太湖浮游細(xì)菌分子生態(tài)學(xué)及溶藻細(xì)菌的研究.pdf

1、太湖是中國(guó)第二大淡水湖，位于中國(guó)的東部，是一個(gè)典型的淺層淡水湖泊。近些年來(lái)，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(yán)重的生態(tài)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。為了對(duì)太湖水體進(jìn)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(duì)它們的變化規(guī)律進(jìn)行評(píng)價(jià)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(lái)控制太湖每年夏季的藍(lán)藻水華爆發(fā)，對(duì)太湖水體中的溶藻細(xì)菌進(jìn)行

2、深入研究也具有很高的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　為了深入探討大型富營(yíng)養(yǎng)淡水湖泊（太湖）水體中的浮游細(xì)菌群落多樣性隨時(shí)間空間的變化規(guī)律，我們使用了PCR-DGGE的方法來(lái)研究太湖水樣。這些太湖水樣取自三個(gè)不同的取樣點(diǎn)（無(wú)錫、湖州和七都水域）和不同的月份，取樣點(diǎn)的水體營(yíng)養(yǎng)化程度從富營(yíng)養(yǎng)到重度富營(yíng)養(yǎng)逐漸變化。聚類(lèi)分析和多維尺度分析表明浮游細(xì)菌群落多樣性在時(shí)間維度上的變化主要受到藍(lán)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(xì)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(lèi)。與此同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)三個(gè)取樣點(diǎn)的水體中細(xì)菌群落多樣性不僅存在時(shí)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(diǎn)的富營(yíng)養(yǎng)化程度密切相關(guān)。無(wú)錫、湖州和七都三處水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)由超富營(yíng)養(yǎng)到富營(yíng)養(yǎng)的漸變規(guī)律，而這三處水體中的浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出了明顯的漸變規(guī)律：無(wú)錫和七都兩處水體中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異很大，而湖州水域的富營(yíng)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(shí)間和空間上的變化。通過(guò)使用典型相關(guān)性分析進(jìn)一步研究，我們發(fā)現(xiàn)太湖水體中的浮游細(xì)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(yíng)養(yǎng)化程度最高的無(wú)錫水樣中表現(xiàn)出了對(duì)細(xì)菌群落的重要影響，而在另外兩個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)較低的取樣點(diǎn)樣品中沒(méi)有表現(xiàn)出這個(gè)規(guī)律。
　　前面的研究結(jié)果表明太湖浮游細(xì)菌群落和藍(lán)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(xì)菌群落中是否存在能夠抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)甚至殺滅藍(lán)藻水華的細(xì)菌呢？為了對(duì)太湖溶藻細(xì)菌進(jìn)行深入的研究并尋找利用溶藻細(xì)菌來(lái)控制藍(lán)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(yíng)養(yǎng)化水體中對(duì)溶藻細(xì)菌進(jìn)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(xì)菌，這十株溶藻細(xì)菌菌株分屬古細(xì)菌、微小桿菌屬、氣單胞菌屬和芽孢桿菌屬，并且均對(duì)銅綠微囊藻PCC7806具有

6、很強(qiáng)的溶藻效果，而銅綠微囊藻是太湖藍(lán)藻水華爆發(fā)的優(yōu)勢(shì)藻類(lèi)。通過(guò)16s rRNA基因序列分析，菌株A27屬于厚壁菌門(mén)中的微小桿菌屬，它對(duì)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(lán)藻都表現(xiàn)出了很好的溶藻效果，但對(duì)兩株真核藻株效果不明顯，說(shuō)明菌株A27的溶藻能力具有選擇性，其對(duì)藍(lán)藻的溶藻效果顯著，在太湖藍(lán)藻水華爆發(fā)的治理中是很有潛力的溶藻細(xì)菌菌株。研究表明微小桿菌 A27的溶藻能力與細(xì)菌密度密切相關(guān)，其

7、起效的細(xì)菌密度閾值約為4×108 CFU/mL。同時(shí)，微小桿菌 A27的溶藻效果受測(cè)試藻株所處的不同生長(zhǎng)階段影響較大（對(duì)數(shù)期≈延滯期>平臺(tái)期），而較少受到細(xì)菌本身所處的生長(zhǎng)階段的影響。
　　對(duì)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(guò)分泌胞外活性溶藻物質(zhì)來(lái)實(shí)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(guò)有機(jī)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(cè)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(jìn)一步的研究結(jié)果顯示胸腺嘧啶在濃度達(dá)到100mg/L時(shí)對(duì)銅綠微囊藻PCC7806具有明顯溶藻效果，同時(shí)，胸腺嘧啶也表現(xiàn)出了對(duì)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(lán)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(guò)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(méi)有發(fā)揮作用，并且

9、對(duì)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(gè)發(fā)現(xiàn)還是為細(xì)菌在藍(lán)藻水華的快速消退過(guò)程中扮演的重要作用提出了一種新的思路和解釋?zhuān)涸谔{(lán)藻水華爆發(fā)的后期，在藻類(lèi)密度非常高的局部水體中，由于藻類(lèi)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(guò)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(lán)藻加速死亡。這又進(jìn)一步提高了水體中的胸腺嘧啶的濃度，從而形成了一個(gè)惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致了藍(lán)藻水華的快速