蓝藻水华暴发期间微囊藻基因型组成的时空变化及其相关环境因子

发布时间：2020-05-30 09:19

【摘要】：微囊藻是一种可以产生微囊藻毒素(MC)的蓝藻,而蓝藻水华暴发会给当地的工业、娱乐业、旅游业以及饮用水供应造成巨大的负面影响。夏季和秋季蓝藻水华暴发期间,太湖中MC污染严重,严重威胁人体健康。太湖春季至秋季期间环境因子变化显著,但以微囊藻为优势物种的蓝藻水华依然频繁暴发。作者推测微囊藻基因型演替在微囊藻适应环境因子变化及水华长久维持过程中发挥了重要作用。水华暴发期间微囊藻基因型组成的时间变化研究结果表明,从春季到秋季主要的cpcBA基因型数目有增加的趋势。DGGE图谱的主要成分分析的排序图显示,三个采样点中微囊藻cpcBA和mcyJ基因型组成均发生了逐渐演替现象,并且微囊藻基因型组成在三点间无明显差异。冗余度分析发现,除了湖心的mcyJ基因型组成演替外,其他情况下微囊藻cpcBA和mcyJ基因型组成的演替都与硝态氮、pH和化学需氧量(COD)显著相关。这三个环境变量同时也和chl a以及MC浓度有很强的相关性。这些结果意味着能够影响微囊藻群落组成的环境变量可能同时会影响微囊藻的生长和MC产量。太湖是一个拥有2250m2水面积的大型淡水湖泊,蓝藻水华暴发期间,太湖北部、西部和中部水域为水华频发水域。了解微囊藻水华在这些水域间的分布规律以及相关因子将有助于开展水华的预防和控制工作。对太湖北部、西部以及中部水域的微囊藻cpcBA基因型组成空间变化的研究未发现有空间分布规律,此结果意味着水华频发水域的蓝藻会发生交换。冗余度分析也未曾发现与微囊藻cpcBA基因型空间分布显著相关的环境变量。与cpcBA基因型组成不同的是,mcyJ/cpcBA比值存在空间差异,但是此空间差异与环境因子也无显著相关性。Chl a既存在明显的空间分布差异并且此空间分布差异在6月9日和8月22日与氮(N)、磷(P)和COD显著正相关,不过这种相关性在10月15日的调查中未曾发现。将三个日期样品综合分析时发现,硝态氮、总可溶氮(TDN). COD和总磷(TP)与微囊藻cpcBA基因型组成的时间变化显著相关；mcyJ/cpcBA的时间变化与TDN和硝态氮显著负相关,而与TP和总可溶磷(TDP)显著正相关；chl a与P和COD显著正相关,但是与N却是显著负相关。以上结果意味着富营养化程度对微囊藻cpcBA基因型组成和mcyJ/cpcBA比值的影响可能是一个长期的过程,而蓝藻水华的生长对富营养化程度的响应则很迅速,同时作者还认为特定水域蓝藻水华的生物量并不总是主要由蓝藻的原位生长所决定。蓝藻水华可以在不同水域之间迁移,而太湖中蓝藻水华的迁移主要通过风驱动的表面漂移来进行。由于微囊藻群体的漂浮能力与其大小相关,使得不同大小群体存在空间分布的差异。我们将从竺山湾采集的微囊藻按群体大小分为50μm、50～100μm、100～270μm和270μm四个级别,研究各级别群体在产毒和基因结构上的差异并推测其对MC空间分布的影响。结果表明,50μm、50～100μm、 100-270μm和270μm的群体产生的MC分别占总MC浓度的12.19±11.17%、19.48±7.85%、61.29±12.57%和7.03±±9.56%。其中50～100μm、100～270μm以及270μm的群体占总细胞密度的比例与MC总浓度呈正相关,而50μm的群体占总细胞密度的比例与MC总浓度则呈负相关。单个细胞MC含量有随群体增大而增高的趋势,不过在6月11日至9月16日期间,100～270μm的群体单个细胞MC含量要比270μm的群体含量高。50μm的群体中毒性较弱的MC-RR异构体比例最高,并且100μm的群体中毒性最强的MC-LR比例要高于100μm的群体。实时荧光定量PCR结果表明,较大群体中产毒基因型的比例较高。对PCR-DGGE图谱的主要成分分析表明,50μm和50μm群体的cpcBA以及mcyJ基因型组成有明显差异,cpcBA基因型组成在50～100μm、100～270μm和270μm群体之间也有差异。这些以结果意味着太湖蓝藻水华暴发期间不同大小微囊藻群体的单个细胞MC含量以及MC异构体组成有差异,并且这种MC含量和组成的差异可能主要源自于它们基因型组成的差异。由于大群体主要存在于水表层,容易在水平空间发生转移。因此,太湖水质监管以及饮用水供应相关部门需要注意水华暴发期间较大微囊藻群体的出现和转移,并且可以考虑将大群体的密度作为衡量水华毒性的一个参考指标。考虑到微囊藻在自然界主要是以群体形态存在,我们比较了一株具有溶藻效果的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa) ACB3对单细胞和群体微囊藻溶解效果的差异。我们发现铜绿假单胞菌能够强烈的抑制单细胞微囊藻的生长(86.62%至97.54%的溶藻活性)和光合活性,但是却很难抑制群体微囊藻的生长和光合活性。除此以外,经过铜绿假单胞菌处理后的群体微囊藻的群体大小会减少(群体大小为对照组的3.18%至49.67%)。本实验所给出的数据为分析溶藻菌在微囊藻群体在自然界中获得选择优势中的作用以及对自然水体中微囊藻生长的影响提供基础信息。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：Q949.2;X524
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本文编号：2687928