外源有机碳浓度对藻菌关系及氮磷去除的影响

采用实验室一次培养法,以葡萄糖为有机碳源,对地衣芽孢杆菌和丝藻进行单独及混合培养,研究了外源有机碳浓度对藻菌相互关系及氮磷去除效率的影响。结果表明,当水体中葡萄糖质量浓度不高于20mg/L时,地衣芽孢杆菌能显著促进丝藻的生长。尤其当葡萄糖质量浓度为20mg/L时,藻菌体系叶绿素荧光强度最大可达5227,较纯丝藻体系相应值提高约15%;当葡萄糖质量浓度为50 mg/L时,藻菌体系对水体中NH_4^+-N和PO_4^(3-)-P的去除率分别达到27%和60%,显著高于纯丝藻及纯菌体系相应值;当葡萄糖质量浓度高于50mg/L时,藻菌体系和纯丝藻体系对氮磷的去除率无显著差异;当葡萄糖质量浓度高于100mg/L时,地衣芽孢杆菌明显抑制丝藻的生长。

藻菌关系的生态网络研究方法:回顾与展望

藻类与细菌是海洋生态系统中重要的组成部分,两者间复杂的互作行为在维持共生关系、物质代谢以及协同进化中具有重要的生态意义.以往的研究证实了藻菌关系中多样化的表现,包括互利、共生、拮抗以及互害等.然而,由于藻菌关系的复杂性,传统工具无法充分挖掘暗藏在藻菌之间的深度信息.鉴于全球变化对海洋生态系统的影响和微生物组学的发展,藻菌关系的研究视角也逐渐上升到系统生态学层面.得益于高通量测序技术的快速发展和大数据分析能力的建立,藻菌关系的研究迎来了新机遇,其中微生物生态网络就是核心的一环,它影响着共生关系的建立、交互行为的发生以及生态事件的走向.鉴于此,本文以大数据背景下的信息为基础,尝试回顾与总结藻菌生态网络的研究进展,包括网络的属性、网络的构建方法、网络的功能,以及藻菌关系中共发生模式(分子网络、代谢网络)与生态意义.最后,提出了建立藻菌互作知识网络数据库、藻菌生物互作图形数据库的构想,以期充分发挥网络的鲁棒性来挖掘藻菌关系背后的全局性信息,为深入揭示藻际微生态的分子机制及其在海洋生态系统中的多维作用提供借鉴.

污泥脱水液培养小球藻体系中藻菌关系研究

为探究污泥脱水液中自生菌对小球藻(Chlorella vulgaris)生长的影响及其相互关系,本研究设置了藻菌共培养(A+B)、小球藻单独培养(A)、细菌单独培养(原污泥脱水液,B)三组对比实验。经过72 h培养,藻菌共培养组中小球藻的生物量为1.59 g/L,显著高于小球藻单独培养组的1.24 g/L,表明藻菌共培养能促进小球藻的生长。培养过程中对CO_(2)和O_(2)的监测发现,小球藻与细菌之间能够相互利用彼此释放的CO_(2)和O_(2)实现互利共生。藻菌共培养组中COD、TP、TN、NH_(4)^(+)-N的利用率分别为84.8%、81.4%、75.5%、86.8%,均大于藻、菌单独培养组的,且小球藻对TP、TN、NH_(4)^(+)-N的利用率相对较大,自生菌与小球藻对COD的利用率相当。胞外聚合物的检测显示,小球藻分泌的蛋白质与多糖明显高于自生菌的。高通量测序表明,共培养体系中的优势菌属假单胞菌属(Pseudomonas,丰度为44.2%)、Alicycliphilus(丰度为25.7%)、Gemmobacter(丰度为13.5%)、黄杆菌属(Flavobacterium,丰度为6.9%)。扫描电子显微镜观察到藻菌之间通过胞外聚合物粘连在一起成簇团生长。

微藻与细菌作用关系的研究进展

藻类是水生环境中的初级生产者,它的生长常常伴随着细菌并受菌的影响。有研究者指出藻类和细菌有着密不可分的关系。一些研究表明与藻相关的主体细菌是特定的细菌群体,特别是α-变形菌频繁地发现,说明这类菌可能能够开启和维持共生关系。最近的研究提出了营养物质交换是菌藻共生的基础,这类相关化合物是复杂的和特定的分子,可能参与信号处理和监控作用,而不只是被动扩散。同时,这种作用很明显不是静态的,它的开启和终止可能是对环境和发育的响应。需要指出的是明确菌藻关系的作用机理还有待于进一步的深入研究,本篇综述结合新提出的理论,对细菌与微藻作用关系的研究进展进行总结,概括了微藻与菌的作用关系(进化关系,营养依赖,代谢互补和协作生物合成),这种作用关系涉及到的菌的分类(膜菌和藻际微环境菌,促生菌PGPB和溶藻菌)以及菌藻作用的应用(废水处理和生物燃料生产)的情况,并对菌藻关系的未来发展做了展望。

