水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展

湖泊和水库等水体富营养化通常会引起藻类水华暴发.已有较多研究总结了光照、温度、营养盐等环境因素对藻类水华发生的影响方面的进展,但缺乏对水动力因素影响藻类生理生态学乃至水华发生等方面的研究总结.本文通过梳理水动力条件对藻类生长、种群结构的影响及其作用机制,以及临界流速和人工混合对藻类的影响等方面的研究发现:在藻类生理学方面,水动力条件主要影响藻类的生长、细胞形态、营养盐吸收、光合作用活性和酶活性的变化;在藻类生态学方面,不同藻类对应的临界流速有所差异,水动力条件的变化会导致优势种之间的转变;人工混合使局部水体藻细胞密度降低进而改善水质.对今后的研究热点进行展望:后续仍需进一步研究水动力条件对藻类生理的影响,不仅是酶活性和相关物质的吸收,还应包含胶被、产毒特性和基因序列等方面;应用于实际湖库的临界流速、水体扰动方式、扰动时间、扰动频率和最佳深度的探究,旨在推进藻类水华控制、保障水质安全等方面的相关研究.

水域生境好氧不产氧光合细菌(AAPB)研究进展

好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB)是广泛分布于海洋、湖泊及河流等典型水域生境中的异养原核生物,能够以环境中有机物为营养物质来获取细胞生长及代谢所需的能量,同时借助自身独特的菌绿素完成光合作用产能但不合成氧气,在物质循环与能量流动中扮演着重要角色.近年,越来越多的AAPB种属被陆续报道,基于光合基因,例如光合反应中心M亚基(pufM)的分子系统发育分析显示,大部分AAPB属于α-、β-及γ-变形菌,且丰度及多样性随生境的不同而呈现时空地理格局异质性.本文对AAPB的栖息环境与生长特性、丰度与分布、生态功能以及环境驱动因子等方面的研究进展进行了回顾和综述.目前,针对水库生态系统AAPB的研究鲜见报道,作者建议开展水库生境中AAPB多样性分布、环境驱动因素及生态功能研究,丰富对于水生生态系统中功能微生物种群生态结构与代谢功能的认识.

分层型水库藻类垂向演替的水质与细菌种群调控

浮游藻类和细菌是水生食物网的重要组成部分,在水源水库生态系统物质循环和能量流动方面发挥关键作用,藻类的空间演替与水体细菌种群代谢和结构演变关系密切.因此,本文以李家河水库为研究对象,在分析水库水质指标基础上,采用高通量DNA测序技术和Biolog技术,研究水库藻类暴发期,浮游藻类和细菌群落结构垂向演替特征及其与水质的偶联关系.结果表明,李家河水库在8月处于热分层期,水体pH、DO和NH+4-N随深度变化均逐渐降低(P<0.001).藻密度和Chla呈现同步变化趋势(P<0.001),表层最大分别为3 364.33×104 cells·L-1和7.03μg·L-1.藻类群落结构在水深0 m和3 m处以微囊藻为主,而在水深6 m处,小环藻取代微囊藻成为最优藻属,相对丰度达57.28%.Biolog结果表明,微囊藻的暴发对细菌代谢活性及其相对丰度产生较大影响,但细菌种群代谢活性多样性变化不显著.高通量测序共发现1 420个OTUs,隶属于10个细菌门类,其中放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)在不同水层均为最优门类,其相对丰度之和达50%以上;绿菌门(Chlorobi)和浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度随着水深增加发生显著变化,均在6 m深度达到最大值,分别为10.29%和6.78%,且与水层藻密度呈显著负相关(P<0.05);厚壁菌门(Firmicutes)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)与藻密度呈显著正相关(P<0.05).热图(Heat map)指纹图谱表明,李家河水库的细菌群落结构垂向分布差异显著,且随着水深的增加,细菌群落分布更均匀并趋于多样性.冗余分析(RDA)表明,细菌和藻类的群落结构的垂向分布受不同水质指标调控且差异显著.对水源水库藻类暴发期藻类与细菌群落的偶联机制进行探究,为水源藻华消涨的分子微生态驱动机制研究提供科学依据.

分层型水库藻类季相演替的细菌种群驱动机制

浮游藻类和水体中的细菌是水生食物网的组成部分,在淡水生态系统的结构和功能中发挥着关键作用.然而,对于水库当中藻类和细菌群落如何互作及其对变化的环境条件的响应研究却较少.本文以李家河水库为研究对象,采用16S rDNA高通量测序技术和共生网络分析方法,分析了藻类种群时空演替与细菌群落的生态互作关系.结果表明,在藻类群落结构中,硅藻和绿藻也为全年优势门类,且在8月,蓝藻取代硅藻成为第二大优势门类,平均相对丰度为30.13%.DNA测序分析表明,变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为全年优势细菌,其中变形菌门在7月达到全年最大相对丰度71.68%.酸杆菌门和异常球菌-栖热菌门作为稀有类群,其相对丰度最大分别为10.20%和5.56%.共生网络分析表明,藻类与细菌之间的关系以正相关居多,表明二者之间的互作关系可能以互利共生为主.Methylotenera作为关键节点,与小球藻呈显著正相关.柵藻作为藻类群落中的关键节点,与甲基杆菌属、Solitalea和红育菌属等多种细菌显著负相关.RDA分析表明,藻类和细菌群落的演替受到水温、pH和电导率的显著调控,环境因子对藻类和细菌群落变异解释分别为93.1%和90%.本研究结果将为深水型水源水库生态系统中藻菌互作关系的微生态驱动机制提供科学依据.

