湖泊水华微囊藻代谢产物及束丝藻对其响应

In recent years, intensified eutrophication prompts frequent occurrence of cyanobacteria blooms, microcystis as the most popular species, in lakes of China, which cause detrimental effects on both ecosystem and human health. Long term investigation and monitor of cyanobacteria bloom reveals succession among different dominant populations. The most typical example was investigated in plateau lake Dianchi, that the succession of the two dominant populations, Aphanizomenon and Microcystis, takes place annually as season shift, however, the mechanism underneath remains unknown. The purpose of the proposal is to interpret that besides climate factors, whether inforchemicals such as allelochemcals contribute to the succession of Aphanizomenon and Microcystis, and to eventually provide potential information for control and early warning of cyanobacteria blooms. Microcystis strains with various inhibitory effects on Aphanizomenon were compared through recently rising metabolomics, and the candidate inhibitory metabolites will be selected through statistic analysis. After testing of the activity, the allelochemicals will be purified and finally characterized. Meanwhile, the corresponding response of Aphanizomenon on Microcystis will also be studied, and to eventually explain the mechanism of decline and die out of Aphanizomenon in metabolic level.

我国富营养化水体中，最常出现的优势水华蓝藻为微囊藻，但常有其他一些水华种类与微囊藻相伴或交替出现。如在高原湖泊滇池，早春首先出现束丝藻，然后微囊藻相伴出现并最终成为绝对优势种。但目前对这两个优势种群竞争和演替的机制缺乏认识。本项目旨在研究除却环境因素，信息物质如化感物质是否对两优势种的演替起作用，以期为湖泊蓝藻水华进行预警和控制提供研究基础。筛选抑制束丝藻的微囊藻藻株，通过新兴学科代谢物组学的方法，比较抑制作用不同的微囊藻代谢产物，利用统计学方法找出可能起抑制作用的物质。根据结果分离纯化目标物质进行活性检测，最终鉴定化感物质。同时比较束丝藻代谢产物的变化来研究束丝藻对微囊藻的响应，对束丝藻的衰退和消亡的机制在代谢水平上进行解释。

我国近十几年来由于湖泊富营养化加剧，有害蓝藻水华爆发频繁，对生态系统和人类健康造成了危害。对蓝藻水华的长期监测和研究发现不同优势藻类种群存在演替现象。最典型的演替发生在高原湖泊滇池，束丝藻属与微囊藻属随季节演替成为滇池蓝藻水华的两大优势种群，但演替机制尚不明确。本项目旨在研究除却环境因素，信息物质如化感物质是否对两优势种的演替起作用，以期为湖泊蓝藻水华进行预警和控制提供研究基础。首先通过透析袋批培养和半连续培养方式确立了在滇池水华期间分离出的微囊藻分泌出的代谢产物对束丝藻具有生长抑制作用。微囊藻培养21、28天滤出液经固相萃取浓缩后对束丝藻均有抑制作用，而相应培养7、14天的样品没有抑制作用，表明起抑制作用的物质与生长时期有关或在生长后期积累到一定浓度而起作用。通过PCA和PLS-DA比较不同培养时期的滤出液中代谢产物的异同，根据VIP筛选出其中浓度明显差异的物质。通过数据库初步鉴定出一些化感物质的候选化合物，主要为胺类，有机酸、芳香族化合物。通过比较Ma905与Mi1313的标志物发现，有7个化合物在两者中都存在： m/z 184.9854/RT 4.41（磷酸羟基丙酮酸）、m/z 115.0030/RT 6.20（丁炔二酸）、m/z 214.1265/RT 6.76（吗啡啉衍生物）、m/z 417.2317/RT6.97（烷基醇衍生物）、m/z 635.4540/RT 8.94、m/z 443.3352/RT 10.01（苯醌衍生物）、m/z 372.3146/RT 12.18。这些代谢产物是对束丝藻起抑制作用的物质的可能性很大。选取了一株抑制作用强的铜绿微囊藻Ma905，研究其生长平台期滤液对束丝藻代谢物变化的影响，结果发现Ma905滤液处理的束丝藻代谢产物与对照组显著不同，对变化最明显的标志物进行鉴定并推测其代谢途径，发现主要是芳香族化合物降解途径和特定脂肪酸合成途径受到影响。结合上述结果，对微囊藻抑制束丝藻的机理进行初步推测为微囊藻在培养过程中会释放出一些芳香族化合物、有机酸和胺类等化感物质，进入束丝藻细胞中会影响束丝藻芳香族化合物降解和某些脂肪酸合成途径，使得芳香族化合物和脂肪酸在束丝藻细胞内过多积累，最终影响生长。