溶藻细菌

利用溶藻细菌防治水华和赤潮,作为富营养化水体藻类生物防治的方法已经受到广泛关注.多项研究表明,许多溶藻细菌能分泌胞外活性物质,对宿主藻类的生长起抑制作用.因此,分离筛选环保、高效、专一的溶藻活性代谢产物,最终开发安全、高效的生物杀藻剂已经日渐成为治理藻类水华和赤潮问题的方法之一.近年来,国内外相关人员和机构对溶藻细菌的溶藻机理以及溶藻活性物质的分离、提纯和鉴定进行了较为深入的基础性研究.     

溶藻微生物的研究进展

溶藻微生物在防治有害藻类水华中的作用和潜力,已受到学者的广泛关注.综述溶藻微生物(主要是溶藻细菌和噬藻体)的溶藻作用机制,量效关系及分子生物学.阐述溶藻微生物对蓝藻水华治理存在的问题,并对溶藻微生物作为潜在的控藻因子进行展望.     

一株中肋骨条藻特异溶藻菌的分离鉴定及溶藻特性

【背景】赤潮频发引起严重的海洋生态学问题,不仅直接影响到海洋生态系统稳定、海洋生物资源可持续利用和水产养殖业等海洋产业的健康发展,而且对人类健康也构成了严重威胁。高效的溶藻细菌是生物法防控赤潮的有效工具之一。【目的】分离得到对中肋骨条藻具有高效溶藻效果的溶藻细菌,并对其进行分子鉴定,研究该菌株的溶藻机理以及溶藻菌所分泌溶藻物质的特性。【方法】采用2216E平板稀释涂布法分离纯化细菌,测定16S rRNA基因序列以鉴定细菌种类,利用显微镜计数溶藻菌处理后的目标藻种计算溶藻率,通过扫描电镜观察溶藻菌对中肋骨条藻的溶藻过程,利用常规生理生化方法研究溶藻菌溶藻物质的特征,并通过透析袋截留法研究溶藻物质分子量大小。【结果】分离得到一株中肋骨条藻高效溶藻菌FDHY-CJ,该菌株属于交替单胞菌属(Alteromonas sp. FDHY-CJ)。该菌株72 h处理赤潮藻结果显示,对中肋骨条藻溶藻率为95.45%,对于其他常见赤潮藻溶藻率低于40%。溶藻菌FDHY-CJ通过胞外分泌物溶藻;溶藻物质的溶藻特性不受反复冻融的影响,但对酸碱性及温度较为敏感;扫描电镜观察结果显示该溶藻菌的溶藻物质直接溶解中肋骨条藻的细胞壁,致使硅质壳打开、内容物流出,达到溶藻的效果;溶藻活性物质具有被乙醇和乙酸乙酯沉淀的特性。【结论】溶藻菌FDHY-CJ对中肋骨条藻具有特异溶藻作用,对其他常见赤潮溶藻效果不明显;该细菌溶藻方式为通过分泌物间接溶藻,溶藻物质属于蛋白类,大小在3.5?10 kD之间。     

