波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的化感作用研究_王孝谦.pdf
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1、第4 5卷 第3期2 0 2 3年 6月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n s o f O c e a n o l o g y a n d L i m n o l o g yV o l.4 5 3J u n.,2 0 2 3 波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的化感作用研究王孝谦 2,黄翔鹄1,2*,李长玲1,2,张玉蕾1,2,罗国玲1,王新宇1,张 宁1,2(1.广东海洋大学水产学院,广东 湛江 5 2 4 0 8 8;2.广东省藻类养殖及应用工程技术研究中心,广东 湛江5 2 4 0 8 8)摘 要:波吉卵囊藻(O o c y s t i s b o r g e i)是一
2、种能够维持水体稳定的有益绿藻。本研究采取混合培养法,探究其与有害蓝藻铜绿微囊藻(M i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a)之间的竞争关系,同时采用滤液培养的方法研究波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的化感作用。结果表明:波吉卵囊藻能有效抑制铜绿微囊藻的生长(p0.0 5),而铜绿微囊藻对波吉卵囊藻的抑制效果较差。在波吉卵囊藻滤液胁迫下,铜绿微囊藻生长受到显著抑制(p 0.0 5),叶绿素a停止积累,其S O D活性先上升再下降,MD A含量持续增加,透射电镜结果显示,细胞超微结构完全损坏,可以推断,波吉卵囊藻胁迫下使铜绿微囊藻产生过量的氧自由基,破坏其细胞膜、抗氧
3、化酶系统和光合系统,从而抑制其生长。关键词:化感作用;铜绿微囊藻;波吉卵囊藻;抗氧化酶中图分类号:Q 1 7 5 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 3-0 4 8-0 8D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 3.0 0 7引 言富营养化是当今世界地表水面临的主要生态问题1。近年来,富营养化和气候变化导致的有害藻华(h a r m f u l a l g a l b l o o m s,HA B s)引起了人们的高度关注2-3。有害藻华给全球水产养殖业以及渔业带来了巨大的损失4。
4、铜绿微囊藻(M i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a)是常见的有害蓝藻,其巨大的破坏力受全世界关注5。因此寻找一种安全,高效,经济的方法去防控有害水华是目前环境保护所迫切需要解决的问题6。近年来化感作用对有害藻华的控制作用受到人们的关注7。植物所分泌的化感物质,不仅全部都是天然合成,而且能够自我降解,非常环保8。在水生植物中,芦苇(P h r a g m i t e s c o mm u n i s),狐尾藻(M y r i o p h y l l u m s p i c a t u m),卜内藻(B o r n e t i a s e c u n d
5、 i f l o r a),大漂(P i s t i a s t r a t i o t e s L i n n)和大麦秸秆(b a r l e y s t r a w)均有报道可以抑制铜绿微囊藻的生长4,9-1 2。波吉卵囊藻(O o c y s t i s b o r g e i)是一种常见于对虾养殖池塘的绿藻,它种群稳定,适应力强1 3,可以有效吸收水体中的重金属1 4,氨氮和亚硝酸盐1 5,对弧菌和异养菌有一定抑制作用1 6,卵囊藻能有效改善水体水质,保护养殖动物健康。应用有益藻去防控有害蓝藻是一种环保经济的手段。因此,本文通过对波吉卵囊藻和铜绿微囊藻之间的化感作用的研究,为实际应用中
