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海洋溶藻功能菌作用机理研究的若干进展

地球科学进展 2013年第2期28卷 243-252页

作者：李东李祎郑天凌厦门大学生命科学学院近海海洋环境科学国家重点实验室及滨海湿地生态系统教育部重点实验室福建厦门361102 华侨大学化工学院福建厦门361021

基于"菌—藻关系"的理念,深入探讨海洋溶藻功能细菌作为潜在的有效防治有害藻华的微生物,已成为学者们的研究热点。但大多的研究主要涉及菌株的分离、鉴定及功能活性物质的纯化,溶藻机理的研究鲜有报道。主要概述了当前国内外海洋环境... 详细信息

基于"菌—藻关系"的理念,深入探讨海洋溶藻功能细菌作为潜在的有效防治有害藻华的微生物,已成为学者们的研究热点。但大多的研究主要涉及菌株的分离、鉴定及功能活性物质的纯化,溶藻机理的研究鲜有报道。主要概述了当前国内外海洋环境中溶藻功能细菌溶藻机理的研究进展,并探讨分析了利用海洋溶藻功能细菌防治有害藻华的未来发展方向,提出了该领域今后的重点研究任务。

关键词：有害藻华溶藻细菌溶藻机理化感作用

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溶藻细菌L7对铜绿微囊藻的溶藻效应及机理

溶藻细菌L7对铜绿微囊藻的溶藻效应及机理

作者：陈群华南理工大学

学位级别：硕士

随着水体富营养化现象的日趋严重及藻类水华的频繁暴发,探索行之有效的抑制藻类水华暴发的途径极为迫切,其中利用溶藻细菌控藻成为目前生物控藻的研究热点。作者所在课题组从广州城区某富营养化池塘筛选获得一株溶藻细菌L7(简称L7),属... 详细信息

随着水体富营养化现象的日趋严重及藻类水华的频繁暴发,探索行之有效的抑制藻类水华暴发的途径极为迫切,其中利用溶藻细菌控藻成为目前生物控藻的研究热点。作者所在课题组从广州城区某富营养化池塘筛选获得一株溶藻细菌L7(简称L7),属蜡状芽孢杆菌(Bacillus cereus),在已有研究基础上,作者以常见的水华藻类——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为研究对象,研究了L7对铜绿微囊藻的溶藻效应,并探讨了其溶藻机理。主要研究结果如下: 1、L7对铜绿微囊藻的溶藻效应为了探索L7溶藻的适宜环境条件,研究了菌藻浓度及环境因子对L7溶藻效应的影响。