淡水超微型浮游植物多样性及其研究方法

超微藻广泛分布于海洋和淡水生态系统中,在水生生态系统尤其是微食物环中起着重要作用。自20世纪70年代被发现以来,有关超微藻的研究大多集中在海洋,直到近年来淡水超微藻才受到广泛关注。目前淡水生境中发现的超微藻主要包括真核超微藻和原核聚球藻,而在海洋生境中分布广泛的原绿球藻在淡水环境中则很少被发现。超微真核藻多样性极其复杂,几乎在所有的门类都有发现;而目前在中国湖泊中发现的聚球藻主要以富含藻蓝素的聚球藻为主。影响超微藻生长的因子主要包括营养盐、温度、光照及生物因子(如捕食)等,自然水体的超微藻可能同时受多个以上环境因子的共同影响。由于超微藻细胞微小,形态特征不明显,而且大部分物种不能被分离纯培养,因此传统研究方法受到限制,直至近些年来,荧光显微技术、流式细胞术及分子生物学技术的发展,才使我们有机会对超微藻多样性和生态学有了进一步的认识。本文对淡水超微藻多样性的研究进展进行了综述,介绍了淡水超微藻的主要类群及其环境影响因子,重点阐述了当前超微藻的研究方法。     

越冬和复苏时期太湖水体蓝藻群落结构的时空变化

为研究太湖蓝藻在越冬与复苏时期群落结构的时空变化规律,于2008年11月,2009年2月,2009年4月,在太湖富营养化较严重的湖区选取8个采样点 (梅梁湾、竺山湾、贡湖湾、大浦、西太湖、南太湖、湖心和湖湾交汇处),分3层采水样,过滤并提取样品DNA经PCR扩增蓝藻16S rDNA序列,采用T-RFLP(末端标记的限制性酶切片段长度多样性)技术分析蓝藻群落结构和多样性变化。共得到87个不同的T-RFs(末端限制性酶切片段),表明太湖蓝藻具有丰富的基因多样性。T-RF相对丰度和聚类分析结果表明,太湖蓝藻群落结构在垂直空间上相似性较高,相似度 > 50%;在水平空间,与Microcystis spp.对应的信号峰在8个采样点均为最强峰(相对丰度为17.7% 47.5%)。竺山湾蓝藻多样性最低,西太湖最高,但其余采样点间蓝藻群落和Shannon多样性指数没有显著差异(P>0.05)。Microcystis相对丰度与Shannon多样性指数呈显著负相关(皮尔逊相关系数为-0.958)。在时间尺度上,相似性分析(Analysis of similarity,ANOSIM)结果显示太湖蓝藻群落结构存在极显著差异( P<0.01) 。春季复苏时蓝藻多样性最高,秋季衰亡时最低。聚类分析表明样品聚成两大特征类群,秋季衰亡时样品独自聚为1支,而春季复苏期和冬季越冬期样品彼此混杂。     

二氧化硫对地衣中共生藻菌营养关系影响研究

为探讨地衣对大气污染特别敏感的原因 ,分离淡腹黄梅衣 (Xanthoparmelliamexicana)的共生藻和共生真菌 ,并重新合成地衣 .研究了地衣及纯化培养的藻和菌在SO2 污染短期胁迫下的生理反应 .结果表明 ,叶绿素a比叶绿素b易受伤害 ;叶绿素对 0 .5mg·L-1的熏气最敏感 ,水溶液暴露时叶绿素PQa值的下降与SO2 的吸收量有相关性 .地衣中酸性磷酸酶活性主要由共生藻所决定 .丙二醇含量在共生藻和菌以及地衣样品中无显著差异 ;还原型谷胱甘肽GSH含量在共生菌中明显高于共生藻 ,并与SO2 胁迫强度密切相关 .可以作为地衣过氧化状态和受损的生物标志物 .共生真菌承担了地衣主要的抗氧化任务 ,由于物质与能量的消耗 ,共生藻比共生菌更容易受到伤害 .     

蓝藻球形体的分离,培养及再生

在高渗溶液中,用0.05%溶菌酶和2—5mmol·1~(-1)EDTA 处理蓝藻柱孢鱼腥藻、多变鱼腥藻和组囊藻细胞。5—8h 后,70—90%的细胞转为对渗透压敏感的球形体(Spheroplast),又称原生质球。研究了藻的不同培养条件对球形体形成率的影响。测定了 EDTA 处理藻纽胞后外膜脂多糖的释放量。在高渗溶液中,藻细胞和经酶处理获得的球形体的光合放氧活性明显下降,固氮种类的固氮活性失去。饲养层法、固体混合法和含有0.5mg·1~(-1)BA 的液体悬滴培养的柱孢鱼腥藻的球形体,9天后出现再生藻落;在固体混合法培养中获得了组囊藻球形体的再生藻落。在第4天的悬滴培养物中,可以看到球形体发生第一次细胞分裂。再生藻细胞和酶处理物中残留细胞的抗溶菌酶特性有差异。     