滇池中溶藻细菌的分离鉴定及其溶藻效应

【背景】藻类水华或赤潮在世界范围内频发,带来各种危害,亟需找到有效途径控制水华或赤潮。溶藻细菌具有杀死藻类控制藻类生物量的能力,可以作为防治水华和赤潮的有效工具。【目的】分离并鉴定滇池中的铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)及其溶藻细菌,对溶藻菌作用于铜绿微囊藻的溶藻效应进行研究,初步了解其溶藻特性与溶藻机制。【方法】采用LB平板稀释涂布,再经多次划线分离纯化细菌,测定16SrRNA基因序列以鉴定细菌种类;采用毛细管分离的方法分离铜绿微囊藻,并测定其cpcBA基因序列以鉴定蓝藻种类;采用热乙醇法提取叶绿素a,从而计算溶藻效率;基于过氧化氢酶(CAT)、还原型谷胱甘肽(GSH)和丙二醛(MDA)探究藻细胞在溶藻菌处理下的抗氧化系统响应。【结果】共分离获得11株微囊藻和17株针对铜绿微囊藻的高效溶藻菌。选取其中一株生长速度最快的铜绿微囊藻DCM4和一株溶藻效果最好的溶藻菌Sp37 (Bacillus siamensis)进行后续研究。Sp37对DCM4的4 d溶藻率达到92.4%±1.5%,且对微囊藻属的水华微囊藻(M. flos-aquae)和惠氏微囊藻(M.wesenbergii)均有溶藻效果,而对绿藻没有溶藻效果。Sp37的原菌液和无菌滤液对DCM4的4d溶藻率分别为86.8%±4.3%和81.1%±2.2%,两者没有显著差异(P0.05)。Sp37菌体对DCM4的溶藻率为25.4%±7.3%。Sp37无菌滤液经不同温度和pH处理之后的溶藻率与未经处理的无菌滤液的溶藻率无明显差异。Sp37无菌滤液处理藻细胞会使藻细胞的CAT、GSH和MDA含量发生变化。【结论】菌株Sp37对铜绿微囊藻DCM4具有高效的溶藻作用,而且对微囊藻属具有一定的溶藻特异性。Sp37是通过分泌胞外物质间接溶藻,且溶藻物质具有热稳定性和酸碱稳定性。Sp37无菌滤液处理藻细胞会触发藻细胞抗氧化系统,并且会损伤藻细胞膜。Sp37无菌滤液很可能是通过对藻细胞造成氧化胁迫,最终导致藻细胞死亡的。     

溶藻类细菌的研究现状

随着全球水体富营养化的加剧,有害藻类水华和赤潮的爆发日趋频繁,所造成的环境和经济问题日益引起人们的重视.溶藻细菌作为水生生态系统生物种群结构和功能的重要组成部分,对维持藻的生物量平衡具有非常重要的作用.目前在物理、化学和其它生物方法治理水华和赤潮都不够理想的情况下,利用溶藻细菌治理水华,可保持水环境生态平衡,从而达到防止水华的目的.而且随着溶藻细菌的生物学活性不断被发现,以茵治藻将作为水华和赤潮生物防治的一个新对策,具有广泛的研究前景.本文通过查阅近年来国内外有关水生生态系统中溶藻细菌研究的最新研究成果并对溶藻细菌防治有害藻类的种类、分离方法、作用方式及可能的作用机理、作用效应、研究前景和存在问题做一阐述,以期对于细菌溶藻方面的研究及开发应用具有一定的参考价值.     

植物源溶藻化合物研究进展

由于硫酸铜等传统杀藻剂在环境中残留期长、选择性差、容易造成二次污染等,因此其应用受到限制。天然产物和以天然产物为基础的化合物由于其环境友好,对有害藻类选择毒性强,因此在有害藻华防治方面受到越来越多的关注。植物是天然溶藻化合物的重要来源之一。近几十年来,从植物代谢产物中发现了各种类型的溶藻化合物,诸如甘油糖脂类、酚类、生物碱和萜类等,从这些天然产物中可能筛选到对有害藻华选择性好、溶藻活性强的杀藻剂。本文对植物源的各类溶藻化合物研究概况进行综述,以促进植物源杀藻剂的研究。     

水华杀藻微生物的分离与分子生物学鉴定

正除藻方法一般分为工程物理方法、化学药剂法和生物方法三大类。作为庞大的富营养化湖泊的藻类控制技术,利用工程物理方法和化学药剂法显然是行不通的,对环境友好的生物控藻技术受到越来越多的关注,国内外许多富营养化湖泊水华的控藻技术的研究热点转向生物控藻技术。在利用生物控藻上,目前主要有三个方面,一是以鱼类控制藻类的生长;二是以水生高等植物控制水体富营养盐及藻类; 三是以微生物来控制藻类的生长。其中由于微生物易于繁殖的特点,使得微生物控藻是生物控藻里最有前途的一种控藻方式。这些杀藻微生物主要包括细菌(溶藻细菌)、病毒 (噬藻体)、原生动物、真菌和放线菌等五类。国内外对杀藻微生物的分离和鉴定有一些报道,但都不够系统和全面, 本文以本实验室的工作为基础,较全面、系统地介绍前三类水华杀藻微生物的分离与纯化及其分子生物学鉴定方法。       

