铜绿微囊藻、斜生栅藻对氮磷饥饿的耐受能力研究

在太湖微囊藻水华暴发期间 , 监测了梅梁湾水体中叶绿素 a 和氮磷营养盐的动态变化, 并通过批量培养实验研究了氮磷缺乏对铜绿微囊藻和斜生栅藻生长的影响 , 以探讨两种藻对氮磷饥饿的耐受能力对微囊藻水华形成的影响。结果表明 , 在水华期间 , 水体的氮磷营养盐浓度并不高, 并处于波动状态; 铜绿微囊藻和斜生栅藻对氮磷饥饿的耐受能力存在很大差异 : 在无磷培养基中 , 铜绿微囊藻能保持 8 天的指数生长, 而斜生栅藻在无氮或无磷培养基中生长都非常缓慢。两种藻对磷饥饿的耐受能力均高于氮。通过生长速率的比较, 发现铜绿微囊藻对磷饥饿的耐受能力明显高于斜生栅藻, 因此更能够适应波动的营养供给条件。对营养盐饥饿耐受能力的不同导致两种藻在营养盐波动的情况下微囊藻更易取得优势, 成为水华期间浮游植物的优势种。     

梭鱼草化感物质丁二酸对微囊藻和栅藻生长及竞争的影响

为了解梭鱼草(Pontederia cordata)根茎有机酸类化感物质对铜绿微囊藻(Micro-cystis aeruginosa,M)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus,S)生长和竞争关系的影响,将不同浓度丁二酸作用于两种藻的单种培养和共培养,即铜绿微囊藻与斜生栅藻初始比例为1∶0(100%M)、1∶1(50%M+50%S)、2∶3(40%M+60%S)、3∶2(60%M+40%S)、0∶1(100%S)。结果表明:丁二酸对铜绿微囊藻和斜生栅藻均有抑制作用,抑制能力与浓度呈正相关;无化感物质作用下,单种培养和共培养中铜绿微囊藻生长能力均强于斜生栅藻; 60mg·L-1丁二酸处理下,40%M+60%S、50%M+50%S培养组中β(斜生栅藻对铜绿微囊藻的抑制参数)0,60%M+40%S培养组中β0,表明藻类初始比例影响蓝绿藻之间竞争;丁二酸可改变蓝绿藻之间竞争关系,低浓度(20、40 mg·L-1)作用下,表现为铜绿微囊藻抑制斜生栅藻,斜生栅藻促进铜绿微囊藻,高浓度(60、80 mg·L-1)作用下,表现为两者相互抑制,表明两种藻之间竞争加强。     

不同光照度对3种藻生长的影响（简报）

不同光照度和相同的最适营养、温度(25±1)℃以及光周期(12h/12 d)培养铜绿微囊藻、多变鱼腥藻和斜生栅藻的实验结果表明,在15 000 lx和21 000～25 000 lx的光照度下,3种藻的比增长率和现存量最高.15 000 lx是铜绿微囊藻和多变鱼腥藻生长的最适光照度,21 000～25 000 lx是斜生栅藻生长的最适光照度范围.     

普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型

利用大型水生植物的化感作用抑制水华藻类是水域生态学研究的热点课题之一。探讨了不同浓度普生轮藻浸提液对产毒铜绿微囊藻和斜生栅藻(单纯以及混合藻类)的抑制作用,并根据实验过程中得到的数据和数据特征,在传统的Logistic模型和Lotka-Volterra模型基础上,通过微元法建立了普生轮藻浸提液对单纯产毒铜绿微囊藻、单纯斜生栅藻抑制的数学模型以及两藻混合时抑制的数学模型。结果表明,(1)普生轮藻浸提液无论对单独的毒性铜绿微囊藻或斜生栅藻还是共生状态的毒性铜绿微囊藻和斜生栅藻均有很强抑制作用,且对毒性铜绿微囊藻的抑制作用要显著高于对斜生栅藻;(2)所建立的抑藻模型可有效表征和预测在一定范围内的产毒铜绿微囊藻、斜生栅藻及其混合藻在普生轮藻浸提液胁迫下藻密度随时间变化的规律;通过这些模型可方便地计算出实验期间任何时间节点上普生轮藻浸提液的半抑制浓度(EC50)、最小有效浓度(MIC)等指标的预测值、混合藻在小生境中相对稳定时的预测值等等。该研究可为实际抑藻的方案制定和实施提供有价值的数据支撑和参考,具有一定的理论与应用意义。     

