书讯

《水华蓝藻生物学》一书由藻类学家胡鸿钧研究员编著,已于2011年4月下旬由科学出版社出版。这是国内第一部有关水华蓝藻的综合性参考书。该书共分为9章,较系统地论述了水华蓝藻的形态、细胞结构、分类、生态、毒素种类、毒性、毒理、分子生物学的研究概况以及蓝藻水华发生机理。共收录整理了国内外已报道的水华蓝藻26     

水华蓝藻对鱼类的营养毒理学效应

水体富营养化导致蓝藻水华的发生已成为全球关注的水环境问题,很多鱼类处于水生态系统食物链的最高级,蓝藻水华的主要次级代谢产物-微囊藻毒素可通过鱼类的摄食活动或生物富集作用在鱼体组织中累积,并通过食物链危及人类健康。近年来,微囊藻毒素对鱼类的毒性效应引起众多科学家的关注。在天然水体中不少鱼类可以主动摄食蓝藻,所以,水华蓝藻对鱼类来说既具有营养物作用、也具有潜在的毒性作用。鉴于目前机械收获的水华蓝藻生物量资源化利用问题以及水产饲料业亟需大力开发鱼粉替代蛋白源的需要,从营养学和毒理学这两个角度来研究水华蓝藻对鱼类的营养作用和毒性效应具有较高的理论和现实意义。主要概述了蓝藻粉、蓝藻细胞对鱼类的营养学和毒理学效应,以期拓展水华蓝藻对鱼类毒性效应的研究视野,同时也为水华蓝藻的资源化利用提供新的思路。     

蓝藻毒素的类型及其产毒基因

水体富营养化及蓝藻水华的频繁发生,严重破坏水域生态系统,有毒水华蓝藻产生的藻毒素,污染水体且危害水生动物和人类健康。本文综述了水华蓝藻的次级代谢产物藻毒素及藻毒素合成基因的国内外研究进展,介绍了蓝藻毒素的类型、不同毒素毒性机理、产毒基因以及利用产毒基因进行产毒蓝藻的分子生物学检测等,并对研究中存在的问题和未来的研究方向进行了展望,目的是为建立有毒水华蓝藻的预警机制、科学评价产毒蓝藻及其藻毒素的生态、环境危害及生态环境治理提供理论和技术支撑。     

滇池水华蓝藻中γ-亚麻酸的提取与含量分析

目的：在控制水华蓝藻的同时,有效利用滇池富营养化水体的水华蓝藻。方法：藻类资源。以从滇池中收集的水华蓝藻干粉为材料,对从水华蓝藻中γ-亚麻酸的含量进行了分析,对提取γ-亚麻酸的几个基本参数进行了研究。结果：直接用萃取溶剂浸泡藻粉,并用超声波破碎细胞,可以简化操作且增加γ-亚麻酸得率;石油醚是比较合适的萃取溶剂;进行皂化反应时所用皂化液为(KOH-CH3CH2OH-H2O)。最适反应温度为50～60℃,γ-亚麻酸酯在氮气保护下进行酸化可以防止游离出来的γ-亚麻酸被氧化。滇池水华蓝藻中γ-亚麻酸的含量达到0．8957％。     

大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考

湖泊富营养化依然是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境问题。研究蓝藻水华的形成机制 ,对于科学预测湖泊中蓝藻水华的产生 ,并采取相应措施减少其带来的影响具有重要的生态和环境意义。为探索富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理 ,综述了目前对我国大型浅水湖泊蓝藻水华成因研究现状和对水华形成机理的一般认识。分析了导致蓝藻水华形成的化学、物理和生物等主要环境因素 ,论述了蓝藻 ,尤其是微囊藻成为水华优势种的可能原因。认为对水华的形成需要全面认识 ,营养盐浓度的升高可能仅是蓝藻水华形成、且人们可以加以控制的因素之一 ;在探索水华成因时 ,不能仅仅局限于夏季蓝藻水华发生时环境特征的研究与观察 ,而应该提前关注蓝藻的越冬生理生态特征、春季复苏的生态诱导因子及其阈值以及在复苏后 ,蓝藻如何在生长过程中形成群体 ,并逐步成为湖泊水生生态系统中的优势种乃至形成水华的过程。并需要对蓝藻越冬的生存对策、蓝藻群体的形成的条件、蓝藻在春季复苏的触发条件及其生态阈值、以及蓝藻在与其它藻类种群竞争中取胜的生理生化特征有足够的认识。蓝藻水华的“暴发”是表观现象 ,其前提还是藻类一定的生物量 ,且是一个逐渐形成的过程。根据生态学的基本理论和野外对水华形成过程的原位观测     

