湖泊底泥中微囊藻DNA的分子检测

通过改进裂解温度和延长裂解时间并增加苯酚/氯仿洗脱次数的DNA提取方法获得南京玄武湖底泥中的DNA,通过PCR法来扩增微囊藻的16SrRNA基因.结果表明在所有采样点中均得到微囊藻基因组DNA,并且纯度较高,OD260/OD280均高于1.54,最高值达到1.89.PCR的扩增结果显示所有样点的DNA都得到212 bp大小的微囊藻16SrRNA基因片断,表明这种方法可以有效的从底泥中提取微囊藻的DNA,从而为研究底泥微囊藻生理生态及其越冬、上浮、形成水华的机理提供更有利的方法.     

水华衰亡过程中微囊藻群体胶鞘结构及其元素组成的变化

维系微囊藻群体结构的胶鞘是微囊藻水华维持优势的重要原因之一.为了探讨微囊藻水华的衰亡机理,在太湖梅梁湾水华衰亡过程中(10月至次年1月),对微囊藻群体大小的组成做了统计,同时对单位藻细胞的胶鞘多糖产量变化进行了检测,并对微囊藻群体胶鞘的变化进行了能谱扫描电镜观察和元素组成分析.结果表明,随着水华的衰亡,100~180μm的微囊藻小群体的比例表现出增多的趋势,而大于180μm的大群体逐渐减少,单位藻细胞的多糖含量呈现下降的趋势.扫描电镜结果显示了微囊藻群体的胶鞘从完整到逐渐裂解的变化过程,群体表面的能谱化学元素分析显示,钠和磷元素的百分含量呈下降的趋势,铝和硫元素的百分含量趋于稳定,而钙和硅元素的百分含量呈上升的趋势.以上结果说明了微囊藻群体中单位细胞的多糖产量减少,群体胶鞘裂解,元素组成发生变化,伴随着微囊藻群体的解聚,出现水华的衰亡.     

河蟹养殖池塘微囊藻水华毒性及其光合作用活性特征

苏州市吴中区一河蟹养殖池塘在2013年7月和8月发生了严重的微囊藻水华.采用单一和双重PCR扩增微囊藻毒素合成酶基因,用以检测微囊藻水华是否产毒,结果显示为阳性.同时,采用高效液相色谱测定微囊藻水华的毒性大小.结果表明:7月和8月微囊藻水华的胞内微囊藻毒素浓度分别为1.49和0.88μg/L,胞外微囊藻毒素的浓度分别为0.75和1.09μg/L.另外,采用浮游植物荧光仪Phyto-PAM测定河蟹养殖水体形成水华的微囊藻的光合作用活性.结果显示:7月和8月水华微囊藻的最大光量子产量Fv/Fm分别为0.48和0.44,实际光量子产量ΦPSII分别为0.38和0.32,表明形成水华的微囊藻有较高的生长潜力.非光化学荧光淬灭值NPQ分别为0.28和0.36.从快速光响应曲线RLC的特征参数来看,7月水华微囊藻的光合作用活性和光能利用效率高于8月.本研究结果表明,河蟹养殖池塘水体受到微囊藻水华和微囊藻毒素的污染,进而可能对河蟹食品安全构成潜在威胁.     

氮、磷浓度对太湖水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体生长的影响

大量微囊藻群体的形成和聚集是微囊藻水华形成的重要条件.氮、磷浓度是影响微囊藻群体生长的重要因素之一.为了探讨氮、磷浓度对微囊藻群体生长的影响,本研究以太湖微囊藻水华优势种之一的水华微囊藻作为研究对象,开展了不同氮、磷浓度对水华微囊藻群体生长的影响研究.以近几年太湖微囊藻水华暴发最严重的梅梁湾氮磷比的平均值作参考,氮、磷浓度设置为5个水平组,依次是T1(TN=0.1 mg/L,TP=0.005 mg/L)、T2(TN=1 mg/L,TP=0.05 mg/L)、T3(TN=10 mg/L,TP=0.5 mg/L)、T4(TN=100 mg/L,TP=5 mg/L)和T5(TN=250 mg/L,TP=5.44 mg/L)(BG-11培养基中氮、磷的浓度).结果显示,T1、T2、T3和T4 4组微囊藻群体均增大,且都发现有大于100个细胞的群体形成,群体大小分别为151、217、437和160 cells,而T5组微囊藻群体实验初期增大,实验后期变小,T5整个实验期间未发现有大于100个细胞的群体形成.研究结果表明相对低的氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,而过高的氮、磷浓度则会抑制微囊藻群体生长.本研究结果也表明目前太湖氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,从而有利于微囊藻水华形成.     

