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3株浅层底泥菌对铜绿微囊藻休眠体复苏的作用及其机理

邹万生  
【摘要】:铜绿微囊藻(M.aeruginosa)是一种在富营养化水体中容易种群暴发形成水华的蓝藻。铜绿微囊藻水华频繁暴发与其生活史和生理生态特性密切相关,当遇到外界环境胁迫时会形成营养休眠体沉入底泥表层渡过环境恶劣期,当环境适宜时休眠体启动复苏从底泥进入水体再次暴发水华。铜绿微囊藻休眠体复苏是暴发水华的关键环节,要从源头防控水华的暴发,对其复苏机理的研究十分必要。本文以频繁暴发春季铜绿微囊藻水华的冲天湖(系西洞庭湖水域)为研究对象,通过野外调查和室内复苏模拟实验对冲天湖水域底泥中的优势微囊藻休眠体、优势菌群、促藻菌群(株)促复苏效果、促复苏机理以及菌株条件下铜绿微囊藻休眠体复苏模型拟建等进行了研究,初步探讨了冲天湖频繁暴发春季铜绿微囊藻水华的原因和机理。主要研究结果如下:(1)通过野外调查结果表明,冲天湖底泥表层优势微囊藻休眠体为铜绿微囊藻(M.aeruginosa)、水华微囊藻(M.flos-aqua)和惠氏微囊藻(M.wesenbergii)休眠体;优势菌群为微小杆菌属(Exiguobacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas)菌群(株)。3类优势菌群对3种微囊藻休眠体复苏均具促进作用。(2)选用1株微小杆菌(E.sp013)和2株芽孢杆菌(Ba.spD06和Ba.spD24)进行底泥复苏模拟实验,探讨了3菌株在铜绿微囊藻休眠体复苏前后对水体理化因子的影响。结果表明,3株底泥菌先于休眠体生长繁殖,消耗底泥表层(SWI)水体的溶解氧(DO),使底泥表层水体处于低溶氧状态;同时消耗底泥表层水体营养,使可溶性无机氮(DIN)和活性磷(SRP)下降,且可溶性无机氮(DIN)下降速率快于活性磷(SRP),氮磷比(N:P=DIN:SRP)下降。3菌株通过降低底泥表层水体的溶解氧浓度和氮磷比(N:P)以促进铜绿微囊藻休眠体复苏,即使较低温度条件下也具显著促进作用。基因差异性表达分析结果表明在实验的第3-7d菌组底泥表层水体N:P的下降可能刺激了铜绿微囊藻休眠体内ntcA基因的表达,提升了铜绿微囊藻休眠体的氮(N)代谢能力。(3)底泥复苏模拟实验结果表明,在较低温度条件下(10°C-15°C)3菌株及其混合菌都能显著提升铜绿微囊藻休眠体光合系统的光合效率Fv/Fm,混合菌组的提升能力显著强于单菌组Ba.spD06、Ba.spD24和对照组。较高温度下(20°C-25°C),3菌株及混合菌对铜绿微囊藻休眠体光合效率Fv/Fm提升无显著差异。通过对差异表达基因进行KEGG富集分析发现,15°C培养7d的菌组(TR)中铜绿微囊藻休眠体内与光合作用相关的蛋白基因psaB和psbA基因均出现显著上调(UP)。这些结果暗示底泥优势混合菌很可能是冲天湖水域频繁暴发春季(低水温)铜绿微囊藻水华的主要原因。(4)利用气相色谱质谱仪(GC-MS)进行了代谢产物的检测,实验结果表明,从复苏实验培养液中共检测出35种代谢产物,其中10种代谢产物只能从处理组(菌组TR)中检出,有8种被验证对铜绿微囊藻休眠体具有促复苏作用,即溴乙酸乙酯,1-氯二十七烷,3-甲基-十五烷,2,4-二叔丁基苯酚,1,2-邻苯二甲酸二异辛酯,4-氯-2-硝基苯甲醇,二叔丁基对甲酚,十八醇,大部分代谢产物促复苏的有效浓度较低。(5)将温度、光照和优势菌三者作为影响休眠体复苏的主因子考虑,利用T-S模糊理论与模糊集合对这三类因子进行非精确量和不确定因素的描述,降低建模复杂度并建立复苏模型。结果表明当底泥表层温度波动小于5C°时运用本文提出的预测模型产生的预测误差小于复苏总量的5%。当温度波动达到10-15C°时预测的偏差过大,失去预测的价值。


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