关键词:
铜绿微囊藻
菌藻互作
多物种相互作用
摘要:
近些年来,由于人们生产生活的影响,许多水域富营养化不断加剧,导致蓝藻水华频繁爆发。铜绿微囊藻是淡水水体中最常见的水华蓝藻之一,不仅会劣化水质,影响生态环境,还会产生各种生物毒素,随食物链流动进入人体,危害生命健康。在藻类的生长过程中,藻细胞周边往往会形成营养相对丰富的“藻际环境”,同水域中的一些细菌建立密切的物质交换与信号转导关系,最终形成一个相对稳定的微型生态系统。在藻际环境中,细菌与微藻间存在着紧密的相互作用关系,部分细菌的存在对藻类生长与竞争具有重要作用。因此,探究藻类与细菌的互作关系对理解水华生长与消亡的机制、发展水华的控制方法具有重要意义。
本研究发现铜绿微囊藻FACHB-905的培养物中含有多种附生细菌,在外源碳源存在情况下,金黄杆菌Chryseobacterium sp.A4等细菌的抑藻能力会显著加强。同时,附生细菌中也含有能减弱这种抑制作用的其他细菌,从而在群落中形成复杂的多物种相互作用关系.。因此,该体系是探索蓝藻与其他微生物复杂的多物种相互作用的良好材料。本研究以这些微生物为对象,开展了A4抑制蓝藻,以及其他微生物对A4抑藻效果的影响的多物种相互作用研究。主要结果如下:
(1)铜绿微囊藻FACHB-905附生细菌的分离与鉴定。从铜绿微囊藻FACHB-905共生体系中分离纯化得到了7株附生菌,分别命名为A1-A8,并通过16S r RNA基因测序进行菌种鉴定,其中α-变形杆菌5株,γ-变形杆菌1株,黄杆菌1株,均为藻际环境中常见的附生菌。
(2)附生菌与微藻的共培养。在多种条件下进行微藻与单种附生菌的共培养,探究各附生菌与微藻的相互作用关系。研究发现A4(金黄杆菌属细菌Chryseobacterium sp.A4)是一株强力的藻类抑制细菌,能够显著抑制微囊藻和集胞藻PCC 6803。共接种结果也表明,A4可以通过分泌某种物质抑制微藻的生长。
(3)其他细菌对A4菌抑藻作用的影响。通过与其他分离细菌的共培养实验,发现其他细菌在一定程度都有削弱A4菌抑藻能力的效果,其中A3(农杆菌属细菌)的作用最强,能显著降低A4菌对藻类的抑制作用。同时,在细菌间互作关系的研究中,发现A3与A4之间存在着较强的竞争性关系。
(4)细菌基因组的分析与相互作用机制预测。利用三代测序技术对附生菌A3和A4进行了全基因组测序与生物信息学分析。根据基因组的GO、KEGG、CAZy和anti SAMSH功能预测分析,推测细菌间可能存在的相互作用机制,为后续互作机制的进一步研究奠定了基础。
综上所述,本研究发现了FACHB-905培养体系存在多种附生菌,在添加外源碳源条件时,菌藻间的相互作用可由稳定共存转变为抑制藻类生长。其中,主要抑藻菌A4的作用又可受到其他细菌的反抑制,从而发生着复杂的多物种相互作用。本研究对认识菌藻间复杂的互作关系、水体微生物群落结构形成以及发展藻华防控技术提供了新的科学依据。