側(cè)孢芽孢桿菌的抑藻效應(yīng)及對養(yǎng)殖水體中藍藻水華的生態(tài)防控 ——摘自《生物災(zāi)害科學(xué)》 摘要：以一株側(cè)孢芽孢桿菌為試驗菌株，研究其對銅綠微囊藻的抑制效應(yīng)，并將其應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖富營養(yǎng)化水體中，進行藍藻水華的生態(tài)控制。結(jié)果表明，側(cè)孢芽孢桿菌可以抑制銅綠微囊藻的生長，使其葉綠素a的含量顯著下降，從而抑制了其光合作用的活性，達到限制銅綠微囊藻細胞增殖的目的。這種抑制作用與側(cè)孢芽孢桿菌的細菌含量成正比，初始接種的菌體濃度越高，抑制作用越強，且這種限制作用在菌藻接觸后的8~10d較為顯著。將活菌數(shù)≥10^8個/mL的側(cè)孢芽孢桿菌按0.50、1.00mg/L的用量加入淡水池塘養(yǎng)殖的富營養(yǎng)水體，在60d內(nèi)不僅可使養(yǎng)殖水體中的TN、TP和高錳酸鹽指數(shù)有所下降，同時還可顯著抑制藻類的數(shù)量，增加藻類的種類，提高養(yǎng)殖水體中藻類的ShannonWeaver多樣性指數(shù)，較好地調(diào)節(jié)藻類群落結(jié)構(gòu)。研究顯示，側(cè)孢芽孢桿菌因具有較強的抑藻能力，在生物修復(fù)養(yǎng)殖富營養(yǎng)化水體的水生生態(tài)系統(tǒng)方面有著良好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：側(cè)孢芽孢桿菌；銅綠微囊藻；抑制；養(yǎng)殖水體；水華
隨著水體富營養(yǎng)化的加劇，有害藻類水華的暴發(fā)日趨頻繁。研究表明，我國目前66%以上的湖泊、水庫處于富營養(yǎng)化的水平，其中重富營養(yǎng)和超富營養(yǎng)占22%，使得富營養(yǎng)化成為我國目前與今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)的重大水環(huán)境問題。近年來，太湖、滇池、巢湖等富營養(yǎng)化湖泊相繼出現(xiàn)大面積的藍藻水華暴發(fā)，以產(chǎn)毒的微囊藻水華最為常見，造成嚴重的環(huán)境污染、健康危害和經(jīng)濟損失。而對于養(yǎng)殖水體而言，適度的富營養(yǎng)是維持水體生產(chǎn)力，保證養(yǎng)殖生物健康生長的基礎(chǔ)。但如果暴發(fā)藍藻水華，使得藻類大量堆積、死亡及分解，可導(dǎo)致水質(zhì)的惡化，危害養(yǎng)殖生物。因此探求有效的藻類水華防治途徑勢在必行。 富營養(yǎng)化水體水生生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)可以從控制藻類繁殖和調(diào)整藻類群落結(jié)構(gòu)方面著手，使整個水生生態(tài)系統(tǒng)趨于平衡并向良好的方向發(fā)展。國外相關(guān)研究表明，水華的迅速消退可能與水體中某些具有抑藻作用的細菌感染有關(guān)，抑藻細菌的抑藻作用已引起廣泛的關(guān)注。抑藻細菌在水生生態(tài)系統(tǒng)中能將微型藻類種群密度調(diào)節(jié)到一個適當(dāng)?shù)某潭�，對維持藻類生物量的平衡具有非常重要的作用。然而，抑藻細菌對養(yǎng)殖水生生態(tài)系統(tǒng)中藻類群落結(jié)構(gòu)的影響研究尚未見報道。為此，本試驗以實驗室分離所得的一株側(cè)孢芽孢桿菌為試驗菌株，研究了其對藍藻水華的主要種類—銅綠微囊藻的抑制效應(yīng)，并將其投入富營養(yǎng)化的水產(chǎn)養(yǎng)殖水體，研究其對水質(zhì)營養(yǎng)鹽水平和水體藻類群落結(jié)構(gòu)的影響，探討利用其修復(fù)富營養(yǎng)化養(yǎng)殖水體生態(tài)環(huán)境的前景。