结果表明:L7对铜绿微囊藻的溶藻效应呈“剂量-效应”关系,表现出“低浓度促进,高浓度抑制”效应;在连续7 d的实验周期内,在不同温度条件下的溶藻效应强弱依次为25℃>35℃>15℃;12 h:12 h光暗周期条件下的溶藻效应强于全光照和全黑暗;在不同pH值条件下的溶藻效应强弱依次为:pH 9.0>pH 6.0>pH 7.0>pH 8.0>pH 10.0。可见,L7对铜绿微囊藻的溶藻效应与菌藻浓度及环境因子密切相关。 2、L7对铜绿微囊藻生理特性的影响研究L7对铜绿微囊藻生理特性的影响,从宏观层面初步探讨溶藻机理。结果表明:在高浓度L7(ρL7>107 cfu/mL)作用下,藻细胞脱氢酶活性、可溶性蛋白质含量、可溶性碳水化合物含量和光合色素(叶绿素a、类胡萝卜素和藻胆蛋白)含量均下降,丙二醛含量升高。可见,L7对藻细胞的生理特性影响的途径为:L7通过抑制藻细胞的光合系统活性,进而导致光合作用减弱,使得藻细胞生化反应减慢,细胞膜氧化损伤程度升高,最终影响到藻细胞分裂,使藻细胞生长受到抑制。 3、L7对铜绿微囊藻细胞生物学特征的影响使用流式细胞仪,以PI染色和叶绿素自发荧光检测L7溶藻过程中藻细胞生物学特征的变化,在微观层面深入探讨溶藻机理。结果表明:L7与藻细胞接触后,先从破坏藻细胞膜完整性开始,然后透过破损的细胞膜破坏藻体的光合色素,从而抑制藻细胞的生理功能的正常发挥,从而造成藻体的非自然死亡;在L7的持续作用下,藻细胞的核酸物质也遭受到严重破坏。可见,L7对藻细胞生物学特征的影响途径在于破坏细胞膜完整性进而破坏光合色素。 4、L7溶藻过程中磷的转移为明确磷在菌藻共培养体系中的转移过程,研究了L7溶藻过程中磷的转移。结果表明:L7尽管抑制了藻细胞的增殖,但藻细胞对水体磷的吸收并不受其抑制,在后期铜绿微囊藻能在藻细胞内积聚磷。可见,溶藻过程中磷部分积聚在藻细胞内。 5、藻细胞破碎液对L7的促进为了进一步明晰藻类与溶藻细菌相互影响的作用机理,通过在L7的培养过程中添加铜绿微囊藻细胞破碎液,试图探究藻细胞破碎液对L7的促进作用。结果表明:藻细胞破碎液的添加有利于提高L7溶藻活性物质的溶藻效果,但不同生长阶段藻细胞破碎液的促进作用无显著差异;随着添加的藻细胞破碎液体积浓度的提高,L7溶藻活性物质的溶藻效果提高,呈现一定的“剂量-效应”关系。可见,藻细胞破碎液能提高L7的溶藻效果。