6、利用波吉卵囊藻在稳定水体,防控蓝藻水华爆发提供理论依据。1 材料与方法1.1 藻类的培养铜绿微囊藻(M.a e r u g i n o s a)由中国科学院水生生物研究所提供,波吉卵囊藻(O.b o r g e i)由广东海洋大学藻类实验室提供。将微藻接种于装有B G 1 1培养基的2 5 0 m L锥形瓶中,温度为(2 51),光强7 0 m o l p h o t o n s m-2 s-1,光暗比1 2 h1 2 h。每天3次,定期摇匀藻种,以防止藻类壁生长和沉降。以指数生长期(接种7 d)的藻类为研究对象。基金项目:深圳市大鹏 新 区 产 业 发 展 专 项 基 金 项 目(KY 2
7、0 1 8 0 1 1 2);广 东 省 普 通 高 校 青 年 创 新 人 才 项 目(2 0 1 8 KQN C X 1 0 2,2 0 1 8 KQN C X 1 1 0)第一作者简介:王孝谦(1 9 9 6),男,江苏扬州人,硕士,从事水域生态和养殖环境研究。E-m a i l:5 4 6 4 1 4 1 3 2q q.c o m*通信作者:黄翔鹄(1 9 6 2),男,四川江安人,博士,教授,博导,从事水域生态和养殖环境研究。E-m a i l:h u a n g x h g d o u.e d u.c n 收稿日期:2 0 2 0-0 7-2 93期波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的化感作用
8、研究4 9 1.2 波吉卵囊藻与铜绿微囊藻混合培养实验为了探究铜绿微囊藻与波吉卵囊藻竞争关系,进行混合培养实验。由于预实验测量波吉卵囊藻体积约为铜绿微囊藻的4倍,在混合培养的过程中铜绿微囊藻与波吉卵囊藻初始浓度分别为1.51 06c e l l s/m L和3.7 51 05c e l l s/m L,生物量接种比例为11。以相同初始密度单独培养铜绿微囊藻与波吉卵囊藻作为混合培养中对应微藻的对照。每组三个平行,每2 d计数一次,使用血球计数板在显微镜下计数。通过比较两种藻在混合培养与单独培养下生长情况的差异,来研究竞争关系。1.3 波吉卵囊藻滤液对铜绿微囊藻生长的影响接种初始浓度3.7 51
9、05c e l l s/m L的波吉卵囊藻,收集培养至指数生长期(7 d)的波吉卵囊藻滤液。培养液经0.2 2 m微孔滤膜过滤,收集无藻细胞滤液。测定其总氮总磷,使用浓缩B G 1 1培养基,将其补齐至标准B G 1 1培养基水平。以波吉卵囊藻滤液培养的铜绿微囊藻为滤液组,B G 1 1培养的铜绿微囊藻为对照组。1.4 叶绿素a的测定为研究波吉卵囊藻滤液对铜绿微囊藻化感作用的机制,本实验单独对暴露在波吉卵囊藻滤液下铜绿微囊藻的生理生化指标进行测定。使用热乙醇法测定铜绿微囊藻的叶绿素a含量(C h l-a)1 7。以波吉卵囊藻滤液培养的铜绿微囊藻为滤液组,B G 1 1培养的铜绿微囊藻为对照组。
10、1.5 T EM(透射电镜)收集滤液处理下第6天,及第1 0天及未经滤液处理的铜绿微囊藻细胞,参考李峰的实验制备电镜样品1 8。样品切片干燥后,在透射电子显微镜(j e m 1 4 0 0)下进行观察,选取代表性样品进行拍照。1.6 丙二醛(MD A)和超氧化物歧化酶(S O D)的测定每2 d收集滤液培养及B G 1 1培养下的铜绿微囊藻细胞,使用南京建成生物工程研究所的超氧化物歧化酶(S O D)测定试剂盒,丙二醛(MD A)测试盒进行指标测定。严格按照说明书操作。1.7 数据分析相对抑制率1 9,计算公式如下:I R(%)=(1-T/C)1 0 0%,式中,I R:相对抑制率;T:实验组