試驗于2012年7月—9月在江蘇無錫的某魚類養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖池塘內(nèi)進行，共5個池塘。每個養(yǎng)殖池的面積為13340m2，水深為1.5m，水溫29.2~32.1℃。設(shè)對照池1個，試驗池2個。對照組中不加側(cè)孢芽孢桿菌菌液，而2個試驗組中菌液（活菌量≥10^8個/mL）用量分別為0.50mg/L，1.0mg/L（經(jīng)毒性試驗，側(cè)孢芽孢桿菌在10000mg/L以下對養(yǎng)殖生物無毒性，對養(yǎng)殖生態(tài)具有安全性），每個試驗組做2個平行。每10d使用1次側(cè)孢芽孢桿菌菌液，分別在試驗開始、試驗后30d和60d時取樣測定TN、TP、高錳酸鹽指數(shù)和葉綠素a的濃度和藻類的組成與數(shù)量，以了解側(cè)孢芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中藍藻水華的控制。
1.側(cè)孢芽孢桿菌的抑藻效應(yīng) 在試驗的10d時間內(nèi)，空白對照組的銅綠微囊藻在前6d呈生長態(tài)勢，其葉綠素含量由初始的2120μg/L增加至3000μg/L，從8d后開始下降，10d時為2800μg/L。添加肉湯培養(yǎng)基的對照組在試驗前6d的生長稍快于空白對照組，8d后的下降率也比空白對照組略高，但均無顯著性差異，表明肉湯培養(yǎng)基在10d的試驗時間內(nèi)對銅綠微囊藻無影響。而添加了5、10、20mL側(cè)孢芽孢桿菌菌液（即藻液中含菌數(shù)為1×10^9/CFU、2×10^9/CFU和4×10^9/CFU）的試驗組中，試驗前2d銅綠微囊藻有一定的增長，其中5mL和10mL試驗組與空白對照組相接近，20mL試驗組要略低于空白對照組，但無顯著性差異。3個濃度試驗組在試驗2d后葉綠素含量開始下降，至試驗第10d時，5mL側(cè)孢芽孢桿菌試驗組的銅綠微囊藻葉綠素較初始時下降了51.89%，而10、20mL試驗組則下降了59.53%和70.00%，表明在一定條件下，側(cè)孢芽孢桿菌對銅綠微囊藻具有明顯的抑制作用。側(cè)孢芽孢桿菌對銅綠微囊藻的抑制具有顯著的濃度效應(yīng)關(guān)系，即菌液添加量越多抑制效果越明顯。這是因為隨著添加量的增大，藻液中芽孢桿菌的活菌數(shù)或菌體代謝產(chǎn)物增加，抑藻能力就會增大。
據(jù)報導(dǎo)，抑藻細菌的作用方式一般分為兩種：一是直接抑藻，即直接進攻宿主，它需要細菌與藻細胞直接接觸，甚至侵入藻細胞內(nèi)；二是間接抑藻，即間接進攻宿主，主要包括細菌同藻競爭有限營養(yǎng)或細菌分泌胞外物質(zhì)抑藻。從本研究可以看出，側(cè)孢芽孢桿菌對銅綠微囊藻的葉綠素a含量有顯著影響，而葉綠素是藻細胞中光能的吸收和傳遞者，其含量的降低會使光合作用受到影響，表明光合系統(tǒng)極有可能是側(cè)孢芽孢桿菌對銅綠微囊藻的抑制位點之一。因此，藻類的光合系統(tǒng)是很敏感的生態(tài)位點，極易受到抑藻細菌的攻擊。至于這種影響是細菌本身還是其分泌產(chǎn)物所導(dǎo)致，則需作進一步的研究和探討。
2.側(cè)孢芽孢桿菌對養(yǎng)殖水體中藍藻水華生態(tài)防控 在試驗的60d時間內(nèi)，對照組藻類的種類由26種減少為21種，藍藻中的銅綠微囊藻成為優(yōu)勢種，藻類數(shù)量由128×10^5cell/L增加至1536×10^5cell/L，增加了1100%，水體出現(xiàn)藍藻水華。而使用了0.50~1.00mg/L側(cè)孢芽孢桿菌的試驗組，其藻類數(shù)量僅增加了691.6%和426.4%，顯著低于對照組(P<0.01)。水體的富營養(yǎng)化程度明顯改善，浮游植物的生物多樣性有所增加，藻類種類數(shù)為23種和28種，高于對照組。同時，這種改善的效果也可從水質(zhì)指標上反映出來。試驗過程中，DO水平維持在4.90~7.02mg/L，屬中等水平，對照組和2個試驗組隨著試驗時間的延長有下降的趨勢，試驗后期試驗組較對照組高，存在顯著性差異(P<0.05)。