关键词：溶藻细菌铜绿微囊藻溶藻效应溶藻机理

赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus fusiformis DMC-2的溶藻特性及机理的探究

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赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus fusiformis DMC-2的溶藻特性及机...

作者：程捷西南大学

学位级别：硕士

在水生生态环境方面,有害蓝藻水华(CyanoHAB)经常引起人们的注意。由于温室效应导致全球气候变暖以及水体富营养化程度地加剧,在过去的几十年中,CyanoHAB在世界各地频繁发生,其它引起水华的因素如人为因素和流体动力因素,它们无论是单... 详细信息

在水生生态环境方面,有害蓝藻水华(CyanoHAB)经常引起人们的注意。由于温室效应导致全球气候变暖以及水体富营养化程度地加剧,在过去的几十年中,CyanoHAB在世界各地频繁发生,其它引起水华的因素如人为因素和流体动力因素,它们无论是单独作用还是共同作用,都可能导致突发性的蓝藻水华。有害蓝藻的大量繁殖导致水体中氧气的减少以及生物多样性的降低,破坏了水生生态系统的安全性和平衡性,并通过释放肝毒性的微囊藻毒素而影响人类健康。微生物控藻指利用细菌、真菌、病毒、原生动物和植物在内的生物制剂杀藻或抑制藻类生长与繁殖,该方法因其潜在的杀藻作用和环境友好的特性而备受关注,尽管近年来对溶藻细菌进行了较多的研究,但仍在寻求一种高效且环保的方法。我们聚焦于具有降解微囊藻毒素能力的溶藻细菌,目前对这种细菌的研究较少,但却与人类生活密切相关。在本研究中,我们筛选了一株可以降低铜绿微囊藻生物量,同时能够降解微囊藻毒素的赖氨酸芽孢杆菌DMC-2,对其溶藻特性、溶藻机制以及溶藻活性物质进行了初步地分析和探究,以期望为微囊藻水华的治理提供菌种资源和建立理论基础。主要结果如下:1.溶藻菌DMC-2的鉴定:从云南滇池夏季水华水体中分离得到一株溶藻菌,命名为DMC-2;DMC-2菌落在LB固体培养基上呈灰白色、圆形、表面光滑且边缘整齐;在光学显微镜下,菌株DMC-2形态呈杆状,菌体中有呈圆形或卵圆形的芽孢,使菌体膨大呈纺锤形。结合16S rDNA序列分析和菌株表型特征,DMC-2被鉴定为赖氨酸芽孢杆菌属,与Lysinibacillus fusiformis亲缘关系最近。2.溶藻菌DMC-2的溶藻特性:菌株DMC-2能够降低铜绿微囊藻的生物量,具有较高的溶藻活性,藻菌共培养的第6天,溶藻率就达到了86.4%。DMC-2对受测试的藻株均表现出溶藻活性,其中对铜绿微囊藻的溶藻活性较高,同时,对有害蓝藻如丝状蓝藻也表现出很好的溶藻活性,且DMC-2的溶藻活性不受藻株所产生的胞外多糖影响,对于真核藻亦能达到较高的溶藻效果。DMC-2通过释放溶藻活性物质间接作用溶藻,并在生长的对数期开始大量分泌、富集,且较低的细胞密度即较低浓度的溶藻活性物质能产生有效的溶藻效果,有利于减少现场应用中对水生生态的影响。3.溶藻菌DMC-2的溶藻机制:在扫描电镜下观察DMC-2分泌的溶藻活性物质使藻细胞由原来饱满光滑的球形变得皱缩、塌陷甚至破裂。DMC-2分泌的溶藻活性物质影响了铜绿微囊藻细胞中一些重要功能基因的表达,能有效抑制NIES-843中与藻毒素合成相关的基因的表达;光合作用系统相关基因表达水平的变化可以推断DMC-2以复杂的方式攻击NIES-843的光合作用系统并影响NIES-843的能量获取过程,导致蓝藻生物量的减少;同时铜绿微囊藻的相应修复机制被触发。DMC-2能够高效降解MC-LR,具有较高的现场应用价值。4.溶藻菌DMC-2的溶藻物质:菌株DMC-2产生的溶藻活性物质具有耐高温、耐酸碱的特性,表明产生的溶藻物质不易高温变性不是蛋白质、核酸等大分子物质;且DMC-2可能分泌了一种以上的活性物质。环己烷萃取活性导向结果最优,大量萃取富集后经过制备液相初步分离、活性验证以及一级质谱,得到三个有活性的粗分样品主成分的可能的化学式,为后期具有针对性地分离纯化奠定了基础。