风生紊流导致微囊藻群体破碎和形态变化

微囊藻群体大小和形态决定其垂向迁移能力,从而影响着水华的形成.为了探讨湖泊中风生紊流对微囊藻群体大小和形态的影响,本研究于2012年8月26日至9月7日在太湖梅梁湾的围隔内进行了12 d的昼夜不间断的高频采样（采样间隔每2小时一次）.研究期间,水面微囊藻密度呈现4次周期性消涨,藻密度变化范围为4×10⁴~2671×10⁴ cells/mL.而整个水柱中的藻密度变化范围仅为3×10⁴~18×10⁴ cells/mL.皮尔逊相关性分析表明微囊藻的原位生长速率与表面藻密度呈负相关而与风速呈正相关.强风速使微囊藻在水柱中均匀分散,增强了透光性,促进了微囊藻的生长.微囊藻群体粒径随着风速的增大逐渐减小,反之亦然.其中值粒径（D₅₀）变化范围为66.2~768.0 μm.在此期间微囊藻群体形态主要以鱼害微囊藻、不规则的惠氏微囊藻、球状的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态为主,其占比也呈现出波动状态.皮尔逊相关分析结果显示微囊藻群体大小与风速呈负相关,说明湖泊中风生紊流会影响微囊藻群体大小.当紊流强度为2.33×10^-5 m²/s³时,微囊藻群体会发生破碎现象,该紊流强度相当于5 m/s的风在30 m深的水库或湖泊中所产生的紊流强度.微囊藻群体被风生紊流破碎后最大粒径与该风速下紊流的最小涡旋尺度相近,表明紊流的最小涡旋尺度决定了微囊藻所能形成群体的最终大小.监测期间,整水柱中不同群体形态的微囊藻占比发生了明显变化,在监测初期以鱼害微囊藻群体形态为主,随后不规则的惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态的比例不断增加,最后鱼害微囊藻群体形态又占据主导地位.球状的惠氏微囊藻群体形态在整个监测期中的比例随时间的增加而逐渐降低.不同群体形态微囊藻之间比例的大幅变化无法用微囊藻生长演替来解释.而皮尔逊相关分析结果显示鱼害微囊藻与惠氏微囊藻（不规则的和球状的惠氏微囊藻之和）群体形态之间存在负相关,且惠氏微囊藻与铜绿微囊藻群体形态呈负相关.但在今后研究中需进一步关注在微囊藻群体形态的动态变化过程中细胞大小、胶被、产毒特性和基因序列等特征,从而验证不同种微囊藻群体是否存在形态转换这一猜想.总而言之,普通强度的风生紊流能够破碎微囊藻群体,而气候变化导致的内陆湖泊周边风速下降会促使微囊藻形成更大的群体,从而有利于水华的形成.     

滇池铜绿微囊藻(M.aeruginosa Ktz)的分离培养与总DNA提取的改进

利用稀释法结合平板分离培养法将采自滇池水华中的铜绿微囊藻进行了成功的分离纯化 .对比纯化培养前后 ,发现纯化后该藻的生长速度明显加快 ,密度大为提高 ,约为纯化前的 5倍 .用乙醇乙醚混合液对该藻作预处理后 ,破坏了其胶质被 ,再经常规方法提取总DNA ,其得率提高 3- 4倍 .     

