微生物碳酸盐岩研究:回顾与展望

在查阅国内外大量文献资料的基础上,回顾与综述了微生物碳酸盐岩近几年的研究现状及进展。微生物碳酸盐岩是由钙化微生物(蓝绿菌、微藻等)在微生物作用、沉积作用及成岩作用的共同作用下形成的,其种类繁多,包括叠层石、凝块石、树形石、均一石、核形石和纹理石等。它在各个地质历史时期均有发育,但主要繁盛于中新元古代和早古生代;自显生宙以来,随着后生动物的繁育微生物碳酸盐岩总体呈衰退趋势。另外,微生物对白云石的直接沉淀、碳酸盐泥丘及第五类原生沉积构造的形成具有重要作用。近年来,对微生物碳酸盐岩研究的发展使得碳酸盐岩的成因及分类得到了补充与完善。     

Intercellular localization of nitrogenase in a non-heterocystous cyanobacterium (cyanophyte), <Emphasis Type="Italic">Trichodesmium</Emphasis> sp. NIBB1067

The nitrogenase activities of cyanobacteria of the genus Trichodesmium are strictly light-dependent, although they do not develop heterocysts. Recently, the development of heterocyst-equivalent cells (diazocytes) was suggested in Trichodesmium spp. However, no cells with a similar appearance to diazocytes could be found in Trichodesmium sp. NIBB1067. An immunocytochemical analysis of nitrogenase in individual cells was performed using polyclonal antibodies generated from DNA fragments of genes encoding the Fe-protein and the α-and the β-subunit of the MoFe-protein of nitrogenase of Trichodesmium sp. NIBB1067. Visualization of the antibody binding was carried out using a horseradish peroxidase-conjugated secondary antibody and a chromogenic substrate, 3,3′-diaminobenzidine, to avoid the masking effects caused by the bright autofluorescence emitted by Trichodesmium cells. Nitrogenase proteins were detected in almost all the cells (always higher than 95% of total cells) grown under nitrogen-limited conditions. These results indicate that Trichodesmium sp. NIBB1067 does not differentiate heterocyst-equivalent cells.     

水生生态系统蓝藻固氮作用研究进展与展望

固氮蓝藻在水生生态系统中占优势是由多种因素所引起的,如营养盐浓度及形态、氮磷比、水温和微量元素等.一般认为,湖泊中正磷酸盐浓度≥0.01 mg/L、溶解性无机氮浓度≤0.1 mg/L时,固氮蓝藻出现,并且低的氮磷比是表征水体中固氮蓝藻出现的重要指标,但引起固氮与非固氮蓝藻分异的驱动机制还需要深入研究.此外,光照、无机氮浓度与形态、异形胞丰度和溶解性有机物对蓝藻固氮速率有重要影响,进而决定蓝藻氮释放通量及对水体中氮库的贡献作用.固氮蓝藻是贫营养盐海域和海洋生态系统中氮库的重要贡献者,但在富营养化湖泊中,其贡献作用还存在争议.因此就目前国内外对固氮蓝藻相关研究做综述,以期待业界同行能够对蓝藻固氮作用及其氮释放对水生生态系统中氮循环的贡献引起重视.     

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.     

蓝藻氢代谢相关酶及其分子生物学研究进展

综述了蓝藻中催化氢代谢反应的2种关键酶—固氮酶和氢化酶的生物学特征、分子基础及其编码基因和转录等最新研究进展。蓝藻在固氮细胞中的净产氢量是固氮酶和氢化酶(包括吸收氢化酶和双向氢化酶)综合作用的结果,但在非固氮情况下的产氢则主要是由双向氢化酶催化的。可通过有效利用基因工程技术对产氢相关酶基因进行改造,改进生物产氢系统。     

基于生态模型的太湖蓝藻生长因子解析

基于生态模型对2009年4月-2010年11月太湖监测数据进行逐月解析,结果显示太湖蓝藻生长率在时间与空间上都表现出显著的差异性,1-4月及10-12月蓝藻生长率表现为低水平,6-9月为高水平,5月年际差异较大,湖西岸相对于湖中区蓝藻生长率优势较明显,水面至水深1 m之间为蓝藻生长活跃区域.蓝藻的生长与消亡主要受水温、光照、磷三种影响因子控制,这三种因子表现出较明显的季节性特点,并且对蓝藻生长率的影响具有相互交替作用的动态变化特征,其中水面附近为温度及磷限制,水深0.5 m处为温度、磷及光限制交替作用,水深1 m及以下为光限制.计算结果表明在研究时段内营养盐总体表现为磷限制,夏秋季局部水域也存在氮限制.     

较高的代表性排放路径等级能提高噬藻体的感染力

由于大气二氧化碳浓度升高和升温对噬藻体的感染力存在复杂的联合作用,本文在以下代表性排放路径（RCP）所对应的大气二氧化碳浓度和温度同步升高的条件下对席藻进行了10个月的培养：（1） 25℃+400 ppm(CK组),（2）27.4℃+538 ppm(RCP4.5),(3)28.0℃+670 ppm(RCP6.0),(4)29.8℃+936 ppm(RCP8.5),测定了席藻的生长曲线和噬藻体PP裂解席藻的感染力指标（包括吸附率、潜伏期、裂解周期、裂解率、释放量及席藻对紫外损伤噬藻体的光修复率）。结果表明,RCP4.5的影响不明显,随着RCP等级的进一步提高,席藻生长加速,噬藻体PP的潜伏期和裂解周期缩短、裂解率和释放量增加。特别是,RCP8.5比RCP6.0条件下的裂解周期更短、释放量更大。此外,各RCP等级下的吸附率没有显著差异,而光修复率却在RCP8.5条件下显著提高。结果说明,当大气二氧化碳浓度和温度的同步升高超过RCP4.5后,席藻的生长和噬藻体PP的感染力总体上均会增加,且不同指标的响应是不同步的,预示着：伴随全球气候变化的加剧,宿主藻生长的加速和藻类病毒感染力的增强是不同步...     