重金属铅与两种淡水藻的相互作用

为了研究重金属铅与淡水藻类之间的相互作用,采用不同Pb2+浓度处理铜绿微囊藻(Microcysis aeruginosa Kutz.)和斜生栅藻[Scenedesmus obliquus(Turp.)Kutz.],分别对两种藻的生物量、藻液电导率、O-·2含量、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及藻对Pb2+的吸收作用等进行了测定,并通过扫描电镜观察了不同Pb2+浓度处理下两种藻细胞的表面结构。结果显示:(1)Pb2+浓度低于3 mg/L促进铜绿微囊藻生长,高于9 mg/L抑制其生长;但在3—12 mg/L范围内,Pb2+均明显抑制了斜生栅藻的生长,说明斜生栅藻对Pb2+毒性的敏感程度要高于铜绿微囊藻。(2)受到铅离子的胁迫,两种藻细胞膜通透性均有一定改变,扫描电子显微镜的照片观察,两种藻细胞表面的絮状物随着Pb2+的升高而增多,尤其是斜生栅藻细胞结构改变明显,多数细胞变形破裂;同时,O-·2含量升高,POD、CAT活性早期均可随Pb2+的增加而上升,表明氧自由基的产生增多以及由其引起的细胞生理生化改变可能是铅离子作用于藻细胞的主要机制。(3)两种淡水藻对Pb2+均有吸收作用,单位量藻细胞内,斜生栅藻对Pb2+的吸收能力好于铜绿微囊藻。所有结果提示:斜生栅藻不仅可以作为对重金属敏感的指示生物来监测水体Pb2+污染程度;同时由于斜生栅藻比铜绿微囊藻具有更好的Pb2+吸收能力,因此还可以利用斜生栅藻作为处理水体Pb2+的生物材料。     

岩兰草油对淡水藻类的抑制作用

利用植物分泌的化感物质进行藻类控制已成为国内外生态环境领域研究的热点之一。首次探讨了岩兰草油的抑藻效应,建立了岩兰草油对铜绿微囊藻和斜生栅藻两种藻共培养时抑制作用的数学模型,采用GC-MS分析方法对岩兰草油中主要成分进行了鉴定。结果表明:岩兰草油对铜绿微囊藻和斜生栅藻在单独和共培养状态下均有良好的抑制作用,对单独培养的铜绿微囊藻和斜生栅藻抑制作用的EC50分别为0.20和0.30 m L/L,说明岩兰草油对蓝藻(铜绿微囊藻)的抑制效果明显好于对绿藻(斜生栅藻)。岩兰草油的主要成分为具有良好抑藻作用的倍半萜类物质,而所建立的岩兰草油对两藻共培养状态下抑制作用的数学模型可以求出在任何时间节点上铜绿微囊藻和斜生栅藻的种群密度以及要达到抑藻最佳状态的岩兰草油浓度。该研究对水华藻类的控制有较重要的理论与应用价值。     

光、温限制后铜绿微囊藻和斜生栅藻的超补偿生长与竞争效应

研究了铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)低温和低光照限制后的超补偿效应,以及共培养条件下的竞争效应。结果表明,低温和低光照均显著抑制微藻的生长发育,但低温对铜绿微囊藻的抑制效应更强,而斜生栅藻则对低光胁迫更敏感。经过低光和低温培养后,铜绿微囊藻和斜生栅藻在恢复正常培养时藻细胞密度短期内都表现出超补偿增长效应,但不同藻类超补偿模式不同,斜生栅藻补偿生长时间不超过1周,而铜绿微囊藻的补偿效应可以持续10天;此外,统计结果表明铜绿微囊藻细胞密度对低温限制解除表现出更显著的补偿生长,斜生栅藻则在低光解除后表现出更强的超补偿效应。微藻叶绿素a指标在光恢复条件下都表现出显著的补偿效应,但温度恢复过程中叶绿素a含量与藻密度增长不同步,低温胁迫对恢复正常培养后微藻叶绿素a的形成产生了一定的负效应;铜绿微囊藻产毒株(912)在两种恢复模式下脱氢酶活性显著高于对照,产毒株(912)脱氢酶活性的补偿响应明显高于其它两种材料。共培养实验结果表明斜生栅藻同铜绿微囊藻产毒株(912)相比处于竞争劣势,而在同无毒株(469)的共培实验中,尽管连续正常培养情况下两者竞争能力差异不显著,但在恢复培养条件下斜生栅藻竞争能力显著高于后者。因此产毒型铜绿微囊藻低温和低光后的补偿生长效应以及对斜生栅藻的竞争优势可能是蓝藻爆发的内源性机制之一。     

