通路和磷营养高效利用机制。【方法】通过第三代测序技术拼接获得Chao1910的全基因组序列,完成主要代谢通路的基因注释,并对与蓝藻水华优势藻株形成相关的磷代谢通路进行深入分析。【结果】比较基因组学表明,Chao1910藻株与日本铜绿微囊藻NIES-843的亲缘关系最近,其糖酵解、磷酸戊糖途径和核苷酸合成等代谢通路的基因组成非常保守,同时具有完整的磷转运、磷吸收、多聚磷酸盐合成/分解等磷营养高效利用的通路。不同于其他铜绿微囊藻,Chao 1910藻株不具有微囊藻毒素合成基因簇,推测其主要依靠对磷营养的高效利用获取生存竞争优势。【结论】Chao1910藻株是巢湖首株完成全基因组测序的铜绿微囊藻,这将有助于揭示其获得生存竞争优势的分子机制,为遏制巢湖蓝藻水华暴发提供依据。     

淡水湖泊中微囊藻水华的成因分析

我国藻型富营养化湖泊中一个重要的生物类群是微囊藻,结合国内近几年来对微囊藻形成水华的机制的研究,从微囊藻的结构和生理特点以及环境中温度、光照、pH和营养盐等生态因子综合作用上分析了微囊藻水华的成因。     

纳米银抑制铜绿微囊藻的机理研究

[目的]纳米银可以抑制铜绿微囊藻的繁殖及减少其叶绿素a的合成,但具体机理还不清楚,该研究探讨纳米银抑制铜绿微囊藻的生化和分子机理。[方法]用琼脂糖凝胶电泳法检测了经纳米银作用后铜绿微囊藻基因组的降解情况,用硫代巴比妥酸(TBA)法检测了细胞膜氧化产物丙二醛(MDA)的含量及用实时荧光定量PCR检测了叶绿素a合成基因chl L的表达量的变化。[结果]经纳米银作用后的铜绿微囊藻的基因组电泳图显示相对严重的断裂现象,丙二醛含量明显增多,叶绿素合成基因chl L的表达量也显著下降。[结论]纳米银可以损坏铜绿微囊藻的细胞膜与基因组,进而影响基因表达,使叶绿素合成相关的chl L基因表达量显著下降,抑制铜绿微囊藻的繁殖,甚至致其死亡。     

微囊藻群体形成影响因子及机理

富营养化导致的湖泊、水库蓝藻水华带来了一系列环境和生态问题。微囊藻群体形成,在水体表面的聚集是形成水华的重要策略之一。微囊藻群体形成有效抵御了草食性动物摄食、病毒、细菌的侵害,耐受不良环境因子(紫外辐射、高光强、重金属等)能力显著增强。文章探讨了野外微囊藻群体占优势的机制并综述了影响微囊藻群体形成的外源因子及作用机理,包括非生物因子(营养、温度、光照、重金属、微囊藻毒素、乙醛酸)、生物因子(草食性动物、细菌、鱼类、藻类)。基于现有研究,本综述还对未来研究进行展望:(1)非生物因子与生物因子协同效应对藻类形态影响研究; (2)人类活动对浮游藻类形态及动态的影响研究;(3)藻类形态对沉水植物的响应在未来淡水生态系统修复中的应用; (4)促进藻类群体形成的胞外多糖分泌在未来工业生产中的作用。     

中国新记录蓝藻—绿色微囊藻及其毒性的初步研究

蓝藻植物中的微囊藻属(Microcystis),是存在于湖泊、池塘、水库等环境中普生性藻类,其中一些种类能产生毒素。到目前为止,对铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)及其它的毒性研究国内外都进行了大量的工作;但对绿色微囊藻(Microcystis viridis)的形态描述、生态特性及     

粉绿狐尾藻（Myriophyllum aquaticum）对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的化感抑制效应及其生理机制

由于生物法,尤其是水生植物化感控藻方法在治理水体富营养化及水华现象中具有多方面的优势,近年来该领域的理论和技术研究备受世界各国关注.采用初始添加种植水和连续添加种植水的方法,研究挺水型粉绿狐尾藻对铜绿微囊藻的化感抑藻效应,并从光合作用的角度探讨其对铜绿微囊藻化感抑制的生理生态机制及作用靶点.研究结果表明:粉绿狐尾藻能够分泌某些化感物质有效抑制铜绿微囊藻的正常生长,其抑藻效应是通过连续释放某些化感物质作用于铜绿微囊藻而实现的,且具有累积性;粉绿狐尾藻分泌化感物质对铜绿微囊藻的Chl a、PC及APC的损伤程度存在差异(如处理5 d后,Chl a、PC、APC的相对含量分别降至52.7%、15.3%、7.6%),其中藻胆蛋白(尤其是APC)比Chl a 更为敏感,说明藻胆蛋白是粉绿狐尾藻化感物质抑制铜绿微囊藻的关键靶点.研究为水生植物化感控藻技术的发展提供了新的材料,并有助于深入了解水体生态系统的化学生态作用及其机制.     

