光强对微囊藻群体形态的影响及其生理机制研究

为了探讨光照对微囊藻形态的影响,研究了6株不同种的群体微囊藻在不同光强下群体形态的变化及其响应机制。研究发现,随着光强的增加,6株群体微囊藻的群体尺寸变大。当光强为80200 mol/（m2s）时,群体微囊藻DH-M1和DC-M2的比生长速率显著增大,而另4株在高光强下比生长速率无显著性差异;对多糖含量分析发现,高光强对群体微囊藻TH-M2、DC-M1、FACHB1174和FACHB1027胞外及胶被多糖的分泌与释放有显著的促进效果,而DH-M1和DC-M2多糖含量增加不明显。对于不同的微囊藻株,高光强促进群体形态变化的作用机理不同:光饱和点低的微囊藻是通过分泌大量的胞外及胶被多糖使群体尺寸变大,而光饱和点高的微囊藻是通过生长来促进群体尺寸的增大。此外,对产毒藻株在不同光强下的毒素基因表达及胞内毒素测定发现,高光强组的群体微囊藻mcyB和mcyD表达量升高,且胞内微囊藻毒素含量增加显著,推测微囊藻毒素也可能是影响微囊藻群体形态及大小的作用因子之一。       

群体和单细胞微囊藻对短期高光胁迫的生理响应

为了探讨不同形态的微囊藻（Microcystis）对光的耐受能力及其应对机制,研究比较了短期高光强条件下群体微囊藻和单细胞微囊藻的生理响应,结果表明,在高光强胁迫下,群体和单细胞微囊藻的叶绿素含量、最大电子传递速率（ETR_max）均降低,但与单细胞微囊藻相比,群体微囊藻的下降幅度较小;在高光强胁迫下,群体微囊藻的过氧化氢酶（CAT）与超氧化物歧化酶（SOD）的活性均显著增加,而单细胞微囊藻只有CAT活性增加;在短期高光胁迫下,群体微囊藻的死亡率没有显著变化。这些结果表明群体微囊藻比单细胞微囊藻能耐受更高的光强,也暗示了群体微囊藻在野外高光强条件下更具竞争优势。     

铜锈微囊藻两种表型的生长生理特性及毒素组成比较分析

从滇池蓝藻水华中分离得到的铜锈微囊藻群体在实验室无机营养中解聚成单细胞,结果表明,群体微囊藻的生长速度明显低于单细胞微囊藻;前者具明显可见的胞外酸性多糖胶鞘,而单细胞则几乎没有;按常规方法分析比较两种细胞形态的毒性大小和毒素组成,发现群体微囊藻主要含有三种微囊藻毒素的异构体,而单细胞以MCLR为主;且单细胞微囊藻的毒性约为群体的10倍.二者的LDH和PGM同工酶酶谱也有差异.本研究为解释毒素的合成和调控机理提供了新的证据.       

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。     

铜绿微囊藻对紫外辐射的生理代谢响应

采用紫外(UV)滤膜过滤日光UV以及紫外灯添加UV的方法,研究了UV辐射对铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa单细胞藻株PCC7806和群体藻XW01生长及生理代谢的影响。结果显示,在室内条件下低剂量UV辐射可促进群体微囊藻XW01生长;室外条件下与滤除了UV的光照相比,含有UV的完全日光更有利于微囊藻生长;而相同的UV辐射强度均导致单细胞株死亡,群体株显示了较强的UV抗性;日光中的UV可促进XW01合成抗氧化相关的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)、促进胞外多糖的产生并形成较大的群体、促进UV屏障物质类菌孢素氨基酸(MAAs)和伪枝藻素(Scy)积累。这些生理代谢的改变,消除了阳光辐射中UV对微囊藻的伤害。研究的结果提示,自然条件下阳光中的UV有助于群体微囊藻生长。     

阴离子表面活性剂LAS对产毒和无毒微囊藻生长及产毒特性的影响

文章研究了低浓度范围内不同浓度梯度的阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸盐(LAS)对产毒微囊藻(Microcystis aeruginosa, FACHB905)和无毒微囊藻(Microcystis wesenbergii, FACHB908)生长、光合特性、种间竞争及毒素合成的影响。结果表明,在0.05—5.0 mg/L LAS浓度梯度处理下,产毒微囊藻的生物量、产毒基因mcyD表达量和每细胞MCs含量均在培养12d后显著增加。产毒微囊藻胞内和胞外MCs含量在各LAS浓度处理后分别为0.069、0.052、0.061、0.038和0.037 fg/fg Chl.a及107.1、103.7、127.1、99.6和113.7 ng/L。即使在0.5 mg/L低浓度LAS处理条件下,上述3个参数也分别比对照组显著增加了24.2%、12.4倍和10.4%。浓度为0—0.2 mg/L LAS对无毒微囊藻的生物量无明显影响,而较高浓度的LAS(0.5—5.0 mg/L)明显抑制了无毒微囊藻的生长。在两株微囊藻混合培养时, 0.2—1.0 mg/L LAS处理组的产毒铜绿微囊藻mcy D的表达对LAS...     