水源水库真核微生物种群结构季相演替特征

真核微生物广泛存在于水环境中且具有重要生态学功能,揭示其群落演替及其驱动因子对于研究水体生态系统的能量流动和物质循环具有重要意义.然而关于水源水库中真核微生物群落季相演替特征的研究却鲜见报道.本研究通过对李家河水库水质监测,并采用高通量测序技术和共生网络分析,探究了真核微生物种群结构的季相变化及其与水质因子的响应关系.结果表明,李家河水库水体pH处于(7.49±0.13)~(9.26±0.14),ρ(DO)最低为(7.80±0.33)mg·L^(-1),ρ(NH_(4)^(+)-N)最高为(0.31±0.01)mg·L^(-1),水质整体符合地表水Ⅱ类标准.真核微生物种群Shannon指数和Chao1丰富度指数夏季显著高于春秋季节.节肢动物门在春末至夏季中期为优势门,刺胞动物门和绿藻门为夏末至秋季的优势门.Telonema sp.为春末优势属(50.53%),扁藻属为夏初(30.11%)和秋初(41.34%)的优势属,Junceella sp.在夏末及秋季前中期均有较高相对丰度.杯鞭虫属(Bicosoeca sp.)、尖毛虫属(Oxytricha sp.)和壳虫属(Tintinnidium sp.)为共生网络中的关键节点,与其他真核微生物间具有显著负相关.RDA分析表明,真核微生物群落结构的季相分布受不同水质指标的调控且差异显著.本研究结果将为了解水源水库中的真核微生物群落结构动态变化及其与水环境的关系提供科学依据.

分层型水库水体好氧不产氧光合细菌时空演替特征

好氧不产氧光合细菌(aerobic anoxygenic photosynthesis bacteria,AAPB)以多样的群落结构及独特的代谢功能在水体物质循环中扮演着重要角色.基于实时荧光定量PCR及Illumina MiSeq高通量DNA测序技术研究金盆水库水体中AAPB丰度及群落结构时空演替特征,结合冗余分析揭示环境因子对其群落结构影响规律.结果表明,金盆水库水体AAPB丰度(以pufM基因计)变化范围为(6.70±0.43)×10^3^(2.69±0.15)×10^4 copies·mL^-1,最大值出现于10月,且随水深增加而减小.样本主要归为19个属(除未分类菌属外),优势AAPB菌属包括慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.)和甲烷菌属(Methylobacterium sp.),两者隶属α-变形菌(α-Proteobacteria),其中慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.)占比于11月最高,高达60%以上(除10 m外),此外也发现了以低比例存在的红长命菌属(Rubrivivax sp.),隶属β-变形菌(β-Proteobacteria).AAPB不同属间存在较强的互作关系,如红杆菌属(Rhodobacter sp.)与小红卵菌属(Rhodovulum sp.)呈正相关,噬氢菌属(Hydrogenophaga sp.)与慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium sp.)呈负相关等.AAPB种群结构组成及分布差异显著,主要受T、 TN、 NO-3-N和光照强度影响,且由环境因素综合调控.如10月水深0、 5和15 m水体AAPB种群结构受水温(T)、总氮(TN)和总磷(TP)显著影响, 12月水深5 m水体AAPB种群结构受光照强度、pH、溶解氧(DO)和叶绿素a(Chla)显著影响等.研究结果对解析分层型水库水体AAPB丰度和多样性的时空变化特征具有指导意义,并为探索AAPB种群结构的水环境驱动因素提供理论依据.

典型水环境微生物源异嗅物研究进展

致嗅微生物主要包括放线菌、藻类和黏细菌等,广泛存在于水源水库、湖泊、溪流和海洋等典型水生态系统中,代谢产生的异嗅化合物痕量即可造成严重的异嗅味,威胁供水安全.目前,大量研究集中在异嗅化合物的有效控制上,投入使用的有物理和化学等方法,但存在问题,有待改进与完善,微生物法对环境友好,因此具有广阔的应用前景.本文从异嗅化合物的种类、生物源、检测方法、控制措施、影响因素及产嗅机制等方面的研究进行综述,并进行展望,讨论今后研究热点,旨在推进异嗅化合物的相关研究,保障城镇供水安全.