塔玛亚历山大藻藻际细菌溶藻过程

海洋微藻在生长过程中向周围环境分泌多种胞外产物,形成细菌自由生长的藻际环境,藻际细菌对微藻的生长有一定的调控作用。在指数生长期的塔玛亚历山大藻培养液中加入φ为1%的2216E培养基,在加入2216E后16h内藻细胞全部裂解。用数码显微镜记录了藻细胞形态变化,分别用DAPI法和荧光模拟底物法测定了细菌数量、胞外酶活性变化,结果表明:在溶藻过程中细菌数量、胞外酶活性在第6小时到第10小时增加了50～100倍。塔玛亚历山大藻藻际细菌主要分布在藻细胞表面,其群落结构改变和数量剧增是溶藻的主要原因,细菌分泌的β-葡萄糖苷酶和几丁质酶可能在溶藻过程中起重要作用。

北极海域优势种微单胞藻(Micromonas sp.)与其关联菌群的相互作用

以夏季北极海域的优势微藻-微单胞藻(Micromonas sp.,CMPP2099)及其关联菌群为切入点,对这两个重要生态学角色之间的相互关系进行了探索研究。实验选择两种不同生长状态的微单胞藻(指数生长期和稳定生长期);并针对微单胞藻的这两种生长状态,添加外源细菌(单一外源细菌和自然外源细菌)作为实验组。研究发现,无论添加细菌与否,都不会对微单胞藻的生长产生影响,微单胞藻均保持着正常稳定的生长状态,且微单胞藻能够促进细菌的增长。稳定生长期实验组的细菌数量明显高于指数生长期的细菌数量。微单胞藻由于其不具胶体形成的细胞特性,在藻菌共生中并没有发现透明胞外聚合颗粒物(transparent exopolymer particles,TEP)大量存在。添加外源细菌对培养液中的微单胞藻生长、细菌的数量、溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、透明胞外聚合颗粒物(TEP)和溶解游离氨基酸(dissovled free amino acid,DFAA)的浓度并无影响,而仅仅由于其所在状态不同存在着差异。该研究初次开展的北极中心海域优势藻种及关联菌群之间关系研究,对极地海洋生态系统中的微食物环有着重要的意义,并为在极地海域中的微食物环-优势浮游植物-微生物种群之间的生态协作提供了实验和理论依据。

三角褐指藻及其藻际细菌对不同无机氮源的响应

海洋生态系统中,浮游植物和细菌之间的相互作用是影响营养盐供应和再生、海洋初级生产力和生物地球化学循环的基本生态关系。为研究营养盐、浮游植物和细菌之间的关系,在实验室内培养条件下,通过改变氮源的形态(硝态氮和铵态氮)和浓度,研究海洋浮游植物三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)的藻际细菌在不同营养条件下的响应。通过测定不同体系中的无机氮浓度、藻体内氮浓度和三角褐指藻及其藻际细菌的生物量变化,探讨了藻-菌生物量变化的差异以及氮浓度和藻生长的关系;采用二代高通量测序(16S rDNA)的方法分析了三角褐指藻生长过程中的细菌群落结构。结果发现,具有分泌铵态氮促进藻类生长功能的噬甲基菌属(Methylophaga)和海杆菌属(Marinobacter)细菌相对丰度在高浓度(溶液中无机氮浓度为500μmol/L)组中均会随时间的增加而减少。不同培养体系下,促进三角褐指藻生长的氮源主要来自实验初期外部无机氮的添加,并且所有处理组中外部氮消耗率和藻体内氮的增长率近似相等,说明在本实验培养体系中藻际细菌虽然会对不同培养条件有所响应,但对三角褐指藻的生长影响较小。

海洋中藻菌相互关系及其生态功能

海洋中藻类与细菌密不可分,具有错综复杂的互作关系(如互利共生、敌对拮抗或竞争抑制等),共同构成了海洋生态系统结构与功能的重要调控者。在藻类细胞周围往往存在着特殊的藻际微环境,其中生存着独特的微生物群落,因此藻际环境成为藻菌相互作用的主战场。藻际环境中细菌群落的构建具有一定的规律。在自然生态系统中,藻菌互作影响赤潮生消动态过程,并在水质修复中具有重要作用潜力。同时,藻类和细菌作为驱动海洋固碳与储碳的主要生物因子,在海洋碳循环中具有尤为重要的作用。本文对海洋中藻菌互作关系的研究现状进行了综述,并在此基础上,对未来研究提出了几点展望。例如,目前对海洋中藻菌关系受病毒的调控作用了解甚少,值得未来深入研究。

