蓝藻伪空胞的特性及浮力调节机制

伪空胞为蓝藻在水体中提供浮力,使其获得适宜的生长条件,最终导致蓝藻水华暴发,了解伪空胞的特征对控制蓝藻水华暴发有重要意义。文章简要回顾了蓝藻伪空胞自1865年被Klebahn发现到1965年被正式命名的研究历程,目前已发现150多种原核生物中含有伪空胞;伪空胞是两末端呈圆锥状的中空圆柱体,伪空胞半径与临界压强遵循方程:Pc=275(r/nm)-1.67MPa;伪空胞气体含量可根据不同原理,利用Walsby伪空胞测定装置、压力浊度计和细胞流式仪测得。总结了伪空胞组成的化学特性,评述了伪空胞gvp基因丛结构功能和GvpA、GvpC的蛋白空间结构。GvpA是伪空胞合成的主要成分,gvpA在伪空胞内存在多个拷贝,其功能仍不清楚;GvpC由33个氨基酸重复单位组成,重复单位越多,伪空胞越不易破裂;概述了伪空胞3种浮力调节机制:镇重物的改变、伪空胞的合成、伪空胞的破裂;归纳了环境因子(光照、温度、氮、磷、钾)参与伪空胞浮力网络调控的途径。提出了目前伪空胞研究面临的困难和问题,对伪空胞的未来研究方向提出探索性的建议。

6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力研究

通过改进的压力毛细管法，研究了6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力，并研究了过滤（真空度为0．02MPa）和离心（离心力低于500r／min）2种细胞浓缩方法对细胞内伪空胞含量测定的影响．结果表明，对于分散的单细胞的微囊藻，无论是采用过滤还是离心的方法，都难以达到理想的浓缩效果；对于群体形态的微囊藻，可以采用离心的方法进行浓缩，对于丝状的浮游蓝丝藻，宜采用过滤的方法进行浓缩．此2种浓缩方法对细胞伪空胞含量的测定影响很小，伪空胞破裂率〈7％．6株蓝藻均为浅水湖泊藻类，由于长期自然选择的结果，6株蓝藻伪空胞的临界破裂压力比较接近．5株微囊藻伪空胞的临界破裂压力为0．64～0．67MPa之间；孟氏浮游蓝丝藻伪空胞的临界破裂压力为0．715MPa，与深水湖泊或水库的蓝藻相比，6株蓝藻的伪空胞平均临界破裂压力均较小；在相同光照和温度条件下，单细胞微囊藻的膨压比群体微囊藻的膨压略大．

压力下伪空胞破裂对3种水华蓝藻生长及光合作用的影响

采用批量培养方式,研究了伪空胞的破裂对3种典型水华蓝藻——铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、螺旋鱼腥藻(Anabaena spiroides)和孟氏浮游蓝丝藻(Plankothrix mougeotii)生长的影响,同时分析了伪空胞破裂对3种藻光合作用及细胞形态的影响.结果表明,伪空胞破裂对3种藻的生长影响不同,铜绿微囊藻和孟氏浮游蓝丝藻的细胞生长不受伪空胞破裂的影响,而螺旋鱼腥藻生长初期出现了5 d的延滞期;伪空胞破裂对3种藻光合作用影响较小,其中铜绿微囊藻和螺旋鱼腥藻的光合作用没有受到影响,而孟氏浮游蓝丝藻在饱和光强时最大光合作用速率降低了12.6%.铜绿微囊藻、孟氏浮游蓝丝藻及螺旋鱼腥藻细胞在伪空胞破裂后恢复较快,在3～5 d内又重新生成了大部分的伪空胞.