藻类批量培养中的比增长率最大值

批量培养谷皮菱形藻、莱茵衣藻、粉核小球藻、斜生栅藻、羊角月牙藻和铜绿微囊藻等六种藻类,在对数生长期,逐日计数而确定比增长率最大值（μｍａｒ）,发现（μｍａｒ）值出现的时间在各种藻类中不同。同时讨论了每种藻类的（μｍａｒ）与营养物质、光强、温度和起始浓度之间的关系。铜绿微囊藻的（μｍａｒ）在一定的总磷（ＴＰ）浓度范围内随ＴＰ浓度呈上升趋势。根据获得增大率最大值的条件,对它们在浮游植物群落中的生态位作     

流速对不同浮游藻类的生长影响研究

为了研究流速对不同浮游藻类生长的影响, 于 2015 年 3 月采集东江流域广东惠州河段原水, 在环形有机玻璃水槽中分别培养铜绿微囊藻、斜生栅藻和小环藻, 通过调整水体流速, 研究不同流速对不同藻类的细胞密度、叶绿素 a 浓度、最大比增长率和叶绿素荧光参数 Fv/Fm 的影响。结果表明, 在不同流速条件下, 不同浮游藻类的生理生化特征有所差异; 铜绿微囊藻表现为在不同流速条件下生长状况都较弱; 斜生栅藻和小环藻在低流速(<0.075 m·s–1)条件下繁殖速度较快, 且随着水体流速的增加, 对藻类生长有促进作用, 而在较高流速(>0.075 m·s–1)条件下随着流速的增加, 藻类的生长受到抑制。可见, 不同持续的流动条件是影响浮游藻类数量和生理指标变化的重要原因。该研究为东江水源的流速流量调节控制富营养化和水华防治提供技术支撑。     

萼花臂尾轮虫培养滤液对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻群体形成及生长的影响

为探索浮游动物和藻类之间可能存在的信息传递,研究了萼花臂尾轮虫培养滤液对铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻的生长及群体形成的影响.把萼花臂尾轮虫按1000个·L^-1的初始密度置于小球藻中培养24h后,用孔径0.15μm的微孔滤膜抽滤,得到轮虫培养滤液,此滤液中含有轮虫在生活过程中释放的一些信息化学物质.将轮虫培养滤液以20%的比例分别加入纯培养的铜绿微囊藻、斜生栅藻和小球藻中,进行为期7d的试验.结果表明,萼花臂尾轮虫培养滤液能显著地促进斜生栅藻的群体形成,而对铜绿微囊藻和小球藻在群体形成方面没有显著作用.另外,该滤液能显著提高小球藻种群的增长,对铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长无明显影响.3种藻类对萼花臂尾轮虫的潜在牧食采取了不同的生态策略:斜生栅藻形成群体,增大摄食阻力,从而降低被摄食的风险;小球藻通过提高增长率来抵消被取食的损失;铜绿微囊藻是通过其它方式来降低被牧食(例如毒素).这些方式分别是这些藻类维持种群规模的反牧食防御策略之一.     

溶藻细菌筛选及溶藻活性物质对铜绿微囊藻生理活性的影响

从太湖水华水体中分离纯化细菌, 再将细菌的LB液体和固体斜面纯培养物分别收集后感染铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)细胞, 从中筛选出7株具有溶藻活性的细菌, 并对其中一株溶藻细菌THW7的溶藻方式及溶藻活性物质对铜绿微囊藻生理活性的影响进行了初步研究。结果表明: 仅采用细菌的LB液体纯培养物进行溶藻细菌筛选会存在误筛或高估溶藻效率的风险, 而采用细菌的固体斜面纯培养物进行筛选则可避免以上风险; 溶藻细菌THW7通过分泌胞外活性物质的方式间接溶藻; 在THW7无菌滤液胁迫下, 铜绿微囊藻的生长受到显著抑制(P<0.01), 10d溶藻效率可达94.38%, 光合系统活性也显著降低(P<0.01), MDA含量积累, SOD、POD、CAT活性整体呈现先升高后降低的趋势且显著高于对照组(P<0.01)。推测菌株THW7分泌的溶藻活性物质可能作用于铜绿微囊藻细胞的光合系统Ⅱ, 阻碍电子传递, 抑制其光合作用过程, 并对藻细胞产生氧化损伤, 破坏藻细胞细胞膜的完整性, 从而实现溶藻作用。     