加强蓝藻的研究

蓝藻属原核生物一大类,也有研究者把它列为蓝细菌（Cyanobacterium）,它与人类的关系非常密切,既有有益的一面,又有有害的一面。所谓害者,比如人们熟悉的造成湖泊水域“水华”的发生。它的疯长与繁衍,一是毒素蓝藻“水华”造成水域缺氧环境,使水产生物窒息而死;二是产毒素蓝藻,常见的有危害最重的微囊藻（Microcystisaeroginosa）;还有鱼腥藻（如Anabaenacireinalis及A．．flosaquae）、节球藻（Nodalaria）、鞘丝藻（Lyngbya）、水华束丝藻（Aphanizomenonflosaquae）、颤藻（Oscillatoria）等一些种类;三是水华藻体分解后产生大量恶臭有机物,污染环境。这一切会造成家畜、家禽、野生动物、鱼类等中毒致死,同时也给居民生活带来危害。为彻底解决有害水华蓝藻的问题,可以从以下几方面考虑：（1）首先要解决水环境富营养化即氮、磷等的污水流人问题。有关部门需采取综合防治措施,以防止污水流人,避免“水华”爆发。（2）就有害蓝藻本身而言,一是对产毒素蓝藻产毒产品和产毒机制作进一步研究,索取毒素产品以服务于民。     

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。     

湖泊蓝藻水华发生机理研究进展

蓝藻水华是富营养化湖泊常见的生态灾害,通过产生毒素、死亡分解时使水体缺氧和破坏正常的食物网威胁到饮用水安全、公众健康和景观,会造成严重的经济损失和社会问题,揭示其发生机理是进行防治的基础。综述了蓝藻水华发生机理的主要假说和证据,主要分为环境因子(营养盐、氮磷比、温度、微量元素、浮游动物牧食、水文和气象条件等)和生理生态特性(伪空泡、胶质鞘、CO2浓缩机制、适应低光强、贮藏营养物质、防晒、产毒素和固氮等)两个方面;评述了主要新理论,展望了今后的研究。到目前为止的研究表明寻找一两个关键因子并不能阐明蓝藻水华的发生机理。现存的理论或假说尽管已经在蓝藻水华的防治实践中产生重要作用,但仍然未能清楚地阐释其发生的客观规律。认为蓝藻水华是在各种环境因子(外因)的耦合驱动下,水华蓝藻由于其独特的生理生态特性(内因),产生巨大的生物量而在浮游植物群落中占绝对优势,在合适的水文气象条件下集聚于水表而形成。因此水华机理的研究应同时关注水华蓝藻的生理生态学规律和蓝藻水华发生的各种环境条件。不同环境因子协同影响水华蓝藻的不同生理生态特性的表达,从而影响水华的发生过程,将可能是以后研究的重点。蓝藻水华机理的研究在微观方面正趋向于应用分子生物学手段分析蓝藻生理过程,宏观方面则将广泛应用遥感遥测技术观测全湖蓝藻的变化规律。今后加强对水华蓝藻生理生态特性的基因表达与调控和环境多因子耦合作用于蓝藻水华过程的研究将有重要意义。蓝藻水华的机理研究包括现象、过程和原因3个层次的问题,通过大量的现象和过程的研究,不断揭示其发生过程中水华蓝藻的群落演替、种群发展、细胞活性和分子机理等变化规律,才能找到其发生的真正原因,为其防治提供理论依据和更好的治理措施。在蓝藻水华防治方面,控制营养盐和生态修复可能将是今后很长时间内最根本最有效和最具操作性的方法。     

湖泊水华疯长的启示和进行生物防治研发的途径

水华或水花（waterflower）是水域富营养化造成的恶果,也是水域遭受污染而造成的,给湖泊等水域带来灾难性严重后果,造成重大经济损失,给生活带来诸多不便。这是世界性治污的重大课题。江苏大湖水华（主要是蓝藻）的疯长是最典型的一例,引起国家的高度重视。多年来,有关研究单位花了很大工夫对水华进行治理,但只治标,未能治本,没有想到水华在大湖暴长如此之快!从长远计,如何有效治理水华的发生与发展呢？《生物工程学报》（21（4）：584,2005）作了一些报道,这里再补充几点供研究参考。应从两方面着手：一、多途径解决水域富营养化问题：减排与防治同时并重,也就是说。控制各类废弃物的排放,并控制水华的猛长,这是基础条件;与此同时还要变有害为无害,实现水华（蓝藻）资源化（蓝藻富含蛋白质,其含量相当于大豆的40％,还富含氨基酸、维生素）,可形成“再生产业”。     

