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一株广谱性溶藻细菌的筛选鉴定、溶藻特性及溶藻机理的研究

张嗣萍  
【摘要】:水体富营养化及蓝藻水华的爆发是当今全球范围内的环境问题之一。我国的许多大中型浅水湖泊如太湖、巢湖、滇池等的蓝藻水华的爆发范围和强度都已经相当严重,造成水体生态系统结构和功能的紊乱,影响旅游、养殖等行业的健康发展。我国爆发的有害蓝藻水华以微囊藻水华为主,其出现频度最高,分布范围最广,持续时间最长,造成的危害最大。丝状蓝藻鱼腥藻水华出现频度和规模仅次于微囊藻水华,而鱼腥藻的形态、生理生态和有害产物(如毒素和异味物质)具有更高的多样性。由于其潜在的产毒性和向中纬度地区的侵略性,另一种丝状水华蓝藻拟柱孢藻也获得了广泛关注。微生物控藻技术具有低成本、环境友好、无二次污染等优点,成为相关领域的研究热点。本文以铜绿微囊藻、真紧密鱼腥藻、拉氏拟柱孢藻为控藻对象,从武汉市新洲区土壤中筛选溶藻细菌,分析溶藻菌的生理生化特征及其系统发育特征,对菌株进行鉴定,进一步研究该菌株对铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa PCC 7806、真紧密鱼腥藻Anabaena eucompacta CHAB 1799、拉氏拟柱孢藻Cylindrospermopsis raciborskii CHAB 151的溶藻特性、溶藻方式、溶藻活性物质的性质,并考察了温度、光照强度等环境因子对溶藻效果的影响,并将该菌株作用于产拟柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin,CYN)的C.raciborskii CHAB 3438,研究该菌株的溶藻机理和对毒素浓度及分布的影响。主要研究结果如下所述:1、本文从武汉市新洲区的土壤中分离筛选到一株对PCC 7806、CHAB 1799、CHAB 151均有较强溶藻作用的菌株Lysinibacillus sp.WP,该菌株呈棒杆状,长约1.3~1.7μm,宽约0.45~0.55μm,芽孢端生,球形,膨大,革兰氏染色阳性,多以单个细胞的形式出现。2、同一种溶藻菌对不同水华蓝藻的溶藻菌阈值大小不一,菌株WP抑制PCC7806生长的细胞密度阈值小于或等于6×10~2 cfu/mL,CHAB 1799和CHAB 151分别为6×10~3、6×10~4 cfu/mL。藻的生理状态和藻细胞密度是影响溶藻效果的重要因素,而菌株WP的生理状态几乎不会影响其溶藻能力。菌株WP对多种水华蓝藻均有较强的溶藻效果,对不同种类、同种不同株系的水华蓝藻溶藻效率高低不等,对绿藻没有明显的溶藻效果。该菌株对PCC 7806、CHAB 1799、CHAB 151的溶藻方式均为间接溶藻。该菌株分泌的溶藻活性物质的热稳定性、酸碱稳定性均较高,该物质可能是相对分子质量小于3 KDa的非蛋白类物质。当温度为15~35℃时,该菌株对PCC 7806和CHAB 151这两种蓝藻均有较高的溶藻效率。当光照强度范围为10~60μmol·m~(-2)·s~(-1)时,对PCC 7806、CHAB 1799和CHAB 151这三种蓝藻均有较强的溶藻作用。3、PCC 7806的最适生长温度为35℃,CHAB 151的最适生长温度范围为25~35℃。PCC 7806、CHAB 1799在光照强度为30μmol·m~(-2)·s~(-1)时生长最好,CHAB 151最适光照强度范围为30~60μmol·m~(-2)·s~(-1)。相较CHAB 1799、CHAB 151,PCC 7806能够适应范围更广的光照强度和温度。4、菌株WP通过分泌活性物质作用CHAB 3438,该物质破坏藻细胞的气囊,使藻丝沉底,同时破坏光合作用色素,首先破坏的是别藻蓝蛋白(allophycocyanin,APC),其次是叶绿素a(Chlorophyll a,Chl-a),藻细胞的F_v/F_m值显著降低,光合效率降低,藻类不能正常进行光合作用而逐渐死亡。随着作用时间的延长,藻细胞逐渐破裂,内含颗粒物释放到胞外环境中,胞内毒素也释放到胞外,然而该活性物质不能降解CYN,导致胞外毒素占比升高,但从根本上控制了CYN的绝对总量。本文关注新型丝状水华蓝藻真紧密鱼腥藻和产毒拉氏拟柱孢藻,筛选到一株广谱性的溶藻细菌,丰富了此类水华蓝藻溶藻细菌资源库。该菌株通过分泌溶藻活性物质破坏拟柱孢藻气囊,控制了CYN的绝对总量,但同时造成了胞外CYN占比增大。本文为溶藻菌控藻提供了溶藻新思路,但同时应注意溶藻过程中藻毒素释放的问题,此类细菌在实际应用过程中,可与CYN等毒素降解菌联用或增加去除藻毒素的后续措施。


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