伊乐藻生物碱的GC-MS分析及其对铜绿微囊藻的化感作用

藻类暴发性生长是水体富营养化带来的环境问题之一,利用植物化感作用抑制藻类生长作为一种新型的生物抑藻技术在近年来开始受到研究者的重视,并取得了一定的研究成果。文章采用GC-MS联用技术鉴定出伊乐藻中的9种生物碱成分,还研究了其总生物碱对铜绿微囊藻的化感作用。结果发现添加总生物碱的处理组中铜绿微囊藻生物量均受到了抑制,在总生物碱的浓度为62.0mg/L时,3d后铜绿微囊藻的抑制率为44.0%,表明伊乐藻总生物碱对铜绿微囊藻的生物量增长具有明显的抑制作用。该结论为通过沉水植物恢复富营养化水体提供了重要依据。       

铁对藻类生长及藻毒素合成影响研究进展

铁作为藻类生长发育所必需的矿质营养元素之一,在藻类光合作用、呼吸作用、固氮作用、蛋白质与核酸合成等生理代谢过程中发挥着极为重要的作用.鉴于水体中不同形态铁可被藻类吸收利用,本文综述了铁在水体中的存在形态和循环途径、藻类吸收铁的机理、铁对藻类生长及藻毒素合成的影响,总结了有关微囊藻毒素合成基因及其在铁限制条件下的表达,并对今后铁蛋白基因调控藻类富营养化的研究方向进行了展望,以期为水体富营养化修复技术提供参考.     

微囊藻毒素生物合成基因及其功能研究进展

水体富营养化加剧,导致了蓝藻水华在世界范围内频发。蓝藻产生的微囊藻毒素是最常见的一种藻毒素,对人类和动物造成了很大的危害甚至导致死亡。微囊藻毒素经非核糖体合成途径由多肽合成酶合成。对微囊藻毒素的结构与性质、微囊藻毒素合成基因的功能及其生物合成、微囊藻毒素的分子生物学检测技术进行了评述,对未来的研究方向进行了展望。     

青草沙水库中一株铜绿微囊藻抑藻细菌的作用研究

【目的】为了研究青草沙水库中土著微生物对藻类生长的抑制作用,从水库水体中筛选出对藻类有抑制作用的细菌并研究其对铜绿微囊藻的抑制效果。【方法】通过对水库水体中的细菌进行划线分离和筛选,挑选出一株对铜绿微囊藻生长有较好抑制作用的菌株CL。考察其对铜绿微囊藻的抑制效果及不同培养时间和菌液浓度对抑藻效果的影响,并对菌株进行16S rDNA序列分析。【结果】实验菌液浓度为4.5×108CFU/mL 8.4×108CFU/mL时,细菌对铜绿微囊藻的抑制率可达45.4%。抑藻效果随培养时间先增后降,在静置培养第6天抑藻效果达到最大。该菌经过16S rDNA序列分析,属于黄单胞菌科的寡养单胞菌。【结论】从青草沙水库中筛选出了对铜绿微囊藻有抑制作用的土著细菌寡养单胞菌,对青草沙水体铜绿微囊藻的控制具有一定的潜在应用价值。     

有机磷农药对滇池微囊藻生长和摄磷效应的影响

采集滇池水体作为铜绿微囊藻培养基,研究了两种有机磷农药(甲胺磷和辛硫磷)对微囊藻生长和摄磷效应的动力学规律。结果表明,在滇池水体中添加较低浓度的甲胺磷(0.8、1.6、3.2mg/L)和辛硫磷(0.02、0.06、0.1mg/L)均能不同程度地促进微囊藻的生长,且在HGZ培养基中抑制微囊藻生长的浓度在滇池水体中却能促进微囊藻的生长。微囊藻的生长取决于细胞内磷的浓度且对磷的吸收利用存在积累性,在微囊藻生长初期,摄取各形态磷的速率较快;随后微囊藻摄取各形态磷的速率较慢。总溶解磷(TSP)和溶解反应磷(SRP)是微囊藻优先摄取的磷形态,在生长过程中微囊藻利用了大量的溶解有机磷(DOP)作为磷源加速生长。这一特点对于微囊藻成为淡水湖泊富营养化发展过程中的一种重要优势种具有极为重要的作用。     