不同超声强度下微囊藻群体沉降及其上浮过程对光照和温度的响应

以太湖微囊藻群体为研究对象,研究低频超声作用下,4种超声强度和不同处理时间对微囊藻群体的抑制效应,试图得出最优超声参数,同时探讨超声处理后的微囊藻群体对光照和温度的响应.结果表明,当超声强度为0.0353 W/cm~3、处理时间为60 s时,藻细胞沉降量高达80%,且此时藻细胞浓度和叶绿素a浓度均保持不变,表明超声未破碎藻细胞,细胞内含物不会泄漏污染水质,因此作为最优超声参数.随后,对超声处理后的微囊藻群体在不同光照和温度条件下进行恢复培养,结果表明光照和温度均能影响微囊藻群体的浮力恢复,但光照的影响更明显,当光照度为2000 lx时,藻细胞在培养120 h后漂浮率恢复至对照组水平.超声后的藻细胞在较低温度(≤20℃)下漂浮率无显著变化,而在较高温度(25℃)下,培养72 h后漂浮率迅速升高,至120 h能恢复至对照组水平的80%左右.因此,野外超声控藻应选择低光强、低温的时段,采用间歇式多次处理,抑制微囊藻群体上浮,使其彻底沉降.     

角突网纹溞在太湖微囊藻群体形成中的作用

将太湖微囊藻水华中3种优势微囊藻包括水华微囊藻1028、惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905培养在改良后的BG-11培养基(TN=10mg/L,TP=0.4mg/L)中,然后加入角突网纹搔,以研究3种优势微囊藻对浮游动物摄食压力的形态反应.整个实验共进行了12d.除了水华微囊藻1028以外,在惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905中没有观察到有大群体(大于10个细胞)的出现.在水华微囊藻中,处理组大群体细胞所占总细胞的比例与对照组显著不同,其中对照组占22%,而试验组占53%.水华微囊藻对照组和处理组中单细胞、2细胞、小群体(3-10个细胞)和大群体(大于10个细胞)细胞密度存在显著的不同.实验第6-12d,水华微囊藻对照组和试验组单位大群体细胞数量存在显著差异.研究结果表明,角突网纹潘的摄食压力不能促使惠氏微囊藻929、铜绿微囊藻469和铜绿微囊藻905形成大群体.角突网纹溞的摄食促使水华微囊藻形成更大的群体.     

光照强度对水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体大小增长的影响

大量微囊藻群体的形成和聚集是微囊藻水华形成的重要条件.光照强度是影响微囊藻生长的重要因素之一.为了了解光照强度对水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体大小增长的影响,以太湖微囊藻水华优势种之一的水华微囊藻作为研究对象,开展了不同光照强度对水华微囊藻群体大小增长的影响研究.共设置5个不同光强处理组,依次为G1:2000 lx;G2:4000 lx;G3:8000 lx;G4:16000 lx;G5:变化光照强度(模拟野外光强).实验期间,G1~G5组大于100细胞群体的平均大小分别为255、480、630、763和662 cells/群体.胞外多糖含量分析显示水华微囊藻形成的群体越大,胞外多糖含量越高.结果表明,低光照强度不利于太湖水华微囊藻群体大小的增长,而变化光照强度和高光照强度有利于水华微囊藻群体大小的增长.研究结果解释了太湖夏季野外变化光照强度和高光照强度有利于微囊藻水华形成的原因.     

营养盐对微囊藻细胞组分及多糖组成的影响

胞外多糖是微囊藻形成群体的物质基础,营养盐是否会通过影响微囊藻多糖的含量进而影响群体的形成还不清楚.在室内培养实验中,设置不同N、P浓度的培养液并测定对数期胞内的细胞组分以及3种形态的多糖含量,从而探讨N、P对细胞中多糖的影响规律.实验结果表明:RNA在细胞中的含量相对恒定(约2.0 pg/cell).N对单细胞的蛋白质和多糖都产生了显著影响:N浓度的升高显著促进蛋白质的合成,细胞中总糖的含量降低.P浓度的升高同样造成细胞中多糖总量减少,但其对蛋白质影响不大(在4.6 pg/cell左右波动).N浓度的增加还促进多糖向胞外分泌并溶解于培养基中.在高生长率下,由于细胞中RNA、蛋白质的合成速度加快,多糖的合成较慢导致胞外固着性多糖减少,这可能是室内培养难以得到群体的原因之一.     

