杭州西湖水域微生物结构与功能的研究

【摘要】： 于2001～2002年度对杭州西湖水域中微生物的结构与功能进行了研究。水体中可培养异养细菌(氨化细菌)和固氮菌的年平均值分别为510和236CFU／mL，氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、硝酸盐还原菌和脱氮菌的数量分别为8.5、16、587和16 MPN／mL；无机磷和有机磷分解菌分别为89 CFU／mL和37 MPN／mL；好氧性纤维素分解菌和厌氧性纤维素分解菌只有7和5 MPN／mL。而表层底泥中这10类功能微生物菌群的数量分别为2.27×10~5、7×10~4 CFU／g，6.8×10~3、2.3×10~5、1.1×10~5、1.01×10~4 MPN／g，5.15×10~4 CFU／g、3.69×10~3 MPN／g，292和400 MPN／g(以干泥计)。从季节变化来看，大多数微生物菌群在温度较低的季节反而较多；从湖区变化来看，总体说来异养型细菌在富营养较重的西里湖数量稍多，而自养型的硝化细菌在水质相对较好的湖心丰度较高。对各功能菌群中的优势菌的鉴定表明，优势的氨化细菌为希瓦氏菌属，产碱菌属，黄杆菌属，芽孢杆菌属或气单胞菌属；分离到的4个优势固氮细菌菌株中，一株为基瘤固氮根瘤菌，属于α-变形菌亚门，而另外3株都属于肠杆菌科，归于γ-变形菌亚门。2个硝酸盐还原菌菌株分别为气单胞菌属和柠檬酸杆菌属的菌株，它们也都归于γ-变形菌亚门。对3株有代表性的无机磷分解菌和6株占优势的有机磷分解菌的鉴定显示，3株无机磷分解菌与巨大芽孢杆菌、大地杆菌和Janthinobacterium lividum最相近，而6株有机磷分解菌分别为固氮螺菌，产气肠杆菌，Blastobacter aggregatus，表皮葡萄球菌，溶血不动杆菌和念珠菌。实验室试验表明，无机磷分解菌在合适条件下培养每天可释放出50μg／mL的磷，而有机磷分解菌每天只能释放出2μg／mL水溶性磷。这些功能菌群较低的生物量和不太丰富的生物多样性预示着湖泊弱的水体自净能力。 为了探明西湖水体中细菌生物量低的原因，通过添加不同营养盐类的纯种和自然培养试验，对异养细菌生长的限制因子进行了研究。结果表明生物可利用的有机碳是主要的限制性营养因子，而氮源和磷源的影响较小；湖水的高pH以及丰富的藻类和浮游动物生物量也制约了异养细菌的生长。另外，湖水进行实验室培养时细菌的最大生长量可达10~5个／mL。此外，根据固氮菌的主要限制性因子是磷这一特性，设计了一种被称为“固氮细菌生长潜力试验”的评价水体限制性营养因子的新方法。该方法主要包括4个步骤：将样本在合适的条件下培养，让土著微生物得到最大限度的生长，然后过滤或离心去除初级生物量，在滤液中接入固氮细菌，并测定固氮细菌的生长潜能。用在杭州西湖水域分离到的一固氮菌株Azomonas sp．WS6，对富营养水体样本和自来水样本进行了限制性营养因子的监测，结果与传统的藻类生 长潜力试验(A GP)和细菌再生潜力试验(B即)相符，说明“固氮细菌生长潜力试验”是评价 环境质徽的一种有用的方法。