巢湖蓝藻聚集对重金属迁移释放的影响

以巢湖蓝藻水华聚集地西半湖表层沉积物与蓝藻为对象,研究了表层沉积物重金属(Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、Ni和Mn)总量的分布特征.同时,利用BCR连续提取法对沉积物中重金属Cd和Mn的形态进行分析,模拟探究蓝藻腐殖化过程中重金属含量的变化,探讨了蓝藻腐殖化对重金属吸附-释放的影响.结果表明,各采样点表层沉积物重金属含量均不同程度超出背景值,且距离南淝河越近越突出.潜在迁移指数表明整个西半湖沉积物中重金属Cd比Mn更易形成二次污染.相关性分析显示重金属Cd和Mn各形态含量和总量之间均表现出极显著正相关.巢湖西半湖属于典型的藻型湖,Cd和Mn的来源和分布均与蓝藻聚集密切相关,结合实验室模拟蓝藻腐殖化过程对重金属的吸附-释放规律,认为蓝藻腐殖化过程会对Cd和Mn的迁移释放产生影响.     

富营养化湖泊中硫酸盐对蓝藻衰亡产甲烷过程的影响

随着外源性硫酸盐（SO₄^2-）的持续性输入,富营养化湖泊水体的SO₄^2-浓度持续升高.野外长期监测结果表明,近几十年太湖水体的SO₄^2-浓度逐渐升高,达到了96 mg/L的水平.此外,富营养化湖泊中蓝藻水华衰亡会产生并释放大量的甲烷（CH₄）,湖泊水体的SO₄^2-浓度升高是否会对沉积物产CH₄过程造成影响仍缺乏相关研究.本实验构建了蓝藻水体沉积物微宇宙系统,通过添加30、60、90、120和150 mg/L五组浓度的硫酸盐,探究不同SO₄^2-浓度下蓝藻衰亡过程中水体的SO₄^2-、还原性硫化物（∑S^2-）和CH₄的变化规律.结果表明,蓝藻聚积衰亡的第6~9天硫酸盐还原作用最为强烈,此时水体中的SO₄^2-浓度快速下降到最低值,依次为7.65、8.87、21.21、41.14和56.54 mg/L.伴随着硫酸盐还原过程的进行,水柱中∑S^2-的浓度不断上升,并达到最高值,依次为4.77、6.98、7.49、7.49和7.43 mg/L.蓝藻聚积衰亡的第10~21天水体中的SO₄^2-浓度维持在较低水平,∑S^2-浓度逐渐下降,并趋近于0.培养开始时,CH₄增长缓慢,SO₄^2-浓度下降之后,CH₄浓度逐渐上升,并在第6~9天迅速上升,培养结束时,CH₄的最终浓度随着水体初始SO₄^2-浓度的增加而降低,依次为546.39、207.24、79.61、37.25和5.56 μmol/L,CH₄的浓度与初始水体SO₄^2-浓度呈指数型负相关关系.因此,对于精准评估富营养化湖泊的产甲烷过程,需要考虑不断上升的SO₄^2-浓度所带来的影响.     

水体氮、磷营养盐水平对蓝藻优势形成的影响

以江苏省南京市富营养化程度不同的清溪、护城河、玄武湖、月牙湖、琵琶湖和前湖为研究对象,调查各水体浮游植物的群落特征和优势种,并结合藻类生长潜力试验,探究不同氮、磷营养水平的自然水体对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）生长与竞争的影响.野外调查发现不同营养水平水体浮游植物优势种不同,按水体富营养化程度从高到底依次以绿藻、蓝藻、硅藻和隐藻分别占优势.单一藻种培养时,铜绿微囊藻在清溪、护城河和玄武湖水体中生长均较好,而斜生栅藻仅在高氮、磷浓度的清溪和护城河水体中有较大生长量,说明斜生栅藻对氮、磷的需求高于铜绿微囊藻;两种藻共培养时,清溪水体中斜生栅藻占优势,护城河和玄武湖水体中铜绿微囊藻占优势,但其他水体中两种藻均不能生长,说明氮、磷浓度过高或过低都不利于蓝藻形成优势.对低营养水平的玄武湖、琵琶湖、月牙湖和前湖水体进行氮、磷加富后,两种藻均能较好地生长,且各组没有显著差异,说明藻类在这些水体中生长受到氮、磷的限制,氮、磷浓度升高会增加水华发生的风险.本研究将野外调查和藻类生长潜力实验相结合,深入探究了蓝藻优势形成与水体氮、磷营养水平的关系,揭示了蓝藻水华是湖泊富营养化发展到特定阶段的产物,水体氮、磷浓度过高或过低均不易产生蓝藻优势.