绿藻栅藻对微囊藻的抑制效应及评价

为筛选具有控制微囊藻水华潜力的绿藻, 研究基于藻类之间的化感作用, 对34株绿藻开展筛选及评价工作。结果发现, 栅藻FACHB-1229的抑制率最高, 其滤液对微囊藻FACHB-3550和FACHB-905的抑制率分别为53.95%和48.39%; 通过对滤液中的物质进行GC-MS检测, 推测该藻株的效应物质可能为邻苯二甲酸二(2-甲氧基乙基)酯。进一步对FACHB-1229生长和光合放氧、氨氮耐受等指标进行评价, 结果发现: 该藻株在孔板中的生长速率(0.38±0.06)/d高于微囊藻生长速率(0.13±0.03)/d; 栅藻FACHB-1229的光合放氧速率高于同期测定的其他绿藻光合放氧速率, 可达(229.91±10.49) μmol O₂/(mg Chl.a·h); 同时该藻株对氨氮的耐受能力最强, 在氨氮浓度为1888.60 mg/L时其生长速率可达(0.30±0.08)/d。此外, 在与微囊藻FACHB-3550进行共培养时, 栅藻FACHB-1229所占比例持续升高。综上, 栅藻FACHB-1229具备与微囊藻竞争的优势, 有望成为微囊藻水华生物控制的优选材料。     

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.     

微囊藻和栅藻共培养实验及其竞争参数的计算

以Ｌｏｔｋａ－Ｖｏｌｔｅｒｒａ的双种竞争模型为基础,进行试验设计。共培养试验中,两种藻类的增长行为是不同的,培养前期共培养中栅藻的数量大于纯培养中栅藻的数量,而在后期则相反,微囊藻则是在整个共培养过程中的数量都小于纯培养中的数量。通过纯培养取得参数Ｋ和ｒ,变模型的微分形式为差分形式,以生长曲线拐点（密度制约起始点）出现的时间作为计算竞争参数的起始时间。经模拟计算获得参数,表明微囊藻的抑制能力是栅藻     

Comparative metagenomics of toxic freshwater cyanobacteria bloom communities on two continents

Toxic cyanobacterial blooms have persisted in freshwater systems around the world for centuries and appear to be globally increasing in frequency and severity. Toxins produced by bloom-associated cyanobacteria can have drastic impacts on the ecosystem and surrounding communities, and bloom biomass can disrupt aquatic food webs and act as a driver for hypoxia. Little is currently known regarding the genomic content of the Microcystis strains that form blooms or the companion heterotrophic community associated with bloom events. To address these issues, we examined the bloom-associated microbial communities in single samples from Lake Erie (North America), Lake Tai (Taihu, China), and Grand Lakes St. Marys (OH, USA) using comparative metagenomics. Together the Cyanobacteria and Proteobacteria comprised >90% of each bloom bacterial community sample, although the dominant phylum varied between systems. Relative to the existing Microcystis aeruginosa NIES 843 genome, sequences from Lake Erie and Taihu revealed a number of metagenomic islands that were absent in the environmental samples. Moreover, despite variation in the phylogenetic assignments of bloom-associated organisms, the functional potential of bloom members remained relatively constant between systems. This pattern was particularly noticeable in the genomic contribution of nitrogen assimilation genes. In Taihu, the genetic elements associated with the assimilation and metabolism of nitrogen were predominantly associated with Proteobacteria, while these functions in the North American lakes were primarily contributed to by the Cyanobacteria. Our observations build on an emerging body of metagenomic surveys describing the functional potential of microbial communities as more highly conserved than that of their phylogenetic makeup within natural systems.     