太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化

采用荧光定量PCR技术分析太湖3个湖区(梅梁湾、贡湖湾和湖心)水体中有毒和无毒微囊藻基因型丰度及有毒微囊藻比例的季节变化(2010年4-9月),并与环境因子进行统计分析。结果表明,有毒微囊藻基因型丰度及所占比例存在季节和空间差异:从4-8月,有毒微囊藻基因型丰度及其比例呈逐渐增加趋势,到9月开始下降;梅梁湾水体中有毒微囊藻基因型丰度及其比例高于贡湖湾和湖心。梅梁湾、贡湖湾和湖心有毒微囊藻在微囊藻种群中的比例变化范围分别为(26.2±0.8)%-(64.3±2.2)%、(4.4±0.2)%-(22.1±1.8)%和(10.4±0.4)%-(20.6±1.5)%。相关分析结果表明,有毒微囊藻丰度、总微囊藻丰度和叶绿素a浓度呈极显著正相关(P<0.01),均与温度呈显著正相关(P<0.05);有毒微囊藻比例与磷浓度呈显著正相关(P<0.05),与温度呈极显著正相关(P<0.01)。研究结果表明,温度和磷浓度是决定太湖有毒微囊藻种群丰度及其比例的关键因子。     

蓝藻伪空胞的特性及浮力调节机制

伪空胞为蓝藻在水体中提供浮力,使其获得适宜的生长条件,最终导致蓝藻水华暴发,了解伪空胞的特征对控制蓝藻水华暴发有重要意义。文章简要回顾了蓝藻伪空胞自1865年被Klebahn发现到1965年被正式命名的研究历程,目前已发现150多种原核生物中含有伪空胞;伪空胞是两末端呈圆锥状的中空圆柱体,伪空胞半径与临界压强遵循方程:Pc=275(r/nm)-1.67MPa;伪空胞气体含量可根据不同原理,利用Walsby伪空胞测定装置、压力浊度计和细胞流式仪测得。总结了伪空胞组成的化学特性,评述了伪空胞gvp基因丛结构功能和GvpA、GvpC的蛋白空间结构。GvpA是伪空胞合成的主要成分,gvpA在伪空胞内存在多个拷贝,其功能仍不清楚;GvpC由33个氨基酸重复单位组成,重复单位越多,伪空胞越不易破裂;概述了伪空胞3种浮力调节机制:镇重物的改变、伪空胞的合成、伪空胞的破裂;归纳了环境因子(光照、温度、氮、磷、钾)参与伪空胞浮力网络调控的途径。提出了目前伪空胞研究面临的困难和问题,对伪空胞的未来研究方向提出探索性的建议。     

太湖梅梁湾水华蓝藻复苏过程的研究

采用在底泥表面设置藻类细胞捕捉器的方法,测定其中的色素含量变化,并与水柱和底泥中的色素含量变化相比较.结果表明,藻类复苏与底泥环境中的温度、光照、溶解氧、氧化还原电位均有密切关系,叶绿素a、b和藻蓝素所表征的总藻类、绿藻以及蓝藻的上浮率分别为59.84%、76.83%和466.98%,3种藻的上浮量分别占相应浮游藻类最大生物量的7.18%、3.71%和9.33%.蓝藻复苏对太湖水华的形成具有很重要的意义.     

全球CO2 水平升高对浮游植物生理和生态影响的研究进展

工业革命以来由于化石燃料的大量燃烧,大气CO₂水平不断增加,预计在21世纪末将增至现有水平的两倍,达到750 μL/L。作为全球初级生产力的重要贡献者,浮游植物应对CO₂水平升高的生理生态响应必然会对水生生态系统和碳、氮等元素的生物地球化学循环产生重要影响。全球CO₂水平的升高将显著改变水体的碳化学环境,淡水生态系统(湖泊和河流)由于容量小变化比海洋更为显著。水体碳化学环境的改变首先会影响浮游植物个体,在高CO₂水平下,浮游植物的细胞会有变小的趋势,并且细胞的光合作用强度也会有不同程度的增加,其中细胞较小或者不具有碳浓缩机制(CCM)的浮游植物增加较多,此外浮游植物细胞的化学元素计量值也将显著改变。随后浮游植物个体水平上的变化会进一步影响水生生态系统,例如水体初级生产力水平的提高,浮游植物、浮游动物群落结构组成以及水体微食物网结构的变化等。此外浮游植物对CO₂水平升高的生理生态响应程度还与水体的营养水平有关。总结了大气CO₂水平升高对浮游植物生理生态影响的研究方法,展望了未来可能的研究方向。     

蓝藻水华预报模型及基于遗传算法的参数优化

蓝藻水华预报是应对水危机,保障水资源供给的一项重要工作。以太湖北部三湾(竺山湖、梅梁湾、贡湖)为研究对象,采用动态空间环境建模技术,构建了蓝藻水华预报模型,并通过实地观测建立了模拟的初始参数集。利用2008年04-09月太湖水环境、气象等实测数据,采用遗传算法优化叶绿素a浓度预报模型中敏感度较高的4个参数。研究结果表明,该模型在蓝藻水华空间分布的预报上达到了一定的精度;采用遗传算法能全面、高效地进行参数优化,降低了模拟结果的相对残差,提高了模型预报精度。