三峡水库香溪河库湾夏季藻类水华的时空动态及其影响因素

2008年6-8月,三峡水库香溪河库湾相继暴发蓝藻和绿藻水华.依据香溪河库湾夏季的每周监测,对研究区2次水华分别进行聚类和判别分析,研究了2次水华的时空动态及其影响因素.结果表明：研究区2次水华过程均可划分为无水华组、过渡组和水华组;2次水华的暴发对可溶性硅(DSi)、硝态氮与亚硝态氮(NO₃--N+NO₂^--N)和磷酸盐(PO₄^3--P)3种营养盐的吸收程度不同;蓝藻水华暴发期间的DSi、总氮/总磷(TN/TP)、DSi/TN和DSi/TP值均低于绿藻水华;判别蓝藻水华暴发的参数为叶绿素a(Chl a)、TN和PO₄^3--P,而Chl a和DSi则是绿藻水华暴发的判别因子,将2次水华过程划分为水华组和无水华组的判别效果更好;判断蓝藻和绿藻水华暴发的叶绿素a临界浓度分别为40和20 μg·L^-1.     

有毒和无毒微囊藻对大型溞生长和繁殖的影响

近年来,随着工农业的快速发展和人们生活水平提高,一些城市生活污水和工农业废水流入江河、湖泊等淡水水体中,加剧了水体的富营养化和污染,导致蓝藻过度生长繁殖而形成水华,其中最常见的是微囊藻水华[1,2].     

汉江中下游春季浮游植物群落结构特征及其影响因素

针对汉江中下游春季硅藻水华频繁暴发的现状,研究了水华暴发不同时期浮游植物群落结构特征,并结合水体理化因子分析,揭示硅藻水华发生的主要影响因子。结果表明:汉江春季水华暴发期间,共鉴定出浮游植物7门48属64种(含变种),其中硅藻种类所占比例最大(18属23种),不同样点所占比例介于44.13%~51.29%,其次是绿藻类(16属22种),不同样点所占比例介于28.21%~35.14%,蓝藻门和隐藻门种类数在水华期间较少,各样点仅发现2~3种,金藻门和甲藻门种类最少;水华发生期间主要优势种为硅藻门的小环藻,水华暴发初期和中期往往形成单优种,而水华末期随着其优势度的降低,蓝藻门、隐藻门和硅藻门其他种类也会形成优势种;水华暴发期间浮游植物密度最高可达2.34×107cells·L-1,其中小环藻种群数量最高可达2.06×107cells·L-1,占浮游植物群落总数的88%;浮游植物多样性指数中,Margalef物种丰富度指数无显著时空差异,Shannon多样性在水华中期较低,而水华初期和末期相对较高,Berger-Parker指数变化与Simpson指数相反;浮游植物与理化因子的冗余分析(RDA)发现,浮游植物总数量与磷酸盐、溶解氧、总磷呈正相关,与硝酸盐、温度、透明度呈负相关。     

噬藻体研究进展

噬藻体（Cyanophage）是以蓝藻为寄主的浮游病毒类群,因其能特异性地感染蓝藻而具有重要的生态地位,是蓝藻＂水华＂潜在的控制因子。噬藻体的生物学、生态学特征是了解噬藻体的一扇窗,分子生物学研究仍将是主要的研究方向之一。同时,噬藻体研究手段也在不断更新。该文从这几个方面综述了噬藻体相关研究进展。     

太湖水华程度及其生态环境因子的时空分布特征

湖泊水华是全世界面临的严重生态环境问题之一,对人类和生态系统健康都有重大影响。由于湖泊水华受流域面源、点源污染、气候、水文因子以及湖泊生态系统自身特征等众多因素影响,水华是否爆发、其严重程度及时空分布特征呈现明显的复杂性。以我国太湖为研究区域,基于近年的水华及水环境的监测数据,用自组织特征映射神经网络对太湖不同监测点的水华程度进行了自动聚类分析。结果表明,太湖水华程度呈现为明显的无水华、轻度、中度和重度水华4类。不同程度水华的叶绿素a、水温、COD_(Mn)、营养盐、浮游植物生物量以及藻种(蓝藻、绿藻、硅藻)结构的时空差异显著,不同变量间的关系复杂,有助于深入认识太湖近年水华发生的时空变异特性。     

应对蓝藻之殇

随着地球平均气温年复一年的升高和人为污染,蓝藻——这个在35亿年前地球上就有的古老植物,开始在我国江苏省太湖流域、云南省滇池等一些主要水域暴发成灾。蓝藻的暴发一再影响这些流域的人民生活——美丽的滇池已是过去的记忆,无锡水荒仍然记忆犹新。2010春风渐强,蓝藻治理进展如何？我们何时能够忘却“水华”之殇？     

水华蓝藻产毒特性的PCR检测法

特异引物对（TOX 1P／1F;TOX 2P／2F）用于检测微囊灌毒素合成酶基因mcyB片段在38种水华蓝藻中的分布情况。结果显示,所有能产生微囊灌毒素的微囊藻都有特异扩增条带,非产毒株则没有,几种常规的毒性检测方法验证了PCR方法所获结果的准确性。本研究发展了以全细胞PCR法检测mcyB片断,说明全细胞PCR检测法适用于不同来源的蓝藻材料。结果证明以DNA为基因鉴别产毒和非产毒微囊藻及其他水华蓝藻的方法是可行的和实用的。     