关键词：赖氨酸芽孢杆菌铜绿微囊藻微囊藻毒素溶藻机理溶藻物质

粘着剑菌及其活性物质溶藻效能与作用机理的研究

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粘着剑菌及其活性物质溶藻效能与作用机理的研究

作者：王媛媛北京林业大学

学位级别：硕士

为探究溶藻细菌及其活性溶藻物质的溶藻效能与机制,以铜绿微囊藻和粘着剑菌(Ensifer adhaerens,r23)为对象展开研究。r23是从微囊藻水体中筛选出的溶藻细菌。本文在研究了 r23的生长和溶藻特性基础上,研究了 r23的剂量和投加方式对藻细... 详细信息

为探究溶藻细菌及其活性溶藻物质的溶藻效能与机制,以铜绿微囊藻和粘着剑菌(Ensifer adhaerens,r23)为对象展开研究。r23是从微囊藻水体中筛选出的溶藻细菌。本文在研究了 r23的生长和溶藻特性基础上,研究了 r23的剂量和投加方式对藻细胞内、外微囊藻毒素(microcystin-LR,简称MC-LR)和溶解性有机物(dissolved organic matter,简称DOM)的影响。通过平行因子分析法(parallel factor analysis,简称 PARAFAC)分析了细胞内、外 DOM(intra-and extra-cellular DOM,简称 IDOM、EDOM)的变化。比较并有效富集了 r23和缺陷短波单胞菌(Brevundimonasdiminuta,AA06)胞外溶藻活性物质。研究了活性物质在溶藻过程中对MC-LR和DOM产生和释放的影响及溶藻机理。并研究了溶藻细菌和溶藻活性物质对实际水华的溶藻效能。细菌r23即使在15℃低温下仍有95%的溶藻效果。r23菌液的上清液具溶藻效果而细胞体没有,说明其有间接溶藻活性。低剂量(2.04×106CFU/mL)r23处理组的藻细胞在前期被刺激生长,会造成更多的MC-LR产生。而较高剂量的r23(3.90×l06,7.15×106 CFU/mL)可同时控制藻的生长和MC-LR的产生。7.15×106 CFU/mL的r23菌液分二次和四次投加组的总MC-LR在处理30天后明显低于对照组,但仍高于一次性投加组。IDOM和EDOM中共同有类酪氨酸(C1)、类色氨酸(C2和C3)、类富里酸(C4)和类腐植酸(C5)5种组分,而IDOM还含有藻蓝蛋白(C6)。EDOM中C1和C3组分荧光强度(maximum fluorescence intensity,简称Fmax)的增强是因为藻细胞的溶解释放。EDOM中C2来源于细菌培养基,可被r23消耗。EDOM中C4和C5组分Fmax增加主要是因为r23生长释放。r23和AA06溶藻的活性物质均能耐强酸强碱、耐高温,且极性很强,稳定性好。两者有相似红外光谱特征,可能含有羟基或仲胺官能团以及苯环,选用r23的溶藻活性物质用于后续实验。加入6 mg/mL的溶藻物质后会使藻细胞出现团聚,可快速控制藻细胞生长、抑制MC-LR合成,减少释放到水中的MC-LR。较低剂量(3、1.5 mg/mL)处理组的藻细胞前期被刺激生长并产生更多的MC-LR,但是15天后可完全抑制藻细胞的生长。6mg/mL的溶藻物质能直接损伤细胞抗氧化系统导致细胞死亡。3mg/mL剂量在短时间内会增加细胞氧化损伤水平,并激发抗氧化系统酶(过氧化氢酶,简称CAT;总超氧化物歧化酶,简称T-SOD)或非酶(还原性谷胱甘肽,简称GSH)的活性,但随着溶藻进行,藻细胞最终死亡。1.5 mg/mL剂量组使藻细胞氧化损伤水平增加、GSH活性增强,但是对抗氧化系统酶T-SOD、CAT活性无明显刺激作用。分两次和四次处理组分别在第8和15天达到与单次剂量相同水平。GSH浓度减少要滞后于T-SOD和CAT,与GSH可以与MC-LR结合解毒有关。溶藻菌菌液和溶藻活性物质均能有效控制水体中chla水平,在第4天藻液出现黄化,藻细胞发生皱缩、破裂等变形。7天溶藻处理后总MC-LR浓度比对照减少44.3-60.4%,但存留的藻毒素以及藻毒素降解产物均会带来生态风险。

关键词：溶藻细菌铜绿微囊藻微囊藻毒素-LR 溶藻活性物质溶藻机理

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溶藻菌LG3的筛选、溶藻特性及机理研究

溶藻菌LG3的筛选、溶藻特性及机理研究

作者：罗刚安徽建筑大学

学位级别：硕士

由于人类活动对水体造成的影响,使得氮、磷等营养物质不断地进入水体环境,加速了水体富营养化的进程。藻类在富含营养物质的水体中疯长,有机物质的生成远快于其分解,水中溶解氧含量减少,透明度显著降低,最终导致水体生态环境的破坏。治... 详细信息

