太湖浮游細菌分子生態(tài)學(xué)及溶藻細菌的研究.pdf

1、太湖是中國第二大淡水湖，位于中國的東部，是一個典型的淺層淡水湖泊。近些年來，由于周邊地區(qū)的工農(nóng)業(yè)污染加重，太湖水體出現(xiàn)了非常嚴重的生態(tài)問題和環(huán)境問題。為了對太湖水體進行修復(fù)，收集水體中微生物群落的基本信息就顯得十分重要。由于水生生態(tài)系統(tǒng)中的微生物群落多樣性和群落結(jié)構(gòu)是生物地球化學(xué)循環(huán)的重要影響因素，所以對它們的變化規(guī)律進行評價就具有很大的意義。另外，為了找到新的生物學(xué)方法和技術(shù)來控制太湖每年夏季的藍藻水華爆發(fā)，對太湖水體中的溶藻細菌進行

2、深入研究也具有很高的潛在應(yīng)用價值。
　　為了深入探討大型富營養(yǎng)淡水湖泊（太湖）水體中的浮游細菌群落多樣性隨時間空間的變化規(guī)律，我們使用了PCR-DGGE的方法來研究太湖水樣。這些太湖水樣取自三個不同的取樣點（無錫、湖州和七都水域）和不同的月份，取樣點的水體營養(yǎng)化程度從富營養(yǎng)到重度富營養(yǎng)逐漸變化。聚類分析和多維尺度分析表明浮游細菌群落多樣性在時間維度上的變化主要受到藍藻水華爆發(fā)的影響，兩者之間有著緊密的聯(lián)系。所有水樣中的浮游細菌群落

3、結(jié)構(gòu)都可以被劃分為冬季期、淺度水華爆發(fā)期和重度水華爆發(fā)期三大類。與此同時我們還發(fā)現(xiàn)三個取樣點的水體中細菌群落多樣性不僅存在時間上的變化，還存在空間維度上的差異，這種差異與三處取樣點的富營養(yǎng)化程度密切相關(guān)。無錫、湖州和七都三處水體的富營養(yǎng)化程度呈現(xiàn)由超富營養(yǎng)到富營養(yǎng)的漸變規(guī)律，而這三處水體中的浮游細菌群落結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出了明顯的漸變規(guī)律：無錫和七都兩處水體中的細菌群落結(jié)構(gòu)差異很大，而湖州水域的富營養(yǎng)化程度處于兩者之間，與兩者都有一定相似度。另

4、外，某些特殊的DGGE條帶也體現(xiàn)出了這種時間和空間上的變化。通過使用典型相關(guān)性分析進一步研究，我們發(fā)現(xiàn)太湖水體中的浮游細菌群落多樣性主要受到溫度、pH、總氮、總磷以及溶解氧濃度等因素的影響，其中總氮和總磷只在富營養(yǎng)化程度最高的無錫水樣中表現(xiàn)出了對細菌群落的重要影響，而在另外兩個富營養(yǎng)化程度相對較低的取樣點樣品中沒有表現(xiàn)出這個規(guī)律。
　　前面的研究結(jié)果表明太湖浮游細菌群落和藍藻水華爆發(fā)之間有著非常明顯的相互影響關(guān)系，那么在太湖的浮游

5、細菌群落中是否存在能夠抑制藍藻生長甚至殺滅藍藻水華的細菌呢？為了對太湖溶藻細菌進行深入的研究并尋找利用溶藻細菌來控制藍藻水華的生物學(xué)方法，我們摸索并且完善了一整套從富營養(yǎng)化水體中對溶藻細菌進行篩選、鑒定、溶藻特性研究、溶藻模式研究及分離、純化、鑒定溶藻活性物質(zhì)的方法。應(yīng)用該方法，我們從太湖水體中篩選出了包括菌株A27在內(nèi)的十株溶藻細菌，這十株溶藻細菌菌株分屬古細菌、微小桿菌屬、氣單胞菌屬和芽孢桿菌屬，并且均對銅綠微囊藻PCC7806具有

6、很強的溶藻效果，而銅綠微囊藻是太湖藍藻水華爆發(fā)的優(yōu)勢藻類。通過16s rRNA基因序列分析，菌株A27屬于厚壁菌門中的微小桿菌屬，它對銅綠微囊藻、聚球藻、綠色微囊藻、色球藻、浮游顫藻、念珠藻、水華束絲藻、顫藻等多株藍藻都表現(xiàn)出了很好的溶藻效果，但對兩株真核藻株效果不明顯，說明菌株A27的溶藻能力具有選擇性，其對藍藻的溶藻效果顯著，在太湖藍藻水華爆發(fā)的治理中是很有潛力的溶藻細菌菌株。研究表明微小桿菌 A27的溶藻能力與細菌密度密切相關(guān)，其

7、起效的細菌密度閾值約為4×108 CFU/mL。同時，微小桿菌 A27的溶藻效果受測試藻株所處的不同生長階段影響較大（對數(shù)期≈延滯期>平臺期），而較少受到細菌本身所處的生長階段的影響。
　　對微小桿菌A27的溶藻作用產(chǎn)生模式的研究表明其溶藻作用是通過分泌胞外活性溶藻物質(zhì)來實現(xiàn)的。我們發(fā)現(xiàn)該菌株的發(fā)酵液中至少含有三種具有溶藻效果的物質(zhì)。在后續(xù)的研究中我們通過有機溶劑抽提、硅膠吸附柱層析和HPLC等方法成功分離純化出了其中的兩種，質(zhì)譜

8、、核磁共振和紅外光譜等檢測結(jié)果表明這兩種溶藻物質(zhì)分別是一種分子量為1188.5Da的化合物和胸腺嘧啶。進一步的研究結(jié)果顯示胸腺嘧啶在濃度達到100mg/L時對銅綠微囊藻PCC7806具有明顯溶藻效果，同時，胸腺嘧啶也表現(xiàn)出了對另外兩株分離自太湖的銅綠微囊藻9110和聚球藻BN60的明顯溶藻效果（太湖藍藻水華以微囊藻和聚球藻為主）。雖然胸腺嘧啶在菌株 A27的溶藻作用過程中未必扮演了很重要的角色，可能只起到了部分作用甚至沒有發(fā)揮作用，并且

9、對銅綠微囊藻的溶藻效果需要在較高濃度下才能出現(xiàn)，但這個發(fā)現(xiàn)還是為細菌在藍藻水華的快速消退過程中扮演的重要作用提出了一種新的思路和解釋：在太湖藍藻水華爆發(fā)的后期，在藻類密度非常高的局部水體中，由于藻類和其他生物的死亡向環(huán)境中釋放了大量的胸腺嘧啶，導(dǎo)致這些局部水體中胸腺嘧啶的濃度超過了100mg/L的溶藻作用閾值，從而起到了溶藻的作用并導(dǎo)致藍藻加速死亡。這又進一步提高了水體中的胸腺嘧啶的濃度，從而形成了一個惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致了藍藻水華的快速