一种快速检测分离溶藻细菌方法的初探

传统的细菌培养基对铜绿微囊藻具有毒性作用。会大大影响溶藻细菌的筛选效率和准确性。通过基本培养基各成分对铜绿微囊藻DS的作用研究发现,培养基中的葡萄糖成分对藻有抑制作用,并且这种抑制作用与培养基中的葡萄糖浓度密切相关,当培养基中葡萄糖的浓度在0．1～0．4g/L时,藻细胞生长受到抑制,当用柠檬酸三钠取代葡萄糖后,铜绿微囊藻在改良后的培养基中生长正常,与对照组相比无显著性差异(P＜0．05)。用改良的培养基富集水样中的溶藻微生物,并用此培养液直接感染宿主藻,一周内即可初步快速检测是否含有溶藻细菌。此种方法既排除了培养基的干扰因素,又迅速增加了溶藻细菌的生物量,并可大量收集细菌分泌的胞外物质,为溶藻细菌尤其以分泌物质溶藻的细菌的初步筛选提供了一条快捷、有效的途径。     

三株溶藻细菌胞外溶藻活性物质若干分离特性的研究

为了探索新分离到的3株溶藻细菌胞外溶藻活性物质的分离特性, 选择了对水华鱼腥藻生长无抑制作用的淀粉培养基培养溶藻细菌。采用透析、乙醇沉淀、有机溶剂萃取、活性炭吸附与解吸等方法对其分离特性进行了研究。溶藻细菌L7的溶藻活性物质的分子量小于3.5 kD, 溶藻细菌L8、L18的溶藻活性物质的分子量在3.5 kD~7 kD之间; 3株溶藻细菌的胞外溶藻活性物质不能用乙醇沉淀法完全分离; 3株溶藻细菌的溶藻活性物质具较好的亲水性和较强的极性, 且都不能被活性炭吸附。     

一种快速检测分离溶藻细菌方法的初探

传统的细菌培养基对铜绿微囊藻具有毒性作用。会大大影响溶藻细菌的筛选效率和准确性。通过基本培养基各成分对铜绿微囊藻DS的作用研究发现,培养基中的葡萄糖成分对藻有抑制作用,并且这种抑制作用与培养基中的葡萄糖浓度密切相关,当培养基中葡萄糖的浓度在0．1～0．4g/L时,藻细胞生长受到抑制,当用柠檬酸三钠取代葡萄糖后,铜绿微囊藻在改良后的培养基中生长正常,与对照组相比无显著性差异(P＜0．05)。用改良的培养基富集水样中的溶藻微生物,并用此培养液直接感染宿主藻,一周内即可初步快速检测是否含有溶藻细菌。此种方法既排除了培养基的干扰因素,又迅速增加了溶藻细菌的生物量,并可大量收集细菌分泌的胞外物质,为溶藻细菌尤其以分泌物质溶藻的细菌的初步筛选提供了一条快捷、有效的途径。     

有害微藻抑藻细菌多样性及抑藻机制研究进展

有害藻暴发能够破坏水生生态系统,对水环境、人类健康及各国经济构成严重威胁。寻找能够有效防治有害藻华或赤潮的方法是现阶段水生生态保护与修复领域的重要研究内容之一。其中,微生物因其分布广、种类多和易繁殖等特点,在有害藻华或赤潮防治方面表现出巨大潜力,正逐渐得到广泛关注。本文从抑藻细菌分布、物种多样性及抑藻机制(抑藻方式、细胞形态、光合作用和氧化损伤)等角度对当前有害微藻抑藻细菌研究进展进行梳理总结,为微生物控藻提供理论参考。     