由于人类活动对水体造成的影响,使得氮、磷等营养物质不断地进入水体环境,加速了水体富营养化的进程。藻类在富含营养物质的水体中疯长,有机物质的生成远快于其分解,水中溶解氧含量减少,透明度显著降低,最终导致水体生态环境的破坏。治理蓝藻水华通常采用物理和化学方法,但是两者均有各自的缺点,所以生物方法成为治理水体富营养化的主要方法,而生物方法所使用的生物,大部分是具有溶藻作用的溶藻细菌。本研究以铜绿微囊藻为供试藻种,从巢湖富营养化爆发区域中筛选得到一株溶藻菌LG3,以菌株LG3为试验菌种,对菌株进行了形态观察、革兰氏染色、生理生化鉴定和16S r RNA序列分析。研究了菌株LG3在不同的生长时期、浓度、培养温度、p H和初始藻液浓度等条件下对铜绿微囊藻溶藻效率的影响。考察菌株LG3的溶藻方式及其胞外分泌液中溶藻活性物质的特性,并对不同菌液浓度下的溶藻产物进行光谱分析。最后系统研究了菌株LG3的生长动力学、溶藻动力学及氮、磷营养动力学。主要研究结果如下:(1)菌株LG3为革兰氏阴性菌,菌落为白色圆形,体积小,不透明,其边缘规则,表面干燥。菌株的甲基红和明胶液化试验为阳性;VP试验和过氧化氢试验为阴性;糖酵解试验为氧化型;可还原硝酸盐。将得到的16S r RNA序列(Gen Bank登录号为ON680760)与已知序列进行比对,菌株LG3与产碱菌属的Alcaligenes aquatilis(MG515168.1)同源性达到99.86%,结合系统发育分析结果,初步判定菌株LG3属于产碱菌属。(2)菌株LG3处于对数期时的菌液溶藻率最高,溶藻率为86.1%±1.39%;菌液浓度越高,溶藻率越高,原菌液溶藻率为90.84%±1.28%;在30℃时溶藻效果较好,溶藻率为95.07%±0.85%;p H为8时,溶藻效果较好,溶藻率为89.62%±4.17%;菌株LG3对不同初始浓度藻液均有很好的溶藻效果,高浓度组和低浓度组的溶藻率分别为83.91%±0.63%和91.99%±1.90%。根据菌株LG3的紫外光谱、红外光谱和三维荧光光谱分析结果可知,溶藻产物中含有N-H、C-H、CH2、NH、C-N、C-O等化学键,初步推断溶藻产物为类色氨酸物质。(3)菌株LG3以分泌溶藻活性物质的间接溶藻方式为主。菌株LG3起溶藻效果的溶藻活性物质主要分子量溶藻率大于上清组,为81.83%±2.43%;胞外分泌液在25℃、p H8时,溶藻活性较强,在不同p H条件下均有较高的溶藻效果,溶藻活性物质在一定范围内具有p H稳定性,在温度较高时,溶藻效果不明显,溶藻活性物质的热稳定性较差;菌株LG3的溶藻活性物质具有较高的抗氧化性;菌株LG3的溶藻活性物质可在短时间内提高SOD活性。(4)菌株LG3以铜绿微囊藻藻液为营养源的生长动力学符合Polynomial模型,菌株LG3的比生长速率动力学符合一元一次线性模型;菌株LG3在溶藻进程中的溶藻动力学符合Exponential和一级反应方程模型,两者均可预测和模拟在菌株LG3的作用下藻细胞的死亡过程;在菌株LG3的影响下,溶藻进程藻细胞中TP、TN浓度的变化量与溶藻时间满足一元一次线性模型。图[42]表[17]参[73]

关键词：蓝藻水华溶藻菌溶藻特性溶藻机理溶藻动力学

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一株溶藻真菌的分离鉴定及其作用机理研究

广东化工 2016年第7期43卷 3-4页

作者：朱叶飞唐婉莹南京理工大学化工学院江苏南京210094

从巢湖水体中分离得到了一株具有明显溶藻效果的溶藻真菌,命名为P1,对该菌株溶解铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的效果、溶藻方式进行了研究,利用16S r DNA序列分析对其进行了鉴定。当加入培养4天的P1菌液6天后,铜绿微囊藻的去除... 详细信息

从巢湖水体中分离得到了一株具有明显溶藻效果的溶藻真菌,命名为P1,对该菌株溶解铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的效果、溶藻方式进行了研究,利用16S r DNA序列分析对其进行了鉴定。当加入培养4天的P1菌液6天后,铜绿微囊藻的去除率可达到84.7%。该菌株溶藻无需菌体与藻细胞直接接触,是通过分泌某种非蛋白质类物质溶藻。16S r DNA序列分析表明,P1菌株与一株霉菌的16S r DNA核苷酸序列的同源性均在100%,归属于霉菌属。

关键词：溶藻真菌溶藻机理 16S r DNA 霉菌属

解淀粉芽孢杆菌对鱼腥藻的抑藻效果分析与机理初探

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环境科学学报 2011年第8期31卷 1602-1608页

作者：李超吴为中吴伟龙杨璐华朱元晴北京大学环境科学与工程学院北京100871

解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)在自然界广泛分布,可通过分泌抗生素、抗菌蛋白或多肽类物质起到生物防治作用,但在抑藻方面的研究还处于空白状态.本研究从滇池富营养化水体中分离得到一株溶藻细菌DC1,对该菌的抑藻效果和... 详细信息