11、的细胞生长密度;C:对照组的细胞生长密度。采用S P S S统计软件。各组数据计算数值采用平均值标准差的形式表示,标准偏差采用方差齐性检验和单因素方差分析,各组间显著性差异用o n e-w a y ANOVA分析,以P0.0 5作为显著性差异的标准。采用E x c e l软件进行作图。2 结果2.1 混合培养中波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的影响通过比较波吉卵囊藻与铜绿微囊藻在混合培养下和单独培养下的生长差异,来探讨两者竞争情况。波吉卵囊藻在单独培养与混合培养中,都正常生长,生长趋势一致,在第1 2天时,波吉卵囊藻在单独培养与混合培养的密度分别为6.00.41 05c e l l/m L和5.80.2
12、1 05c e l l/m L,没有显著差异(图1-B)。第2天,铜绿微囊藻单独培养与混合培养的密度分别为1 9.60.41 05c e l l/m L和1 5.50.41 05c e l l/m L,差异显著(p0.0 5),受到一定抑制作用(相对抑制率为2 0.63.7%),相对抑制率持续增大,第1 2天,相对抑制率达4 9.65.6%(图1-A)。可见,波吉卵囊藻能在保证自身正常生长的情况下,抑制铜绿微囊藻快速生长。2.2 波吉卵囊藻滤液对铜绿微囊藻生长及叶绿素a含量的影响在前6天,各组处理铜绿微囊藻均正常生长,第26天,滤液组生长情况显著好于对照组(p0.0 5),第6天滤液组藻密度到
13、达峰值7.70.71 05 c e l l/m L,第8天,滤液组藻密度下降为6.90.71 05 c e l l/m L,对照组中铜绿微囊藻密度为9.90.31 05 c e l l/m L,显著超过滤液组(p0.0 5),相对抑制5 0 海 洋 湖 沼 通 报2 0 2 3 年率为3 0.21.3%。随后抑制效果逐渐增强,第1 2天,对照组和滤液组藻密度分别为2 5.22.01 05 c e l l/m L和5.40.81 05 c e l l/m L,相对抑制率为7 8.55.7%(图2-A)。图1 两种微藻在单独培养和混合培养中生长的细胞密度随时间变化情况:(A)铜绿微囊藻,(B)波吉
14、卵囊藻F i g.1 T h e c h a n g e o f c e l l d e n s i t y o f t h e t w o m i c r o a l g a e w i t h t i m e i n m o n o-c u l t u r e a n d b i-a l g a l c u l t u r e:(A)M.a e r u g i n o s a,(B)O.b o r g e i图2 在波吉卵囊藻滤液中生长的铜绿微囊藻的细胞密度及叶绿素a随时间变化情况:(A)细胞密度,(B)叶绿素aF i g.2 T h e c e l l d e n s i t y a n
15、 d C h l-a o f M.a e r u g i n o s a i n O.b o r g e i f i l t r a t e w i t h t i m e:(A)C e l l d e n s i t y,(B)C h l-a前4 d,与生长情况一致,处理组和对照组中铜绿微囊藻的叶绿素a含量均呈上升趋势,第4天滤液组高于对照组,分别为0.5 50.1 4 g/L和0.4 10.1 7 g/L。第6天开始,对照组中叶绿素a含量持续上升,而滤液组中叶绿素a含量开始持续降低。第1 2天,对照组叶绿素a含量为2.20.1 8 g/L,而滤液组叶绿素a仅为0.3 8 3 70.2g/L
16、(图2-B)。2.3 波吉卵囊藻滤液对铜绿微囊藻细胞超微结构的影响在透射电镜的观察下,正常铜绿微囊藻细胞,细胞膜与细胞壁紧密贴合,类囊体成周边型排列,排列整齐结构清晰(图3-A)。而在滤液下生长了6 d的细胞,质壁分离现象明显,内部结构模糊。细胞表面褶皱,有细微破损(图3-B)。处理1 0 d后的藻细胞,细胞结构严重损坏,细胞死亡(图3-C)。3期波吉卵囊藻对铜绿微囊藻的化感作用研究5 1 图3 铜绿微囊藻T EM照片(A)细胞原样,(B)滤液处理下第6天的藻细胞,(C)滤液处理下第1 0天的藻细胞.CW 细胞壁,T h y 类囊体F i g.3 T EM i m a g e s o f M.