一株溶藻细菌NP23的初步分离鉴别及其溶藻作用研究

从水体中分离得到一株具有溶藻能力的细菌,命名为NP23。经形态特征、生理生化鉴定和16S rDNA序列分析表明,该菌株属于肠杆菌属(Enterobacter)。研究了该菌株对湖泊中优势藻的溶藻效果,初步探讨了其溶藻方式及溶藻物质。结果表明,该菌株对小球藻、惠氏微囊藻、栅藻和蛋白核小球藻具有一定的去除效果,叶绿素a的去除率分别为64.1%、53.1%、87.2%和84.4%,而且在10-108CFU/mL菌浓度范围内,藻的去除率与菌液的浓度成正相关;该菌株对小球藻、栅藻和蛋白核小球藻是间接溶藻,对惠氏微囊藻是直接溶藻;该菌株对栅藻的溶藻物质是蛋白类物质,对蛋白核小球藻的溶藻因子是菌体胞外分泌的具有热稳定性的非蛋白类物质。     

Characterization of an algicidal bacterium Brevundimonas J4 and chemical defense of Synechococcus sp. BN60 against bacterium J4

As part of efforts to enhance the strategies explored to eliminate the adverse impacts of cyanobacterial blooms, we isolated an algicidal bacterium, J4, from Lake Taihu. Analysis of 16S rDNA sequence revealed that strain J4 belonged to the genus Brevundimonas. Bacterium J4 exhibited algicidal activity mainly through excretion of extracellular algicidal compounds that were further extracted with methanol and purified by silica gel chromatography and high performance liquid chromatography (HPLC). The compounds showed thermal stability, strong polarity and water solubility in J4 cultures. Study on the algicidal activity of J4 against two dominant cyanobacterial bloom-forming species in Lake Taihu showed that J4 exhibited lower algicidal rate against Synechococcus sp. BN60 (48.6%, t = 6 days) than against Microcystis aeruginosa 9110 (91.8%, t = 6 days). Additionally, rapid reduction in cell density of J4 was observed in co-cultures of Synechococcus sp. BN60 and bacterium J4 but not observed in co-cultures of M. aeruginosa 9110 and bacterium J4 during algicidal process, which was the main reason why the algicidal rate of J4 against BN60 was lower than against 9110. The reduction in cell density of J4 resulted from inducible production of antimicrobial-like compound secreted by Synechococcus sp. BN60 in co-cultures of Synechococcus sp. BN60 and bacterium J4, which reflected a kind of chemical defense from cyanobacteria (BN60) against algicidal bacteria (J4). However, M. aeruginosa 9110 had no chemical defense against J4, suggesting that whether cyanobacterial chemical defense occurs or not between cyanobacteria and algicidal bacteria depends on specific cyanobacteria–algicidal bacteria pairs. These results show that not only one-sided algicidal effect but also two-sided reciprocal inhibition interactions exist between algicidal bacteria and cyanobacteria, indicating the complexity of cyanobacteria–algicidal bacteria interactions in Lake Taihu and the need to take the cyanobacterial defensive responses into consideration when assessing potential use of algicidal bacteria.     

放线菌L74溶藻物质的分离及其溶藻特性

为了得到溶藻物质并进行溶藻特性的研究, 采用离心、乙醇沉淀和有机溶剂萃取的方法从发酵液中粗提得到溶藻物质, 再通过硅胶吸附柱层析和透析进行精制, 并采用试管试验法对其进行分析。此外研究了溶藻物质的pH稳定性、热稳定性以及对藻类抗氧化酶系统的影响。该菌株的溶藻物质具有较大极性, 且分子量小于3 kD; 经化学法鉴定, 基本确定为糖苷类物质、内酯类物质和萜类物质中的一种或几种的组合; 具酸碱稳定性, 但对热敏感, 随着处理温度的升高, 溶藻效果逐渐下降, 当温度超过90 °C处理1 h后, 活性几乎全部丧失;     

Isolation and characterization of a marine algicidal bacterium against the toxic dinoflagellate Alexandrium tamarense