蓝藻有机无机复混肥对几种作物的增效试验

研究了几种专用蓝藻有机无机复混肥,并对农作物进行了田间肥效试验。结果表明,施用蓝藻有机无机复混肥与普通N、P、K复合肥相比较,对烟草,西芹,韭菜,康乃馨等都有增产和改良土壤的效果。烟草试验表明,蓝藻复混肥的施用量以900kg/hm2效果最好,烟草产量、产值、上等烟比例分别比对照增加7.28%,5.04%,19.81%;西芹试验表明,施用蓝藻有机无机复混肥的各处理比对照高,其中以900kg/hm2和1200kg/hm2最高;其次是600kg/hm2;分别比对照高17.1%、16.3%和9.5%;而施用蓝藻有机无机复混肥900kg/hm2和1200kg/hm2,韭菜的株高、叶宽和产量比对照分别提高了12.21%和13.32%;康乃馨产花量则以施肥量为1200kg/hm2的最高,产花量为4865枝/100m2,比对照高11.6%。韭菜和土壤样品中未检测出藻毒素含量,表明使用蓝藻有机无机复混肥对植物和土壤是安全的。利用水华蓝藻生产有机无机复混肥,既解决了富营养化湖泊大量暴发的水华蓝藻的巨大生物量处置难题,又达到了改善环境、增加了经济和社会效益。       

治理水华的微生物技术

水华(water bloom),指的是一些水域因受污染而产生富营养化(eutrophication),导致某些藻类如蓝藻等疯长的现象,通常把这些水藻称之为水华。因它们大量繁殖,会与其他水生动物争夺氧气,会致使鱼类等因缺氧而窒息死亡,因而尤遭渔民深恶痛绝。此外,某些水华中的蓝藻还能分泌藻毒素,不仅毒害水生生物,甚至危害人类、牲畜。水体富营养化常含有硝酸盐、亚硝酸盐,经加氯消毒后会形成多种致癌物质,影响人体健康。     

不同无机碳转运基因型蓝藻对环境CO2变化的响应

为了探究不同无机碳(Ci)转运基因型蓝藻与湖泊水体pH变化的关系,文章优化了水体中不同无机碳转运基因型蓝藻相对丰度的检测方法,测定了太湖、滇池及武汉市18个湖泊中具有不同无机碳(Ci)转运基因型蓝藻的相对丰度,并结合水体pH进行分析。结果发现,在所有湖泊中均存在bicA株、sbtA株及bicA+sbtA株,其中sbtA株分布最为广泛;随着水体中pH升高, sbtA株优势度随之增加。为了进一步解析不同Ci转运基因型蓝藻对CO₂浓度变化的响应,研究了室内纯培养条件下bicA株、sbtA株及bicA+sbtA株分别在高浓度(1000 ppm)和低浓度(100 ppm)CO₂下的竞争。结果显示,在低Ci水平下sbtA株具有明显竞争优势,而在高Ci水平下bicA株占据了优势地位。上述研究表明随着CO₂浓度的上升,水华蓝藻中bicA株会具有竞争优势。大气CO₂浓度上升可能会显著影响水华蓝藻的群落组成。     

中国淡水水体常见束丝藻种类的形态及生理特性研究

束丝藻(Aphanizomenon Morr. ex Born. et Flah)是我国水华蓝藻的重要种类, 由其产生的束丝藻水华已经引起了许多的环境问题。水华束丝藻、柔细束丝藻和依沙束丝藻是我国淡水水体常见的三种束丝藻种类,然而, 国内外对它们的生理学研究却相对较少。基此, 文章对水华束丝藻、柔细束丝藻和依沙束丝藻的形态特性、色素含量、生长及光合作用进行了比较研究, 结果表明丝状体的营养细胞、异形胞和厚壁孢子的长宽比具有一定的差异性, 揭示了厚壁孢子的长宽比可作为三种束丝藻分类的一个参数; 同时, 种间的差异性也体现在三种束丝藻的生理特性上, 相比水华束丝藻和依沙束丝藻, 柔细束丝藻的藻蓝素含量较高, 而叶绿素a、类胡萝卜素含量、最大光合作用(Pm)、表观光合作用效率(α)和最大电子传递速率(ETRmax)显著偏低。此外, 水华束丝藻和依沙束丝藻生理特性基本一致, 表明了形态不同的三种束丝藻在生理上可被分为两种类型, 暗示了依沙束丝藻可能具有像水华束丝藻一样形成水华的生理潜能且由于它的产毒性所以应该倍加关注