太湖贡湖湾和梅梁湾微囊藻群落的时空分布及其驱动因子

于2010年7月至2011年6月期间,对太湖贡湖湾及梅梁湾微囊藻的种类组成及其群落的时空分布差异进行调查,并探讨影响微囊藻群落时空分布的环境因子.结果表明,7-11月太湖贡湖湾和梅梁湾都表现为鱼害微囊藻(Microcystis ichthyoblabe)、惠氏微囊藻(M.wesenbergii)及铜绿微囊藻(M.aeruginosa)顺次成为优势种的演替过程,其余时间段内以鱼害微囊藻及其它微囊藻为主.通过CCA分析环境因子与微囊藻属内各种类之间的关系,发现温度是驱动其季节演替的主要因素.两个湖湾之间及同一个湖湾内中心与岸边区域的微囊藻种属分布差异不明显.但是受到风的作用,两个湖湾中下风向位置的微囊藻细胞丰度较高.惠氏微囊藻和铜绿微囊藻更易受到风的影响而向下风向位置迁移,这是因为惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体粒径相对较大,易于漂浮在表层而通过表层迁移聚集于下风向处.可见风引起的表层迁移是影响微囊藻群落空间分布的重要因素.     

群体大小对微囊藻细胞昼夜垂向迁移的影响

针对群体形态对微囊藻昼夜间上浮下沉规律的影响问题,利用柱状培养装置对室内培养的单细胞、群体细胞以及在太湖采集的群体细胞进行了昼夜间分层观测实验,探讨了细胞形态对微囊藻垂向迁移的影响.实验结果表明:单细胞表现出一定的昼夜迁移规律,但无论是室内培养群体细胞还是太湖采集的群体细胞,都未观察到显著的昼夜上浮下沉的变化规律.另一方面,太湖采集的群体细胞表现出显著的漂浮特点.由此认为,室内培养的细胞与实际湖泊细胞之间存在比重上的差异,群体的大小对于上浮有明显的影响.     

超声波处理对微囊藻群体光合活性和沉降过程的影响

关注微囊藻群体在超声处理下光合活性变化及超声解除后的浮力恢复情况,可以为超声波控藻技术提供理论依据和数据支撑,具有重要的实践意义.本研究采用处理后水柱中叶绿素a浓度的垂向分布比例和叶绿素荧光变化情况分析微囊藻群体在超声波处理下的光合活性变化和沉降过程.结果表明,适量的超声处理(35 kHz、0.0353 W/cm~3)能在避免破裂藻细胞的同时,显著抑制其光合活性;60 s的处理造成了45.5%的光合活性被抑制.然而,在适宜生长条件下,所有实验组藻细胞中受抑制的光合活性均在24 h内恢复至对照组的80%左右.此外,在上述超声条件下,5 s的超声处理能使水柱中叶绿素a浓度在短时间内(0.5 h)的去除率达79.5%.然而,当处理时间小于30 s时,大于90%的沉降藻细胞可在超声解除后的72 h内恢复浮力上浮;而当处理时间延长至60 s以后,藻细胞基本丧失了上浮能力.通过分析发现,超声处理后微囊藻群体的粒径分布对藻细胞沉降及上浮过程起决定性作用,并且还发现微囊藻群体在超声处理时首先表现为藻细胞失去浮力下沉和光合系统受损,进而发生大群体振散.     

微囊藻水华附生菌的代谢特征及对微囊藻生长的影响

为研究附生细菌对蓝藻水华细胞微环境的影响,从微囊藻水华中分离出34株藻附生细菌,研究其产酶能力.对氮代谢相关的酶活性测定结果显示:其中13株菌具有蛋白酶活性,5株菌具有较强的氨氮脱除能力,1株菌具有强烈的硝酸还原酶活性;4株菌具有较高的碱性磷酸酶活性;11株菌具有产脂酶的活性.通过菌和藻共同培养的方法,观察菌对微囊藻生长的影响,结果显示,有11株菌表现出较明显的促藻生长作用,占总筛选菌株总数的32%;有3株菌表现出较显著的抑制藻生长的作用,占总筛选菌株总数的9.9%.附生菌产酶能力与生长相关性的分析显示,促进微囊藻生长的附生菌都具有蛋白酶或脂酶活性.     