Interactions between bacteria and harmful algal bloom (HAB) species have been acknowledged as an important factor regulating both the population dynamics and toxin production of these algae. A marine bacterium SP48 with algicidal activity to the toxic dinoflagellate, Alexandrium tamarense, was isolated from the Donghai Sea area, China. Genetic identification was achieved by polymerase chain reaction amplification and sequence analysis of 16S rDNA. Sequence analysis showed that the most probable affiliation of SP48 was to the γ-proteobacteria subclass and the genus Pseudoalteromonas. Bacterial isolate SP48 showed algicidal activity through an indirect attack. Additional organic nutrients but not algal-derived DOM was necessary for the synthesis of unidentified algicidal compounds but β-glucosidase was not responsible for the algicidal activity. The algicidal compounds produced by bacterium SP48 were heat tolerant, unstable in acidic condition and could be easily synthesized regardless of variation in temperature, salinity or initial pH for bacterial growth. This is the first report of a bacterium algicidal to the toxic dinoflagellate A. tamarense and the findings increase our knowledge of bacterial–algal interactions and the role of bacteria during the population dynamics of HABs.     

溶藻细菌L7对水华鱼腥藻氮代谢的影响

【目的】进一步探明藻菌关系,研究溶藻细菌对藻类氮代谢的影响及其作用机制。【方法】将水华鱼腥藻和溶藻细菌L7按两种比例接种入BG11培养液中,在室内进行共培养(藻细胞初始密度为1.21×108cells/L;溶藻细菌L7初始密度分别为1.75×107、1.75×108CFU/mL)。连续7 d测定藻细胞数、异形胞频率和藻细胞内的硝酸还原酶(NR)活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷氨酸合成酶(GOGAT)活性、蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量。【结果】低密度溶藻细菌L7能够促进藻生长(第7天藻细胞密度是对照组的1.58倍),增加异形胞频率(第7天高于对照组66.67%);高密度则会抑制藻生长(第7天藻细胞密度相比对照组下降98.84%),降低异形胞频率(第7天为0)。在藻细胞内氮代谢关键酶活性方面,接种后2 5 d,两处理组中藻细胞内NR和GOGAT活性均极显著高于对照组(P<0.01);接种后0 5 d,高密度处理组的GS活性极显著高于对照组(P<0.01),而低密度处理组的则在大部分时间内极显著低于对照组(P<0.01)。在整个实验期内,低密度处理组中藻细胞内蛋白质含量一直极显著高于对照组(P<0.01);而在高密度处理组中,除第5天外,细胞内蛋白质含量则全部极显著低于对照组(P<0.01)。接种后2 4 d,高密度处理组中藻细胞内MDA含量呈现上升趋势,并极显著高于其余两组(P<0.01)。【结论】低密度溶藻细菌L7能够提高水华鱼腥藻对氮源的需求,加速蛋白质合成,促进氮代谢;而高密度溶藻细菌L7会对藻细胞产生过氧化伤害,阻碍蛋白质合成和氮代谢过程。     

Dynamics of cyanophage-like particles and algicidal bacteria causing Microcystis aeruginosa mortality

The dynamics of cyanophage-like particles and algicidal bacteria that infect the bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa was followed in a hyper-eutrophic pond from September 1998 to August 1999. The densities of M. aeruginosa ranged between 4.0 × 10⁵ and 1.9 × 10⁷ cells ml⁻¹, whereas those of algicidal bacteria were between 4.0 and 5.1 × 10² plaque-forming units (PFU) ml⁻¹ and those of cyanophage-like particles were between <5.0 × 10² and 7.1 × 10³ PFU ml⁻¹. A significant relationship was found between the densities of algicidal bacteria and M. aeruginosa (r = 0.81, n = 69, P < 0.001), suggesting that the dynamics of the algicidal bacteria may regulate the abundance of M. aeruginosa. Occasional peaks of density of cyanophage-like particles were detected in October, June, and August, when sharp declines in M. aeruginosa cell densities were also observed. The densities of cyanophage-like particles became undetectable when the abundance of M. aeruginosa was low, suggesting the density-dependent infection of M. aeruginosa by cyanophage-like particles. Thus, we suggest that infections of both algicidal bacteria and cyanophage-like particles are important biological agents that decompose blooms of M. aeruginosa in freshwater environments. Received: August 31, 2000 / Accepted: December 6, 2000