密云水库的浮游植物群落结构与密度

 1998年的调查研究显示,密云水库库区水体的浮游植物群落为硅藻(Bacillariophyta)—绿藻(Chlorophyta)型,细胞密度为358.76×104·L-1。湖泊的营养特征为浮游植物响应型。1988～1998年库区水体总氮增长48.7％,总磷增长31.2％,浮游植物细胞密度增长41.7％,库区水体已为中营养,并出现了富营养型浮游植物指示种类,例如斜生栅藻(Scenedesmus obliquus(Turp)．Kütz．),铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kütz．),湖泊色球藻(Chroococcus limneticus Lemm．)。水体向富营养化发展趋势明显。应加强水环境保护,增加密云水库流域植被覆盖度,净化、涵养水源,以保证密云水库向北京市供水的质量和数量。     

汤溪水库富营养化特征与水质管理对策

通过2003年对广东省汤溪水库水生态学进行调查,分析了该水库的富营养化特征,并从流域管理和水动力学两个方面对水库水质管理对策进行了探讨。汤溪水库为中度富营养化水体,具有明显时空分布差异,丰水期富营养程度高于枯水期,溪头河流区高于新桥河流区。蓝藻是水库浮游植物的主要优势类群,其中引发水华的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为优势种。水库上游集水流域分布近30万居民,大量的生活排污和农业污染形成了主要的外源污染源,这些外源污染的输入是水库水体营养盐的主要来源;合理处理上游居民生活垃圾、减少生活污染中磷含量、增加流域和库区周围植被覆盖、合理使用农业化肥是降低水库表层水体中营养盐浓度的主要途径。由于该水库的蓝藻和富营养化水平直接与水体的稳定性有关,利用对水库排水的可控制性调节水库水体的稳定性,可作为控制蓝藻水华发生的有效途径。     

Phylogenetic Inference of Colony Isolates Comprising Seasonal Microcystis Blooms in Lake Taihu, China

Blooms of the toxin-producing cyanobacterium, Microcystis spp., are an increasingly prevalent water quality problem and health hazard worldwide. China's third largest lake, Lake Taihu, has been experiencing progressively more severe Microcystis blooms over the past three decades. In 2009 and 2010, individual Microcystis colonies, consisting of four different morphospecies, were isolated and genotyped using a whole-cell multiplex PCR assay. The 16S-23S rDNA-ITS sequences were aligned based on Bayesian inference and indicated that one morphospecies was genetically unique (Microcystis wesenbergii) and three were indistinguishable (Microcystis aeruginosa, Microcystis flos-aquae, and Microcystis ichthyoblabe). Microcystin (mcyB) genes were detected intermittently in two of the morphospecies while the other two morphospecies lacked the mcyB gene in all samples. Water temperature was found to influence bloom formation and morphotype prevalence, and chlorophyll a and temperature were positively and significantly correlated with microcystin concentration. Cooler water temperatures promoted toxigenic strains of Microcystis. Wind appeared to influence the distribution of morphotypes across the lake, with M. aeruginosa and M. ichthyoblabe being more susceptible to wind stress than M. wesenbergii and M. flos-aquae. The results of this study indicated that the blooms were composed of a variety of Microcystis morphospecies, with more genotypes observed than can be attributed to individual morphotypes. We conclude that morphology is not a reliable indicator of toxigenicity in Lake Taihu, and caution should be exercised when the M. aeruginosa morphotype is present because it is capable of producing MC-LR, the most toxic microcystin isoform.     

On the phytoplankton of Awba reservoir, Ibadan, Nigeria

The physico-chemical characteristics and phytoplankton of Awba reservoir in the University of Ibadan, Nigeria, were monitored to determine the impact of eutrophication on phytoplankton composition. The principal component analysis identified three major components influencing the physicochemistry of the water, namely trace metals, dissolved oxygen and ionic composition. Comparative analysis with a previous study showed a phenomenal increase in zinc, copper and iron levels over a 10-year period. Furthermore, the ferruginous nature of the soil contributed to the high levels of iron which exceeded the World Health Organization Standards for drinking water quality. The most abundant phytoplankton species was Microcystis aeruginosa which has been implicated in toxic blooms in freshwaters. The conditions favouring cyanophyte blooms and their implications are discussed.     

