米氏凯伦藻细胞表面膜蛋白质组及其对温度变化的响应研究

米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)近年在我国福建、浙江和广东沿海经常形成赤潮,其赤潮不仅影响到海洋生态系统的稳定,也严重威胁到水产养殖以及人类生命健康安全。本论文以米氏凯伦藻为研究对象,建立了米氏凯伦藻细胞表面膜蛋白质荧光标记技术和细胞膜蛋白质提取方法,运用荧光差异凝胶电泳技术(2-DDIGE)对膜蛋白质进行了分析,并研究了米氏凯伦藻的膜蛋白质组及其对环境温度变动的响应。实验共鉴定到44个细胞表面膜蛋白,其中有效注释27个,主要为转运蛋白、HSP70蛋白家族和捕光蛋白等。米氏凯伦藻在20°C条件下的细胞生长和光合作用要明显好于16°C和12°C,但16°C和12°C条件下的差别不大,表明低温限制了米氏凯伦藻的生长。当米氏凯伦藻从12°C快速转移至16°C和20°C时,藻细胞密度和光合作用效率短时间迅速降低,但细胞很快即适应温度变化。细胞膜上的转运蛋白和光合作用蛋白在其适应温度变化中起着重要作用。     

Electrochemical detection of harmful algae and other microbial contaminants in coastal waters using hand-held biosensors

Standard methods to identify microbial contaminants in the environment are slow, laborious, and can require specialized expertise. This study investigated electrochemical detection of microbial contaminants using commercially available, hand-held instruments. Electrochemical assays were developed for a red tide dinoflagellate (Karenia brevis), fecal-indicating bacteria (Enterococcus spp.), markers indicative of human sources of fecal pollution (human cluster Bacteroides and the esp gene of Enterococcus faecium), bacterial pathogens (Escherichia coli 0157:H7, Salmonella spp., Campylobacter jejuni, Staphylococcus aureus), and a viral pathogen (adenovirus). For K. brevis, two assay formats (Rapid PCR-Detect and Hybrid PCR-Detect) were tested and both provided detection limits of 10 genome equivalents for DNA isolated from K. brevis culture and amplified by PCR. Sensitivity with coastal water samples was sufficient to detect K. brevis that was "present" (相似文献   

海水酸化对米氏凯伦藻和盐生杜氏藻种群增长和种间竞争的影响

大气中CO_2浓度升高导致的海水酸化改变了海洋生物赖以生存的化学环境,将对其生长、繁殖和代谢产生深远影响。本研究采用实验生态学的方法,以米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)和盐生杜氏藻(Dunaliella salina)为研究对象,探究在海水酸化条件下两种微藻种群增长和种间竞争关系的变化。结果发现:(1)在单培养体系中,随着二氧化碳浓度升高,米氏凯伦藻的环境负载能力(K)升高,而对其生长率进入拐点的时间(T_p)、内禀增长率(r)、进入指数增长期(T_(Ep))和静止期的时间(T_(Sp))均无显著性影响;对盐生杜氏藻而言,二氧化碳浓度升高显著降低了盐生杜氏藻的T_p和r值,而对其K、T_(Ep)、T_(Sp)均无显著性影响;(2)在共培养体系中,两种微藻的K值均受到显著抑制,与单培养体系相比差异显著(P0.05);二氧化碳升高改变了两种微藻的竞争关系,微藻之间的竞争表现为向有利于米氏凯伦藻的方向发展。(3)米氏凯伦藻去藻过滤液对盐生杜氏藻产生抑制作用,二氧化碳浓度升高加剧了这种抑制作用。     

不同磷源对米氏凯伦藻生长和碱性磷酸酶活性的影响

为了解米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)赤潮形成的磷营养机理,作者研究了不同磷源[三磷酸腺苷二钠盐(Adenosine disodium triphosphate,ATP)、甘油磷酸钠(sodium glycerophosphate,G-P)、卵磷脂(lecthin,LEC)和Na H2PO4·2H2O]对其生长和藻细胞碱性磷酸酶活性(alkaline phosphatase activity,APA)的影响。结果表明:(1)米氏凯伦藻可以有效利用无机磷(Na H2PO4·2H2O),对有机磷源如三磷酸腺苷二钠盐(ATP)、甘油磷酸钠(G-P)也能有效利用,但不能有效利用卵磷脂(LEC);(2)米氏凯伦藻碱性磷酸酶的检测中,在起始阶段,不同磷源(ATP,G-P,LEC和Na H2PO4·2H2O)的米氏凯伦藻APA达到最大值,米氏凯伦藻的APA分别为6.0,10.5,8.0和0.4 pmol/(个·h)。随培养时间的持续,各有机磷培养基中米氏凯伦藻的APA均表现出先逐渐减小,而后增强,最后在最大值维持的趋势,而以Na H2PO4·2H2O为磷源的米氏凯伦藻的APA没有明显的增加;(3)单个细胞的米氏凯伦藻的APA位点分布明显,大致位于细胞表面。通过研究发现,米氏凯伦藻在外界环境无机磷限制的条件下,能够较好地吸收利用有机磷维持生长,印证了近年来米氏凯伦藻赤潮频繁地发生在磷限制海域的事实。     