蓝藻水华水样总氮含量的测定

为评估蓝藻水华藻密度对水样中总氮含量测定的影响,采用实验室培养纯藻和天然微囊藻水华样品,利用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,测定了不同藻密度水样TN的含量并进行了比较分析。研究发现,如果藻密度较高的水样稀释不充分, TN值会被严重低估。对太湖水华水样分析结果表明,叶绿素a与TN的相应值平均为0.156 mg N/μg Chl. a,干藻样的氮含量平均为16%。这些数据有助于估算蓝藻水华对水体TN的贡献。     

Developing a two-step method for retrieving cyanobacteria abundance from inland eutrophic lakes using MERIS data

Cyanobacteria are the main dominant species in inland eutrophic lakes during algae blooms, and measures of cyanobacteria abundance can be used for monitoring and early detection of algal blooms by remote sensing. During May 2013 and August 2016, a total 137 water samples were collected from Lake Taihu and Lake Chaohu. Remote-sensing reflectance was measured, surface water was collected in the field, and chlorophyll-a concentration, phycocyanin concentration, suspended-matter concentration and phytoplankton pigment absorption parameters were measured in the laboratory. The composition and density of planktonic algae were also detected by microscope examination. The remote-sensing reflectance at 15 MERIS bands was simulated based on our measured spectral data, and a two-step method for detecting cyanobacteria abundance using the partial least squares model based on 5 MERIS bands was developed. The results showed that the estimation algorithm can predict cyanobacteria abundance in inland eutrophic lakes with satisfactory accuracy, with RMSE of 7.56 and MAPE of 13.44 %. This algorithm was successfully applied to the MERIS image acquired on August 12, 2010, and showed a reasonable spatial distribution of cyanobacteria abundance in Lake Taihu. It demonstrated that the developed estimation method was an effective way to monitor cyanobacteria abundance in water with a potential to be successfully applied to Sentinel-3 images.     

食物种类对萼花臂尾轮虫种群增长率的影响

在短期慢性观测过程中,食物类型可能是造成萼花臂尾轮虫(Brachionuscalyciflorus)种群繁殖率变化的一种原因。共观测了分别单独投喂10种不同绿藻对轮虫种群增长率的影响。为验证藻青菌是藻类饵料(如绿藻Scenedesmus)有价值的佐剂这一假说,还用蓝细菌单独投喂或与斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)混合投喂轮虫进行实验观测。结果发现食物种类对萼花臂尾轮虫种群增长率影响显著。斜生栅藻组获得最大种群增长(1.6/d),而Desmodesmus组增长率最低(0.3/d)。以占斜生栅藻组最大增长的百分率来表示,其它几种绿藻组种群增长由高到低依次为:Desmodesmussubspicatus88%,小球藻(Chlorellavulgaris)83%,单壳缝藻(Monoraphidiumminutum)77%,D.quadricauda74%,S.falcatus71%,S.acuminatus69%,S.pectinatus64%,莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)57%,D.abundans19%。轮虫增长率的差异不能用藻类饵料的大小差异来解释。蓝细菌(Microcystisaeruginosa)和(Synechococcuselongates)不论是单独投喂还是与优良藻类饵料(斜生栅藻)混合投喂都对萼花臂尾轮虫种群增长有抑制作用。这种副作用似乎与微囊藻素无关。该结果不支持无毒蓝细菌可作为与其他绿藻饵料配合使用的优良佐剂这一假说。本研究所观察到的生长变化显示了饵料种类对萼花臂尾轮虫种群增长的影响,也预示了对毒性实验结果的影响     

应用RT-qPCR技术定量检测湖泊水体中蓝藻方法的比较

利用RT-qPCR技术建立了对湖泊水体中的微囊藻和蓝藻的SYBR Green Ⅰ荧光定量PCR检测方法,在所建立的方法中,对以微囊藻藻蓝蛋白基因、蓝藻16S rRNA基因、微囊藻16S rRNA基因分别作为RT-qPCR检测的目的基因所得结果进行了比较,并对实验室培养的微囊藻和太湖的环境样品进行了检测。结果表明,用藻蓝蛋白基因作为检测目的基因,以M.aeruginosa PCC 7806基因组DNA作为标准品的测定方法与显微镜计数的结果有较好的相关性和一致性,并具有简便、快速、特异性高的特点,可以满足检测的要求。