氮磷限制条件下螺旋鱼腥藻伪空胞合成及其浮力特征

伪空胞的合成与破裂是蓝藻浮力调节的主要方式.为研究固氮蓝藻浮力的形成及其调节能力,以螺旋鱼腥藻为代表,在外压作用下将螺旋鱼腥藻伪空胞压破,分别在氮限制〔ρ(TN)为1.65 mg/L,ρ(TP)为1.780 mg/L〕、磷限制〔ρ(TN)为16.50 mg/L,ρ(TP)为0.178 mg/L〕条件下研究伪空胞的合成、藻细胞垂向迁移及漂浮特性.结果表明:螺旋鱼腥藻的伪空胞完全破裂后,在氮限制条件下,藻细胞恢复浮力(漂浮率>50%)需56 h,伪空胞含量恢复到初始水平(2.47×10-7μL/cell)需要72 h;而在磷限制条件下伪空胞含量无法恢复到初始水平;氮限制和磷限制条件下螺旋鱼腥藻最大垂向迁移速率分别为1.4和0.8 m/d,磷限制条件对螺旋鱼腥藻伪空胞的合成及恢复更为不利.

蓝藻伪空胞的测定及其前处理方法(英文)

[目的]探讨蓝藻伪空胞的测定及其前处理方法。[方法]改进了测定伪空胞的毛细管压力法,对改进后的装置进行了检测限和精密度测试,并研究了2种浓缩方法和2种保存方法对3种蓝藻细胞数量和伪空胞含量的影响。[结果]改进后的蓝藻伪空胞测定装置其检测限达到0.0018μl/ml藻液,同一样品测定结果相对标准偏差小于1%。采用过滤和离心2种浓缩方法时,分散单细胞的微囊藻细胞损失都大于50%,其中小群体的微囊藻采用离心的方法细胞损失较小,而丝状的颤藻采用过滤的方法损失较小;这2种方法对伪空胞含量的影响均可忽略。3种蓝藻在直接冷藏和添加鲁哥试剂保存7d后,其细胞浓度和单位细胞的伪空胞含量均未发生明显改变,其中对于伪空胞,直接冷藏的损失更小;对于自然水体样品,宜添加鲁哥试剂进行保存。[结论]为研究蓝藻浮力调节机制及其暴发机理提供了理论依据。

蓝藻伪空胞的测定及其前处理方法研究

[目的]探讨蓝藻伪空胞的测定及其前处理方法。[方法]改进了测定伪空胞的毛细管压力法,对改进后的装置进行了检测限和精密度测试,并研究了2种浓缩方法和2种保存方法对3种蓝藻细胞数量和伪空胞含量的影响。[结果]改进后的蓝藻伪空胞测定装置其检测限达到0.001 8μl/m l藻液,同一样品测定结果相对标准偏差小于1%。采用过滤和离心2种浓缩方法时,分散单细胞的微囊藻细胞损失都大于50%,其中小群体的微囊藻采用离心的方法细胞损失较小,而丝状的颤藻采用过滤的方法损失较小;这2种方法对伪空胞含量的影响均可忽略。3种蓝藻在直接冷藏和添加鲁哥试剂保存7 d后,其细胞浓度和单位细胞的伪空胞含量均未发生明显改变,其中对于伪空胞,直接冷藏的损失更小;对于自然水体样品,宜添加鲁哥试剂进行保存。[结论]为研究蓝藻浮力调节机制及其暴发机理提供了理论依据。

太湖梅梁湾藻蓝蛋白转录间隔区基因和伪空胞基因表达及其影响因子

以室内铜绿微囊藻7806(Microcystis aeruginosa 7806)为对照,运用反转录定量PCR技术研究太湖梅梁湾水体蓝藻藻蓝蛋白转录间隔区基因(PC-IGS)和伪空胞基因(gvp C)在2013年1月至2014年1月的相对表达量,并分析它们与环境因子的关系.结果表明,PC-IGS相对表达量在2013年1—5月逐渐上升,并在5月达到最大值;gvp C相对表达量从2013年1月开始持续上升并在3月达到最大值;gvp C的表达早于PC-IGS.相关分析表明,PC-IGS的相对表达量与硝态氮、溶解氧浓度均呈极显著正相关,与亚硝态氮、铵态氮以及正磷酸盐浓度均呈显著正相关,与p H值呈显著负相关,与温度、总氮和总磷浓度均无显著相关性;gvp C的相对表达量与硝态氮、铵态氮以及正磷酸盐浓度均呈极显著正相关,与总氮和亚硝态氮浓度呈显著正相关,与温度和p H值均呈显著负相关,与溶解氧和总磷浓度均无显著相关性.

