水体微生物在微囊藻群体形成过程中的作用机理研究

Understanding the causal mechanisms of cyanobacterial blooms in aquatic ecosystems could advance future practical strategies to mitigate algal blooms. Based on our previous studies, specific heterotrophic bacteria were closely related to the occurrence and disappearance of Microcystis blooms and colony formation. In order to clarify the role of bacteria in mechanisms of Microcystis colony formation, we plan to study the relationship between different species of Microcystis and their associated bacterial communities and identify specific bacteria which can induce unicellular Microcystis to aggregate into colonial Microcystis. By isolating colonial Microcystis from lakes of different trophic status, we can compare bacterial communities among a range of trophic and nutrient conditions. The focus of this experiment is nutrient exchange and cell signaling between Microcystis and the associated bacteria community. The experimental techniques in this experiment include fluorescence in situ hybridization to test if specific bacteria are associated with the occurrence with Microcystis blooms. The proposed study design will help gain a better understanding of cyanobacteria-aquatic bacteria interactions and provide new idea for Microcystis species classification..

研究微囊藻群体的形成与维持机制，对阐明蓝藻水华发生机制具有重要的理论意义。根据我们前期研究结果，水体中异养细菌与微囊藻水华的生消和微囊藻群体的形成密切相关。为了进一步研究水体微生物在其中的作用机理，本项目将通过采集不同湖泊中的群体微囊藻，研究不同种类微囊藻与其附生细菌群落间的相关关系；筛选出能诱导单细胞微囊藻形成群体的典型微生物；并通过营养传递与信号传导来研究其相互作用关系，阐明水体微生物在微囊藻形成过程中的作用机理，并探讨不同种类的微囊藻是否存在其对应附生细菌。本研究的开展，不仅有助于了解富营养水体中藻菌相互作用关系及蓝藻水华生消机制的理论问题，同时对微囊藻的种类分类提供新的思考。

水体中异养细菌与微囊藻水华的生消和微囊藻群体的形成密切相关，为了进一步研究水体微生物在其中的作用机理，本项目采集了不同湖泊中的群体微囊藻，从群体微囊藻胶被中分离到5株诱导单细胞微囊藻形成群体的典型微生物，分别为维氏气单胞菌，乙酰微小杆菌，产气肠杆菌，蜡样芽孢杆菌和腐败希万氏菌，并发现这5株细菌与微囊藻群体形成具有种属特异性。单细胞铜绿微囊藻和惠氏微囊藻在与其分别对应的附生细菌的相互作用过程中表现出了显著的差异。铜绿微囊藻与乙酰微小杆菌共培养的初期，微囊藻与细菌相互促进生长；而惠氏微囊藻在整个共培养过程中，都与细菌表现出相互促进生长的现象。不同藻菌共培养处理组中，胞外多糖、核酸和蛋白质分泌相对各个纯培养组均显著增多，胞外物质也发生了明显的变化。某些有助于胶被形成的胞外物质在共培养组中的提取物中被检测到，如十四甲基六硅氧烷和八甲环四硅氧烷等。此外，我们对群体微囊藻解散成单细胞微囊藻过程中微生物群落结构变化进行了研究，发现微囊藻分离培养后，部分附生细菌消失，其分泌的胞外物质如1,1,1,5,7,7,7-七甲基-3,3-二(三甲基硅烷氧基)四硅氧烷、1,1,2,2-四甲基-1,2-双(四甲基四硅氧烷)乙硅烷及2,2-二甲基-N-苯乙基丙酰胺等也未被检测到。这些在群体表型变化后消失的胞外物质，可能与胶被的形成有关，这些物质的消失导致胶被无法形成，最终在培养基中出现单细胞形态的微囊藻。本研究的开展，不仅有助于了解富营养水体中藻菌相互作用关系及蓝藻水华生消机制的理论问题，同时对微囊藻的种类分类提供新的思考。