环境因子对金藻生长和噬藻速率的影响

在微囊藻的大量培养过程中分离到一株能够快速吞噬微囊藻的鞭毛虫-金藻Poterioochromonas sp.,其具有混和营养的特点。研究以人工培养的铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa FACHB469)为饵料,研究了起始饵料浓度、光强、温度和pH等环境因子对Poterioochromonas sp.生长和吞噬饵料速率的影响。结果显示:当无饵料时,金藻的自养生长与光强和温度相关,而与pH无相关性。喂食饵料能显著促进金藻的生长,其吞噬速率和生长速率与起始饵料浓度相关性强,可分别用Michaelis-Menten方程和Monod方程拟合。提供相同量的饵料时,金藻的生长与光强相关性显著,而与温度和pH的相关性不显著;其吞噬速率与pH呈现负相关关系,而与光强和温度相关性不显著。除了在不同pH下的生长外,混合营养时金藻的生长速率与吞噬速率之间存在显著的正相关关系。实验表明适于Poterioochromonas sp.生存并吞噬微囊藻的环境条件较广,这也是进一步探索利用Poterioochromonas sp.控制微囊藻水华的前提。       

蓝藻胞外多聚物生物合成、群体形成与微囊藻水华

有毒微囊藻水华在太湖、巢湖和滇池等饮用水源地频繁暴发, 对居民健康和水产养殖等构成严重威胁, 亟需开发新技术加以有效控制和利用。在水华暴发时, 蓝藻大量分泌胞外多聚物而形成细胞群体, 是蓝藻水华发生的关键和前提。蓝藻群体中胶质状胞外多聚物由胞外多糖、蛋白质和其他生物大分子组成, 对其结构、功能和生物合成途径研究了解仍然有限。生物信息学和比较基因组学分析发现微囊藻和其他多种蓝藻中编码大量的具有称之为PEP-CTERM结构域的潜在胞外蛋白质, 这些潜在的蛋白质可能通过特殊的分选系统分泌到细胞表面, 与胞外多糖相互作用形成结构更复杂的胞外多聚物, 介导细胞群体的形成和水华发生。亟需建立微囊藻遗传操作技术, 深入揭示胞外多聚物生物合成和群体形成的分子机制, 寻找控制蓝藻胞外多聚物的组装和分泌及群体形成的关键靶点, 将有助于揭示蓝藻水华形成机理及开发新型控藻技术。     

滇池水华蓝藻铜锈微囊藻和绿色微囊藻的生长生理特性及毒素分析

从滇池分离纯化了两种常见水华微囊藻即铜锈微囊藻和绿色微囊藻。在常规培养条件下,两种藻类在对数生长期的生长速率μ值分别为0.61和0.63;早期生长的抑制光强不大于100μmol m~(-2)s~(-1)。铜锈微囊藻主要产生3种微囊藻毒素:MYCST-RR,MYCST-YR和MYCST-LR,绿色微囊藻产生的主要微囊藻毒素为[Dha~7]-MYCST-RR,和[Dha~7]-MYCST-LR,另含有少量的[Dha~7]-MYCST-YR。在低光强15μE m~(-2)s~(-1)时,毒素含量每毫克干重细胞达到3.127μg微囊藻毒素,当光强达到100μE m~(-2)s~(-1)时,毒素含量降低到每毫克干重细胞1.971μg;光强对毒素形成的影响受到温度的调节,而温度对毒素形成的影响不大。探讨了两种微囊藻细胞在不同光照强度下叶绿素荧光比值Fv/Fm的变化,此比值的变化可以间接反映细胞受外界光照强度抑制程度。     

铜绿微囊藻在不同供磷水平下对砷胁迫的响应

采用磷饥饿培养后的微囊藻细胞进行不同供磷水平的五价砷(As(V))暴露实验,考察单一胞外磷变化的情况下As(V)对滇池分离出的铜绿微囊藻FACHB905生长及产毒的影响.结果表明胞外磷浓度变化不会影响铜绿微囊藻对As(V)的耐受阈值(-10-7 mol/L).少磷条件下的半数抑制浓度(IC50)为10-2.79 mol/L,比无磷条件下的IC50(10-5.81 mol/L)高3个数量级,并且少磷条件下As(V)与细胞活性位点的结合常数要远低于无磷条件,因此胞外磷在As(V)对微囊藻的毒性效应上具有关键的作用.As(V)对微囊藻单细胞的叶绿素含量没有显著影响,但是对毒素产量具有剂量效应.在少磷条件下,As(V)浓度大于10-7 mol/L可促进微囊藻FACHB905的胞内产毒量;而在无磷条件下,所有As(V)处理组的胞内产毒量均上升78%左右.由上可知,微囊藻在产毒方面与As(V)具有协同效应,这对于全面了解滇池水华暴发期间毒素的变化规律具有一定的参考价值.