微囊藻伪空胞gvpA、gvpC与其物理性状之间相关性分析

为了探究gvpA基因拷贝数和gvpC基因内保守重复序列的作用,利用3株微囊藻包括铜绿微囊藻FACHB910、FACHB930以及惠氏微囊藻FACHB929为材料;测量了伪空胞长度、伪空胞直径、相对气体含量、表观压强、临界压强和细胞膨压等性状,分析了gvpA基因拷贝数目、gvpC基因内保守重复序列与这些性状之间的相关性.结果表明,gvpA基因拷贝数目与伪空胞相对气体含量呈极显著线性相关,相关系数为0.999;gvpA基因拷贝数目与伪空胞直径呈极显著负相关,相关系数为-0.861;gvpC基因内保守重复序列与伪空胞直径呈极显著正相关,相关系数0.911,与伪空胞相对气体含量、表观压强、临界压强呈极显著负相关,相关系数分别为-0.851、-0.999、-0.928.故推测:同一藻种内,gvpA基因拷贝数是影响伪空胞相对气体含量的主要因素;伪空胞的直径不仅受到gvpC基因内保守重复序列数量影响,而且还可能受到gvpA基因拷贝数调控.

超声波对滇池蓝藻伪空胞和群体沉降性能的影响

为提高混凝沉淀藻水分离技术的分离效果,以滇池新鲜蓝藻为研究对象,研究不同超声波处理条件下,超声波对伪空胞、蓝藻群体沉降性能及水体水质的影响。结果表明:超声波对伪空胞的破坏效果满足准一级动力学规律,反应速率常数k随着超声波功率密度的增大而增大,并逐步趋于饱和;短时间低功率(5 s,5.0~16.7 W·L^-1)的超声波能破坏伪空胞,改善蓝藻群体沉降性能,降低水体pH,且对水体DTN、DTP浓度的影响<5%;在保证出水安全的前提下,综合考虑处理效果和经济成本,超声波功率密度16.7 W·L^-1、处理时间5 s为超声波处理滇池藻样的最佳条件,该条件下蓝藻伪空胞破坏率、沉降率分别为84%、80%。利用超声波对滇池蓝藻进行处理,确定了超声波对滇池蓝藻的伪空胞有破坏作用,可以改善蓝藻群体的沉降性能,达到大规模、无污染的藻水分离的目的,为蓝藻水华控制提供参考。

藻华高风险期微囊藻在洱海中的垂直分布特征及其影响因素

大量微囊藻浮力调节及其垂向迁移是形成蓝藻水华的重要机制之一.为研究微囊藻的垂直分布特征及影响因素,以洱海北部湖心为监测点位,采用野外采样室内分析的方法,于2016年9—12月对微囊藻生物量、伪空胞体积、粒径等指标进行了测定.结果表明:9—11月微囊藻生物量逐月增长并于11月达到峰值(1.77 mg/L),在12月出现下降(月均值为0.34 mg/L);9月、11月微囊藻伪空胞体积(18.0~22.6μm3/cell)较高,10月、12月较低(10.2~17.3μm3/cell);9—11月微囊藻的垂向迁移速率(5.4~14.5 m/d)、漂浮百分率(57%~96%)及群体粒径(91~305μm)逐渐增大,12月明显减小.微囊藻生物量、伪空胞体积及群体粒径的垂直分布规律均表现为表层最高,中层次之,底层最低.9—11月,微囊藻在洱海中出现垂直分层现象,伪空胞提供的浮力作用和藻群体粒径作用大于风力扰动作用,促使微囊藻在水柱中主动迁移并聚集在水面;而在12月,风力扰动对微囊藻垂直分布的影响远超过浮力及粒径的作用,微囊藻在水柱中趋于均匀分布.研究显示,藻华高风险期微囊藻在洱海呈弱分层分布,且浮力及群体粒径是影响其垂直分布的主要因子.