Seasonal dynamics of a cyanobacteria-dominated microbial community in surface sediments of a shallow,eutrophic lake

The seasonal variation of microbial biomass and activity in the surface sediments (0–10 cm) of the shallow, eutrophic Lake Vallentunasjön was followed during one year. OverwinteringMicrocystis colonies dominated the microbial community during all seasons, constituting 60–90% of the total microbial biomass. Expressed on an areal basis, the benthic biomass was, throughout the year, larger than or similar to the planktonic biomass during the peak of the summer bloom, indicating an ability of the colonies to survive in the sediments for extended periods. Abundance of other, non-photosynthetic bacteria varied in the range 3.0–15.5 · 10¹⁰ cells g^–1 d. w. over the year with minimum values in summer and maximum values in autumn in connection with the sedimentation of theMicrocystis bloom. A substantial part of the non-photosynthetic bacteria, up to circa 40%, was associated with the mucilage of healthyMicrocystis colonies. Bacterial production (³H-thymidine incorporation) appeared to be strongly temperature dependent and less influenced by the seasonal sedimentation pattern. Our data indicate an increasing proportion of non-growing cells in autumn and winter. Biomass-bound phosphorus constituted a significant portion, circa 10%, of the phosphorus content in Lake Vallentunasjön sediments. This pool has normally been overlooked in studies on phosphorus dynamics in lake sediments. Different mechanisms whereby organic phosphorus can be released from the sediments are discussed.     

群体微囊藻附生细菌特性

附生细菌在微囊藻水华暴发过程中可能发挥了重要作用,但是,缺少关于微囊藻附生细菌特性的研究报道.本文从4种群体微囊藻(铜绿微囊藻、惠氏微囊藻、水华微囊藻和坚实微囊藻)中分离得到了18种附生细菌,分别隶属于六大类群:α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲、纤维粘网菌纲和黄杆菌纲.BIOLOG板分析显示除了α-变形菌纲中的2种细菌以及放线菌纲中的1种细菌以外,其余细菌都能够利用10种以上的碳源.18种附生细菌中有12种具有趋化性,12种具有疏水性,14种具有自聚能力.除了黄杆菌纲菌株都具有亲水性外,其余5大类群菌株都含有疏水性种类.六大类群中都含有具有趋化性和自聚能力的种类.每种微囊藻中的大多数附生细菌种类都能利用10种以上的碳源,都具有疏水性.每种微囊藻中至少有一组细菌表现出共聚能力.除了水华微囊藻外,其余3种微囊藻中附生细菌的大多数种类都具有趋化性.除了惠氏微囊藻外,其余3种微囊藻的附生细菌中大多数种类都具有自聚能力.结果显示细菌旺盛的代谢潜力、趋化性、疏水性、自聚能力和共聚能力可能有利于附生细菌定殖于微囊藻群体.     

微囊藻毒素生物学功能研究进展

我国淡水水体蓝藻水华的频繁发生已成为我国目前和今后长时期内面临的重大水环境问题.微囊藻(Microcystis)因其产生对人类健康具有危害的微囊藻毒素而尤其受到重视.研究者对构成蓝藻水华的主要种类、微囊藻毒素的毒性、毒理等方面的认识逐渐明晰,但对微囊藻毒素生物学功能的了解还相对较少.本文对微囊藻毒素的产生,尤其是近年来随着技术的发展在微囊藻毒素生物学功能方面的研究开展讨论:总结了微囊藻毒素可能作为化感物质、参与光合作用、在微囊藻的越冬或复苏中可能发挥的作用以及可能参与微囊藻群体形成及维持等4个方面的生物学功能;分析了微囊藻毒素作为信号分子的研究现状;探讨了全球气候变化及实验室模拟条件下微囊藻毒素产毒与无毒株的竞争,并对微囊藻毒素未来的研究热点及组学技术可能在其研究中的应用进行了展望.