Effects of algicide (copper sulfate) application on short-term fluctuations of phytoplankton in Lake Paranoá, central Brazil.

Short-term fluctuations and structure of phytoplankton were examined for two months in the dry season (August-September/1997) in a eutrophic reservoir of central Brazil. Algicide treatment for the control of Microcystis aeruginosa bloom influenced the short-term variation pattern of the phytoplankton community. Algicide treatment was effective in controlling M. aeruginosa bloom, but it also influenced the Cylindrospermopsis raciborskii population. These species retained low densities, showing small colonies and trichomes, respectively. Drops in Cyanobacteria populations following algicide treatment were succeeded by progressive increase in Chlorophyta. The shifts in environmental conditions may have allowed the development of this group. In this study correspondence analysis of abundance data for phytoplankton assemblage in lake Paranoa revealed that available light, rather than chlorophyll-a, total suspended material, and water temperature, accounted for most of the short-term fluctuation in phytoplankton structure during algicide application. Canonical correspondence analysis (CCA) showed the primary importance of water transparency changes in abundance of taxa in the community. Algicide treatment for the control of nuisance blooms is discussed as a contribution to improved efficiency in reservoir management.     

水华爆发的突变模型——以巢湖为例

面对湖泊水库富营养化的严峻形势,水华防治是当务之急,而根据富营养化现状对水华进行准确的判定和预报更是重中之重.从水生态系统的角度出发,综合考虑TP、T、Chla和DO等4个对巢湖富营养化乃至水华影响最为突出的因子,构建了巢湖水华突变的尖点模型,通过模型来模拟巢湖富营养化引发水华的情势.在对巢湖2000～2003年时间序列的监测数据进行数据拟合的基础上,发现南淝河入湖区断面处逐月TP、T、Chla和DO数据的演变规律符合突变理论的尖点模型特征.经检验,模型的相对误差控制在10%左右,具有较好的拟合精度.根据模型的突变判别,巢湖的水生态系统2003年7月在南淝河入湖区断面处发生了突变,这一模拟结论与该断面2003年8月爆发水华的实际情况相一致.研究表明,水华突变模型的建立,准确地反映了巢湖富营养化引发水华的实际情况,系统地勾勒出富营养化状态下水生态系统各要素间的动态响应模式,揭示了水华爆发的突变机理.通过水华突变模型的构建,不仅能够对巢湖水华的发生进行判断和预报,还可以对各项防治措施的实施效果进行预测和模拟,进而为综合整治方案的优化和统筹提供科学依据.水华的爆发是多诱因的综合作用结果,是营养物质长期累积、由量变到质变的演化过程,作为目前唯一的一种研究由渐变引起突变的系统理论,突变理论满足水华研究的数理要求,为水华现象的数值模拟提供了可行的解决方案.     

Factors influencing the spatio-temporal distribution of benthic Microcystis aeruginosa colonies (Cyanobacteria) in the hypertrophic Grangent Reservoir (Loire, France)

The spatio-temporal distribution of benthic colonies of Microcystis aeruginosa in Grangent Reservoir (France) in 2000 was not homogeneous and appeared to be controlled by many external factors: lake depth, station morphometry, substratum and hydraulic regime (lacustrine or fluvial). A most important concentration of benthic colonies was found at deep sites with fine sediment or at sites where the sediment was rich in organic matter. In spite of a stable water level and a minimum flow during summer, the number of benthic colonies showed great variation in the lacustrine downstream part of the reservoir. These variations may be explained by the dynamics of planktonic cyanobacteria.     

Study of the dynamics of Microcystis aeruginosa and its cyanophage in East Lake using quantitative PCR

Dear Editor, East Lake,located in the middle and lower reaches of the Yangtze River,is a major source of drinking water for local residents.However,the large increase of population density and the rapid development of industry has resulted in heavy eutrophication of East Lake over the past few decades.Microcystis aeruginosa is a well-known toxic algae-blooming cyanobacterial species (Carmichael W W,et al.,2001) and a major player in the cyanobacterial water blooming in East Lake.