2012年大规模米氏凯伦藻赤潮前后年份春季福建沿海温盐及环流结构对比

近岸海域营养物质普遍充足,因此水文气象过程往往成为赤潮暴发最重要的控制因素。基于福建海洋预报台提供的模式数据,通过对比分析2011-2013年3-5月福建近岸的温度、盐度、环流和上升流结构,阐述了2012年春季福建近岸米氏凯伦藻赤潮暴发的特殊水文结构特征,并通过经验正交函数（empirical orthogonal function,EOF）分析方法探讨了此次赤潮暴发的主要水文原因。结果表明：（1）与其他年份相比,2012年3月福建近岸浙闽沿岸流偏强,海温偏低,不利于东海原甲藻的生长。（2）3月下旬福建近岸温度较其他年份升高迅速,与台湾暖流强度变化有关。（3）3月底-5月18日赤潮暴发前,福建近岸海域整体偏暖,持续的东北风带来稳定的水体向岸流动,水平和垂向上各项要素变化较弱,为米氏凯伦藻赤潮暴发提供了稳定、适宜的环境条件。（4）5月18日赤潮暴发后一周内,赤潮优势种由东海原甲藻转变为米氏凯伦藻以及米氏凯伦藻赤潮整体稍向东迁移的过程,与近岸水温上升至24℃,且东北风转为西南风引起较弱的水体离岸流动有一定关联性。     

米氏凯伦藻和东海原甲藻生长的光照强度生态幅研究

藻类生长的光照生态辐是指在一定光照强度范围内藻类能生长和繁殖的水平范围,由藻类生长的最适光照强度、光照强度适宜生长范围和光照强度耐受限度构成。为了定量获取藻类生长的光照生态幅,在室内培养条件下,分别研究了三个温度（18、22、25℃）条件下六个不同光照强度[28.32、55.15、75.06、96.59、111.66和135.75μmol/（m²·s）]对米氏凯伦藻和东海原甲藻细胞数和最大比生长率的影响,依据Shelford耐受性定律建立了米氏凯伦藻和东海原甲藻的光照耐受性模型,并得到了藻类生长的最适光强、光强适宜生长范围和光强耐受限度的定量表达。结果表明：无论是米氏凯伦藻还是东海原甲藻,在同一温度条件下,在实验设定的光照强度水平范围内,均分别存在一个适宜藻类生长的最适光强I_opt,且当光强I ≤ I_opt时,藻类细胞密度和比生长率均随着光强的升高而显著增大;而当I ≥ I_opt时,藻类细胞密度和比生长率随着光强的升高而显著减小。此外,随着培养温度的升高,藻类细胞密度和比生长率均呈现"先升后降"的变化趋势。建立的藻类生长光照耐受性模型与Shelford耐受定律较为吻合,并定量得到了米氏凯伦藻在18、22、25℃下的最适生长光强分别为81.48、80.15、79.27μmol/（m²·s）;光强适宜生长范围分别为33.11-162.96、32.57-160.3、32.03-158.54μmol/（m²·s）;东海原甲藻在18、22、25℃下的最适生长光强分别为79.39、78.19、76.69μmol/（m²·s）;光强适宜生长范围分别为31.89-158.78、31.77-156.38、31.18-153.38μmol/（m²·s）。     