17、a e r u g i n o s a c e l l s(A)U n t r e a t e d M.a e r u g i n o s a,(B)T h e a l g a l c e l l s e x p o s e d t o t h e f i l t r a t e f o r s i x d a y s,(C)T h e a l g a l c e l l s e x p o s e d t o t h e f i l t r a t e f o r t e n d a y s.CW C e l l W a l l,T h y T h y l a k o i d2.4 波吉卵囊
18、藻滤液对铜绿微囊藻MD A含量及S O D活性的影响如图4-A所示,在滤液下培养的铜绿微囊藻,在前4天 S O D活力上升,高于对照组,第4天滤液组S O D酶活性达到峰值,为2 6.11.7 U/m g p r o t,显著高于对照组(1 5.90.5 U/m g p r o t)。而第6天其S O D活力出现大幅度下滑,并之后一直稳定在较低水平,对照组则是一直处于稳定水平的波动,第1 2天,对照组和滤液组差异显著,分别为1 3.70.2 U/m g p r o t和3.70.8 U/m g p r o t。MD A是描述细胞膜脂过氧化程度的重要指标,如图4-B所示,滤液组在前4天,与对照相
19、比出现显著差异(p0.0 5),高于对照组。滤液组中MD A含量在第6天达到峰值,为4.30.3 m o l/m g p r o t,显著高于对照组1.80.3 m o l/m g p r o t(p0.0 5)。但在第8天以后开始下降,但仍高于对照组中含量,第1 2天,滤液组和对照组中MD A含量分别为2.10.4 m o l/m g p r o t和1.20.2 m o l/m g p r o t,差异显著(p4 d)暴露在滤液中,铜绿微囊藻的叶绿素a含量和藻密度呈下降趋势,且显著低于对照组(p 0.0 5)。波吉卵囊藻对铜绿微囊藻有显著的化感作用,能够抑制铜绿微囊藻的生长,在波吉卵囊藻滤
20、液胁迫状态下,铜绿微囊藻产生过量的氧自由基,细胞膜结构被破坏,抗氧化系统受损,叶绿素a停止积累,光合系统损坏。通过提前定向培育波吉卵囊藻,可以有效防控微囊藻水华爆发,维持水体的稳定。参考文献 1 S M I TH V H,T I LMAN G D,N e k o l a J C.E u t r o p h i c a t i o n:i m p a c t s o f e x c e s s n u t r i e n t i n p u t s o n f r e s h w a t e r,m a r i n e,a n d t e r r e s t r i a l e c o s y
21、s t e m sJ.E n v i r o n m e n t a l P o l l u t i o n.1 9 9 9,1 0 0(1/3):1 7 9-1 9 6.2 V I S S E R P M,V E R S P A G E N J M H,S AN D R I N I G,e t a l.H o w r i s i n g C O 2 a n d g l o b a l w a r m i n g m a y s t i m u l a t e h a r m f u l c y a n o b a c t e-r i a l b l o o m sJ.H a r m f u
22、l A l g a e.2 0 1 6,5 4(4):1 4 5-1 5 9.3 HUT C H I N S F X F A.G l o b a l c h a n g e a n d t h e f u t u r e o f h a r m f u l a l g a l b l o o m s i n t h e o c e a n J.M a r i n e E c o l o g y P r o g r e s s.2 0 1 2,6(4 7 0):2 0 7-2 3 3.4 L I F M,HU H Y.I s o l a t i o n a n d C h a r a c t e
23、 r i z a t i o n o f a N o v e l A n t i a l g a l A l l e l o c h e m i c a l f r o m P h r a g m i t e s c o mm u n i sJ.A p p l i e d&E n-v i r o n m e n t a l M i c r o b i o l o g y.2 0 0 5,7 1(1 1):6 5 4 5-6 5 5 3.5 Z I J,P AN X,MA C I S AA C H J,e t a l.C y a n o b a c t e r i a b l o o m s i
24、 n d u c e e m b r y o n i c h e a r t f a i l u r e i n a n e n d a n g e r e d f i s h s p e c i e sJ.A q u a t-i c T o x i c o l o g y.2 0 1 7,1 9 4:7 8-8 5.6 S HAO J,L I U D,GON G D,e t a l.I n h i b i t o r y e f f e c t s o f s a n g u i n a r i n e a g a i n s t t h e c y a n o b a c t e r i
25、u m M i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a N I E S-8 4 3 a n d p o s s i b l e m e c h a n i s m s o f a c t i o nJ.A q u a t i c T o x i c o l o g y.2 0 1 3,1 4 2-1 4 3:2 5 7-2 6 3.7 B A C K E R L C,MD L R.C y a n o b a c t e r i a a n d A l g a e B l o o m s:R e v i e w o f H e a l t h a n d E
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