DO的變化說明，雖然對照組藻類數(shù)量增加很快，光合作用能力增強，但隨著藻類的老化和呼吸作用的增加，水體中的DO反而有所降低，體現(xiàn)出水體衰老的態(tài)勢。TN在試驗過程中呈下降趨勢，試驗組的下降率要高于對照組。雖然試驗組的藻類受側(cè)孢芽孢桿菌的抑制有所下降，其利用氮的能力有所減弱，但由于菌體本身在代謝中需要消耗氮源，因此試驗組TN的下降仍高于對照組。而TP則不同，因試驗組限制了水體水華的發(fā)展，故藻類對磷的利用下降，因此與對照組相比，試驗組TP的含量較對照組略高。在高錳酸鹽這一指標上，對照組因大量繁殖的藻類的衰亡，后期水體的高錳酸鹽指數(shù)有所上升，上升幅度為8.70%，反之，試驗組有2.82%~15.21%的下降。因此，無論從養(yǎng)殖水體的水質(zhì)指標還是浮游植物的種類和數(shù)量上均可以看出，側(cè)孢芽孢桿菌對養(yǎng)殖富營養(yǎng)水體中的水華具有一定的控制作用。
對照組在試驗的60d內(nèi)水體中藻類的ShannonWeaver指數(shù)由2.26降為1.68，而添加了側(cè)孢芽孢桿菌的試驗組，其水體中藻類的ShannonWeaver指數(shù)在試驗?zāi)┢跒?.96和2.54，明顯高于對照組，表明試驗組的藻類生物多樣性高于對照組，群落結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，穩(wěn)定性較好。藻類是水生生態(tài)系統(tǒng)最主要的初級生產(chǎn)者，是食物鏈的起點，在維持整個生態(tài)系統(tǒng)平衡方面起著至關(guān)重要的作用，而藻類生物多樣性的大小直接反映水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和水質(zhì)狀況。在沒有進行生物防控時，優(yōu)勢種銅綠微囊藻的快速增殖在很大程度上改變了水體藻類的群落結(jié)構(gòu)，群落結(jié)構(gòu)變得較為單一，穩(wěn)定性變差；采用側(cè)孢芽孢桿菌控制水華藻類后，水體藻類群落結(jié)構(gòu)變得較為復(fù)雜，穩(wěn)定性較好，水質(zhì)維持在較好的水平，其中1.00mg/L側(cè)孢芽孢桿菌試驗組的效果較明顯。研究表明，抑藻細菌對水體藻類群落結(jié)構(gòu)的影響起著主要的作用，而抑藻細菌本身作為水生生態(tài)系統(tǒng)中生物種群結(jié)構(gòu)和功能的重要組成部分，能較好地調(diào)節(jié)藻類群落結(jié)構(gòu)，在生物修復(fù)養(yǎng)殖富營養(yǎng)化水體的水生生態(tài)系統(tǒng)方面有著很好的應(yīng)用前景。
3.結(jié)論 （1）側(cè)孢芽孢桿菌可以抑制銅綠微囊藻的生長，使其葉綠素a的含量顯著下降，從而抑制其光合作用的活性，達到限制銅綠微囊藻細胞增殖目的。這種抑制作用與側(cè)孢芽孢桿菌的細菌含量成正比，初始接種的菌體濃度越高，抑制作用越強。一般這種限制作用在菌藻接觸后的8~10d較為顯著。 （2）將活菌數(shù)≥10^8個/mL的側(cè)孢芽孢桿菌按0.50、1.00mg/L的用量加入淡水池塘養(yǎng)殖的富營養(yǎng)水體，在60d內(nèi)不僅可使養(yǎng)殖水體中的TN、TP和高錳酸鹽指數(shù)有所下降，同時還可顯著抑制藻類的數(shù)量，增加藻類的種類，提高養(yǎng)殖水體中藻類的ShannonWeaver多樣性指數(shù)，較好地調(diào)節(jié)藻類群落結(jié)構(gòu)，在生物修復(fù)養(yǎng)殖富營養(yǎng)化水體的水生生態(tài)系統(tǒng)方面有著很好的應(yīng)用前景。
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狗仔卡
發(fā)表于 2014-11-10 10:21:08
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