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水华藻种铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)以群体结构的形式存在于自然水体中,但经实验室分离培养几代以后,群体解聚,主要以游离单细胞或二细胞状态存在。已有研究发现,以游离单细胞状态存在的与以群体结构形式存在的藻细胞虽然在基因组成上高度一致,但两者的生理生化特点、细胞形态、亚细胞结构均具有明显差异,总体看来,群体结构较单细胞具有生态优势。作为自然水体生态系统中的另外一个重要组成成员,细菌与水华蓝藻的生长及表型改变都密切相关,其对蓝藻群体结构形成的潜在作用不容忽视。本文从滇池自然水体中已分离出的优势菌和次优势菌中,筛选出对铜绿微囊藻(滇池水华蓝藻的主要藻种)表型具有明显影响的菌株N1,研究该菌株对铜绿微囊藻形态结构和生理生化的影响,分析其诱导铜绿微囊藻群体结构形成的模式,并对可能的诱导机制进行了探索,主要研究结果如下:
1本研究以从滇池水体中分离出的优势菌和次优势菌作为供试菌。这些菌株普遍具有影响铜绿微囊藻表型改变的能力,但是不同种类的菌株和同一种类不同株系,其影响方式和作用机制都有较为明显的差异。
2韦氏气单胞菌(Aeromonas veronii)N1菌株能稳定地诱导单细胞铜绿微囊藻的聚集,并产生群体结构。群体结构的形成包括游离单细胞的聚集,已有细胞的加速分裂和小团块的聚集。
3拟核区DAPI染色结合叶绿素自发荧光观察发现,N1菌能刺激铜绿微囊藻细胞分裂速度的加快,即与N1菌共培的藻细胞,处于分裂期的细胞在全部细胞中的比率提高;N1菌诱导的藻细胞聚集过程中,藻细胞内叶绿素荧光强度减弱,并伴随着胞内异常的黄色透明颗粒结构的出现。
4群体结构形成过程中,铜绿微囊藻细胞胞内重要生理生化过程发生了如下改变:胞内外可溶性多糖含量增加,共培36小时后,分别为对照组的5.5和7倍;藻胆蛋白含量发生改变,共培48小时,为对照组的5.52倍;膜脂过氧化产物丙二醛含量在群体结构形成初期急剧上升,结构稳定之后恢复正常;伪空泡蛋白基因GvpA1的表达受到诱导升高。
5N1菌对铜绿微囊藻群体结构形成的诱导作用具有以下特点:与N1菌的生长时期密切相关,对数期诱导聚团的效率和速度最大;具有细菌浓度依赖性,N1菌浓度A600>0.5才能诱导铜绿微囊藻产生稳定的群体结构;与藻细胞的浓度具有密切联系,藻细胞浓度越高,群体结构产生的速度越快,结构越稳定;此外,外加QS信号分子AHLs结构类似物,会抑制N1菌对铜绿微囊藻群体结构的诱导。
终上所述,韦氏气单胞菌N1菌株能稳定诱导铜绿微囊藻细胞产生群体结构,这种表型诱导作用具有浓度依赖的特点,并受到诱导细菌不同生长时期的影响,而且外加群体感应信号分子AHLs结构类似物会影响这种菌对藻的表型诱导作用,说明QS信号系统可能在藻-菌关系中发挥了重要作用。滇池水体中优势和次优势菌对水华蓝藻表型影响的普遍性,揭示了藻-菌互作在水华蓝藻生消的潜在作用,也在某种程度上反应出这种相互关系在自然生态系统中的重要性。