解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)在自然界广泛分布,可通过分泌抗生素、抗菌蛋白或多肽类物质起到生物防治作用,但在抑藻方面的研究还处于空白状态.本研究从滇池富营养化水体中分离得到一株溶藻细菌DC1,对该菌的抑藻效果和溶藻机理进行了研究,并通过16SrRNA序列分析方法对其进行种属鉴定.结果表明,溶藻菌株DC1为解淀粉芽孢杆菌,对水华鱼腥藻具有高效抑藻效果,当初始藻液叶绿素a浓度为0.23～1.92mg·L-1、DC1菌体浓度为108cells·mL-1时,6d后藻液平均抑藻率为93.5%,最高为95.54%、最低为91.35%.DC1对水华鱼腥藻的抑藻效果受菌体浓度和藻液初始浓度影响明显,菌体浓度越大,对水华鱼腥藻的去除效果越明显.解淀粉芽孢杆菌主要是通过分泌胞外物质的间接方式起到溶藻作用,该抑藻物质具有很强的热稳定性,属非蛋白类物质.

关键词：解淀粉芽孢杆菌抑藻效果水华鱼腥藻溶藻机理

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海洋溶藻菌的研究进展

南方水产科学 2019年第5期15卷 126-132页

作者：黄洪辉韩贝贝张书飞吴风霞中国水产科学研究院南海水产研究所广东省渔业生态环境重点实验室农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室广东广州510300 上海海洋大学水产与生命学院上海201306

有害藻华是公认的全球性海洋环境问题,严重影响海洋生态系统、水产养殖业以及人类健康,寻求一种有效的有害藻华治理方法一直是藻华研究领域的一个热点。近年来有研究发现,某些海洋细菌可直接或间接抑制藻类生长,甚至裂解藻细胞,具有溶... 详细信息

有害藻华是公认的全球性海洋环境问题,严重影响海洋生态系统、水产养殖业以及人类健康,寻求一种有效的有害藻华治理方法一直是藻华研究领域的一个热点。近年来有研究发现,某些海洋细菌可直接或间接抑制藻类生长,甚至裂解藻细胞,具有溶藻作用。利用溶藻菌治理有害藻华可保持水体环境生态平衡,是一种较安全、高效的方法,具有广阔的研究和应用前景,已成为藻华研究领域的热点。根据现有报道,文章主要概述了当前国内外有关溶藻菌种类、作用机理及应用方面的研究进展,并分析探讨了海洋溶藻菌领域基础研究以及应用研究方面未来的发展方向。

关键词：有害藻华溶藻菌溶藻机理

一株海洋细菌对中肋骨条藻的溶解效应及其溶藻特性

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中国环境科学 2011年第6期31卷 971-977页

作者：汪辉刘玲牛丹丹刘兆普南京农业大学江苏省海洋生物学重点实验室江苏南京210095

从山东胶州湾分离得到1株海洋溶藻菌,暂将其命名为JZ-1.根据生理生化及16S rDNA序列分析鉴定,菌株JZ-1属于交替单胞菌属(Alteromonas).研究表明,菌株JZ-1对中肋骨条藻具有很好的溶解效果,它能够破坏藻细胞膜内物质的结构和细胞膜的完整... 详细信息

从山东胶州湾分离得到1株海洋溶藻菌,暂将其命名为JZ-1.根据生理生化及16S rDNA序列分析鉴定,菌株JZ-1属于交替单胞菌属(Alteromonas).研究表明,菌株JZ-1对中肋骨条藻具有很好的溶解效果,它能够破坏藻细胞膜内物质的结构和细胞膜的完整性,使细胞膜内物质流出导致藻细胞死亡.溶藻现象发生在细菌培养液的上清液和0.2μm的过滤液中,而不是在细菌菌体中,这表明菌株JZ-1通过分泌代谢物对中肋骨条藻产生溶解作用,且当菌株JZ-1由对数生长期向稳定期过渡时,其代谢物的溶藻率达到最大.代谢物分子量<5kD,具有热稳定性、耐酸性,但不耐碱.

关键词：海水富营养化中肋骨条藻溶藻细菌溶藻机理