群体感应信号对“藻—菌”关系的调节作用

藻类的生消过程中有多种微生物参与,其结构多样性和功能多样性构成了藻菌间复杂的共生关系.这些共生关系的行使依赖于一定的群体数量和组成结构,并受化学信号调节.本文聚焦于群体感应信号(Quorum sensing,QS),从化学生态学视角综述QS信号介导下的微生物行为.生存在微生物群落中的个体并非以单个形式独立存在,而是具有一定的结构,且个体之间存在广泛的交流,QS信号便是通讯语言之一.细菌可以利用QS信号进行信息交流,协调群体行为,并调控特定基因表达.QS介导下的菌群行为包括在藻际生态位(Niche)的营造、生物被膜(Biofilm)的形成、物质代谢(C、N、S、Fe)的调节以及对溶藻行为的调控等.藻菌关系除了受QS调节外,其抑制剂(Quorum sensing inhibitor,QSI)也参与藻菌的共生关系.基于共生环境中存在着对藻类影响性质各异的菌群(有益菌或有害菌),开发QS或QSI是干扰藻菌关系、抑制藻类生长的潜在方法,可为赤潮的有效防控提供借鉴.

微生物对纲比甲藻生长以及区域雪卡毒性分布的影响

目的:雪卡鱼毒中毒(Ciguatera fish poisoning)严重危害人类健康,同时带来巨大经济损失。雪卡毒素起源于雪卡鱼食用了有毒的底栖生物纲比甲藻(Gambierdiscus spp.)。由于全球雪卡毒素中毒的分布呈现时空变化性,在小范围内又存在区域特异性分布的特征,科学家很难作出解释。一直以来对影响纲比甲藻生长的生物因素较环境因子的研究而言非常有限,本文从藻菌关系的角度出发,研究重要微生物对纲比甲藻生长的影响,进而解释雪卡毒性区域特异性分布的现象。方法:采用宏基因组多样性分析和相关性分析找出毒性相关微生物,结合生物被膜相关微生物筛选结果,选定重要细菌对一株纲比甲藻进行生长刺激试验,通过藻类计数方法研究微生物对纲比甲藻生长的影响。结果:不同毒性区域存在特异性的微生物群落组成,部分微生物与雪卡毒性分布具有相关性。四株刺激菌中三株显著提升了纲比甲藻的生长能力,一株对纲比甲藻具有抑制作用。结论:重要微生物可能通过影响纲比甲藻在食物链中数量的积累,导致雪卡毒性区域特异性分布。对生物因素的研究是今后雪卡毒素研究领域的新方向,具有重要的借鉴意义和应用价值。

浮游细菌群落变化对锥状斯氏藻藻华的影响

目的:本实验以大亚湾原发性锥状斯氏藻为例,采集野外样品,分析藻华不同时期主要菌群的结构和环境样品的硫化物与赋存形态。方法:应用末端限制性片段长度多态性技术和主成分分析方法,分析藻华发生过程中浮游细菌群落相似程度的情况,得到差异显著的浮游细菌类群。选出代表类群的样品进行16S r DNA高变区测序,获取浮游细菌的分类结果及相对丰度。采用Pearson相关性分析浮游细菌、藻、硫化物两两间的相互关系。结果:早期藻华以Enterobacteriaceae为主导,各优势菌群(Enterobacteriaceae:Alteromonadaceae:Rhodobacteraceae)的比例约为8:1:21,硫元素主要以DMS形式存在;而后期Alteromonadaceae成为优势物种,各优势菌群的比例转变为3:5:25,硫的赋存形态由DMS转变为DMSO;Rhodobacteraceae在藻华的前期与后期均以优势种存在。本实验还发现藻华不同时期4种与藻呈正向相关的细菌,以及8种对藻起负向调节作用的细菌,它们在藻华生消的过程中扮演着不同的角色。结论:菌群的组成性改变与藻华生消具有一定的相关性,并对藻类的硫代谢产生影响。结果的获得有助于认识藻华微生物学过程中硫代谢的生态学功能,拓展锥状斯氏藻藻华的理论认识。

藻际环境中胞外聚合物的研究进展

微藻向细胞周围释放营养物质而形成了独特的藻际微环境,吸引了大量细菌的定殖。藻际环境中藻菌关系错综复杂,其间充斥着多样的物质交换与信息交流。以胞外聚合物(extracellularpolymeric substances,EPS)为代表的有机质在其中起着纽带作用。微藻和细菌都可以产生EPS,其过程受多种因素的调节。EPS在藻际环境中具有重要的生态功能,包括参与生物被膜(biofilm)的形成,影响藻菌共生关系的建立以及调节藻际微生物群落组成等。此外,EPS中的一大类别透明胞外聚合物颗粒(transparent exopolymer particles,TEP)还介导了海洋溶解有机碳向颗粒有机碳的转化,参与了海洋碳循环过程。本文以EPS的产生、组成以及对碳转化的影响为重点,综述了其在藻际生态位(Niche)中的生态功能,以期为深入理解藻际环境中的有机质特征和藻菌共生关系提供理论依据。