金鱼藻和水绵抑制铜绿微囊藻的机理研究

发布时间：2020-07-22 23:53

【摘要】：营养过剩是藻类水华的爆发主要因素,铜绿微囊藻是中国湖泊、水库及其他水域生态系统发生、形成富营养化危害的主要藻类。水生植物和藻类作为水生生态系统最基本的能量和物质流,彼此具有较强生态重位和较强的营养、光和空间的竞争。水生植物在改善水质、清洁水体、增加水体中溶解氧、消耗水体中的氮和磷和调节水生生态系统中的生物结构等都发挥了关键作用。因此,在富营养化的水生生态系统中,恢复水生植物特别是释放化感物质的水生植物来抑制藻类的生长,显得非常重要。沉水植物的实际应用面临着效率低下,生态安全危机、环境耐受脆弱等问题。因此选择高效、生态安全、环境耐受力强成为富营养化水体修复的热点。金鱼藻和水绵是中国水体中两种主要的沉水植物。金鱼藻是一种已知的高效的抑制蓝藻的沉水植物。金鱼藻通过释放化感物质、竞争营养、光和空间抑制蓝藻的生长。但是,水绵对蓝藻的化感抑制研究很少。本文主要从两个部分研究了铜绿微囊藻的化感作用：第一部分研究金鱼藻对铜绿微囊藻抑制作用的分子机理：1g金鱼藻和铜绿微囊藻共培养3d后,结果显示金鱼藻能抑制铜绿微囊藻的生长和影响其生理功能。金鱼藻能造成铜绿微囊藻藻胆蛋白的损失,其中藻蓝蛋白(PC)损失更最多,达到19.5%；别藻蓝蛋白(APC)和藻红蛋白(PE)相对较少,分别为71.7%和77.6%。通过PCR芯片和实时定量PCR实验检测金鱼藻能影响铜绿微囊藻细胞内基因表达量的变化。金鱼藻处理铜绿微囊藻后,能改变铜绿微囊藻的基因表达。与对照组相比,处理组铜绿微囊藻中的藻蓝蛋白相关基因(cpcA1、cpcB1、 cpcC1、cpcC2)、微囊藻毒素合成酶相关基因(mcyA、mcyB、mcyC)、细胞分裂蛋白FtsZ (ftsZ)、原叶绿素氧化还原酶(pro)、ATP酶(Atp、atpCa)表达量下降。跟生命节律相关基因(KaiA、KaiB、KaiC)、FAD依赖的氧化还原酶(fdo)等基因表达上升。这些结果表明金鱼藻能影响铜绿微囊藻细胞内的生长、生理机能可能是通过影响铜绿微囊藻的基因表达来实现的。第二部分主要发现了水绵能作为一种分泌化感物质抑制铜绿微囊藻生长的水生植物。将其与金鱼藻比较,发现水绵对铜绿微囊藻的抑制作用与金鱼藻相似,水绵培养液能抑制铜绿微囊藻的生长,导致铜绿微囊藻细胞内叶绿素的破坏和MDA含量增加。随着培养液浓度上升,水绵的抑制效果更强。同时,我们试图解决水绵在富营养化水体中耐受力差的问题。通过水绵和金鱼藻共生培养实验,结果发现水绵和金鱼藻共培养,能促进水绵和金鱼藻的生长和生物量,增强水绵在富营养化水体中的耐受力,对铜绿微囊藻的抑制效果也更加显著。当水绵和金鱼藻的比率为6：4时,对铜绿微囊藻的抑制效果达到最大,水绵和金鱼藻两种水生植物的生物量也最大。这些结果表明,水绵和金鱼藻对铜绿微囊藻的抑制具有相互促进的效果。这些实验结果为今后金鱼藻和水绵在富营养化水体中的应用提供研究基础和指导。
【学位授予单位】：湖南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X52;X173

【参考文献】