加压对微囊藻的影响及其生态风险探讨

为了探究加压对微囊藻的伪空胞、细胞形态、群体粒径、光合活性、漂浮率的影响,缓解富营养化水体表面的蓝藻水华堆聚问题,弄清加压后下沉蓝藻的去向及其可能导致的水质生态风险,实验比较了在有光和无光条件下未加压和加压微囊藻的生长差异。结果显示,在0.7 MPa、30 s加压条件下,水体表面漂浮的微囊藻群体在加压后迅速下沉,漂浮率由95%下降至1.99%;藻细胞内的伪空胞破裂,藻细胞变形萎缩,群体粒径变小,光合活性下降,但细胞膜未破损。未加压和加压后的藻样在有光与无光条件下培养至第3天,加压下沉的藻在光照条件下有17.91%重新上浮至水体表面,并且其光合活性逐渐恢复。透射电镜结果显示,上浮藻细胞内有伪空胞重新生成;反转录PCR结果表明,实验第3天,光照加压处理组伪空胞gvpA和gvpC基因表达较其他实验组显著上调,表明细胞进行了伪空胞合成过程。所有处理组水体中溶解性总氮(DTN)含量在前3 d无明显变化,但3 d之后均不断上升;且加压后水体中DTN含量在无光条件下比有光条件下更高。研究表明,加压后下沉的微囊藻在无光条件下更易衰亡并释放有机物,导致水体DTN含量增加,应及时清除下沉蓝藻,避免水质恶化。

鳙对加压处理前后蓝藻的消化分析

为探究蓝藻加压对藻类结构及鳙Aristichthys nobilis消化吸收所产生的影响,采用物理技术和生物技术相结合的方法,对蓝藻分别进行未加压和加压处理(0.7 MPa,1 min),利用不同规格的鳙(体质量分别为81.0 g±2.1 g、103.0 g±3.1 g、130.0 g±3.4 g)对两种处理状态的蓝藻进行摄食消化试验,用电镜观察不同处理状态的蓝藻在摄食前、摄食中和摄食后的形态变化。结果表明:电镜观察显示,摄食前未加压处理的群体蓝藻细胞间胶质连接明显、边缘模糊、细胞圆滑,而经过加压处理后,蓝藻群体结构被破坏,呈散状细胞且边缘清晰;经鳙摄食后,中肠内和粪便中加压处理藻细胞凹陷程度和破裂程度均明显高于未加压处理的蓝藻细胞;体质量为103.0 g的鳙对加压处理蓝藻的消化率显著高于未加压处理的蓝藻(P<0.05),鳙对加压处理蓝藻的消化率高达83.2%,对蓝藻原液的消化率约为65.7%。研究表明,加压处理促进了鳙对蓝藻的消化,本研究结果为探寻更加有利于生态保护的淡水水体综合处理方法提供了科学参考。

报告基因在超声成像中的应用进展

报告基因是超声成像基础研究中的一种重要工具,具有便捷、可靠、敏感性高等优点,可对多种不同生物学和分子遗传学过程进行显像。本文就多种报告基因在超声成像中的应用进展进行综述,为该技术进一步拓展生物医学应用提供新的方法和思路。

超声波除藻技术进展及其应用前景

近年来,以蓝藻水华为表征的水体富营养化已逐渐成为全球范围内湖泊和水库面临的主要生态环境问题。去除和控制藻类水华,特别是产毒蓝藻水华已经成为湖泊和水库生态修复的关键环节。目前,国内外学者研究了各种控藻技术来治理蓝藻水华,主要包括:化学杀藻法、化学絮凝法、黏土凝聚法和超声辐射法等。其中,超声波控(除)藻属于环境友好型技术,近年来越来越受到国内外的普遍关注,并逐渐应用于藻类水华应急处理。本文介绍了超声波除藻技术的进展及应用前景。