米氏凯伦藻(Km02)共培养细菌群落的研究

米氏凯伦藻作为我国沿岸典型的有毒赤潮甲藻,近年来赤潮频度越来越密,赤潮规模越来越大,持续时间也越来越长,造成了严重的经济损失,并且威胁到海洋生态系统的健康。众多研究表明藻际细菌可能是影响赤潮生消与有毒藻产毒的关键生物影响因子。为揭示米氏凯伦藻共培养菌群的物种多样性信息,本文通过高通量测序技术手段,分析了我国沿岸产米氏凯伦藻(Km02)共培养菌群的种类、丰度、多样性及系统发育信息。结果显示,米氏凯伦藻(Km02)共培养菌群共有40个种与已有数据库匹配,隶属于4个门(Phylum),11个纲(Class),21个目(Order),26个科(Family),37个属(Genus)。其中优势菌属有8个(5%),分别为Balneola(20.28%)、 Marinobacter(19.25%)、Rhodobacteraceae科下的未知属(13.15%)、Alteromonas (8.88%)、Methylophaga (8.17%)、Thalassospira(6.24%)、Reichenbachiella (5.92%)及Mesoflavibacter (5.41%)。研究结果表明我国沿岸产米氏凯伦藻(Km02)含有生物多样性较高的共培养菌群,且具有探寻未知海洋细菌的潜力,同时该研究结果也为未来更进一步研究细菌群落对米氏凯伦藻赤潮暴发与消亡,以及产毒特性等机制的研究提供了实验方法与奠定了理论基础。     

Allelopathic interactions between Prorocentrum micans and Skeletonema costatum or Karenia mikimotoi in laboratory cultures

Algal allelopathy is an ecological/physiological phenomenon that has focused attention on the interactions among algae and the production of algal toxins. We investigated the allelopathic interactions between the dinoflagellate genus Prorocentrum micans and diatom genus Skeletonema costatum and between P. micans and dinoflagellate genus Karenia mikimotoi using bi-algal cultures. Because the effects were species-specific and size-dependent, we evaluated the effect of different initial densities. At low densities of P. micans and high densities of S. costatum inoculated into the same medium, the growth of P. micans was weakly restrained, whereas the growth of S. costatum was significantly suppressed. S. costatum and K. mikimotoi were strongly inhibited by P. micans, in both the bi-algal cultures and enriched filtrates. Direct cell-to-cell contact was not necessary to gain a competitive advantage, thus, our results suggest that P. micans inhibited the growth of S. costatum and K. mikimotoi by the release of allelochemical(s). Last, a mathematical model was used to simulate growth and interactions between P. micans and S. costatum and between P. micans and K. mikimotoi in bi-algal cultures.     

Will harmful dinoflagellate Karenia mikimotoi grow phagotrophically?

We studied the phagotrophic ability of dinoflagellate strain Karenia mikimotoi KM-Lü (isolated from the South China Sea), using fluorescent microspheres, bacteria isolated from the culture of K. mikimotoi and a marine microalgae Isochrysis galbana. We found that K. mikimotoi cultured under conditions of high light intensity could ingest fluorescent microspheres (diameters 0.5 and 2.0 μm) and fluorescence-labeled bacteria and microalgae. Under a low light intensity, however, only fluorescent microspheres (diameter 0.5 μm) and fluorescence-labeled microalgae were ingested. K. mikimotoi showed better growth by ingesting living marine bacteria or microalgae I. galbana than the controls, either in nutrient-depleted or nutrient-replete conditions. In nutrient-depleted conditions, the growth of K. mikimotoi was more significant with I. galbana as the prey item. In conclusion, the harmful dinoflagellate K. mikimotoi from the South China Sea has apparent phagotrophic ability, and some marine bacteria and microalgae may promote the growth of K. mikimotoi.     

2012年福建沿海大规模米氏凯伦藻赤潮暴发的水文气象原因探讨

本文利用ERA-Interim资料集、HYCOM全球再分析资料以及沿海各站点数据,通过分析比较2005、2011和2012年福建沿海春季(3—5月)气温、水温、风场、流场和降雨数据,探讨了2012年春季水文、气象要素的年际变化特征及其与米氏凯伦藻暴发的关系。结果表明:2012年春季暴发的大规模米氏凯伦藻赤潮极可能与初春水温偏低,晚春水温偏高,后期海水迅速升温有关:初春(3月)沿海水温偏低,抑制了东海原甲藻的前期孕育;晚春(5月)水温偏高,有利于各种藻类,特别是偏暖暴发的米氏凯伦藻的生长;3—5月海水过快的升温过程,使得米氏凯伦藻成为优势藻种。相对于气候态平均而言,2012年5月呈强北风特性,水体向岸堆积作用明显,有利于藻类在近岸的堆积聚集和种群密度的提高,为藻类的生长提供了稳定的动力环境,促进了赤潮的暴发。此外,2012年1—4月的大降雨量可能为米氏凯伦藻的生长提供了良好的生物化学环境。