三株太湖溶藻細(xì)菌及其溶藻活性物質(zhì)的研究.pdf

1、中國(guó)第二大淡水湖——太湖，是一個(gè)典型的淺層淡水湖泊，同時(shí)也是沿岸三千萬(wàn)居民生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水的主要來(lái)源。從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，由于農(nóng)業(yè)集約化和工業(yè)污染，太湖水質(zhì)不斷下降，目前處于嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。近20年來(lái)太湖爆發(fā)了嚴(yán)重的藍(lán)藻水華，銅綠微囊藻和聚球藻是太湖藍(lán)藻水華中主要藻類(lèi)。目前，多采用物理、化學(xué)和生物等方法用來(lái)控制藍(lán)藻水華，但物理方法耗費(fèi)較大，化學(xué)方法易造成二次污染，生物方法因其專一、高效和環(huán)境友好受到越來(lái)越多的關(guān)注。研究顯

2、示溶藻細(xì)菌能夠?qū)е滤{(lán)藻水華的消退，因此溶藻細(xì)菌具有控制藍(lán)藻水華的巨大潛力。
　　本研究首先從太湖藍(lán)藻水華中篩選和鑒定溶藻細(xì)菌。2010年10月在太湖梅梁灣采集水樣，篩選到7株具有溶藻效果的溶藻細(xì)菌。根據(jù)16S rRNA基因測(cè)序結(jié)果，7株溶藻細(xì)菌分別為黃桿菌Lzh-1、希瓦氏菌Lzh-2、鞘氨醇桿菌Lzh-3、芽孢桿菌Lzh-4、芽孢桿菌Lzh-5、黃桿菌Lzh-6和嗜麥寡養(yǎng)食單胞菌Lzh-7。在7株溶藻細(xì)菌中，希瓦氏菌Lzh-2、

3、鞘氨醇桿菌Lzh-3和芽孢桿菌Lzh-5具有較強(qiáng)的溶藻能力，用于下一步研究。
　　測(cè)定了三株溶藻細(xì)菌希瓦氏菌Lzh-2、鞘氨醇桿菌Lzh-3和芽孢桿菌Lzh-5的溶藻效率、溶藻范圍和溶藻模式。三株溶藻細(xì)菌Lzh-2、Lzh-3和Lzh-5對(duì)銅綠微囊藻9110的溶藻效率分別為92.3±6.8％、92.8±7.5%和91.2±6.3%（6天）；希瓦氏菌Lzh-2對(duì)聚球藻BN60的溶藻效率為84.9±3.9（6天），而鞘氨醇桿菌Lzh-

4、3和芽孢桿菌Lzh-5對(duì)聚球藻 BN60無(wú)溶藻效果。三株溶藻細(xì)菌對(duì)其它藍(lán)藻如顫藻BN35、綠色微囊藻FACHB-979和銅綠微囊藻PCC7806等同樣也具有很好的溶藻效果，說(shuō)明這三株溶藻細(xì)菌也具有較好的溶藻廣譜性。同時(shí)三株溶藻細(xì)菌的溶藻模式均為通過(guò)分泌溶藻活性物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)藻的溶藻。三株溶藻細(xì)菌均具有應(yīng)用于控制太湖藍(lán)藻水華的潛力。
　　依次運(yùn)用乙酸乙酯萃取、硅膠柱層析和高效液相色譜等技術(shù)手段從三株溶藻細(xì)菌的發(fā)酵液中分離純化出了溶藻

5、活性物質(zhì)，然后通過(guò)液質(zhì)聯(lián)用、氣質(zhì)聯(lián)用和核磁共振等技術(shù)手段綜合確定了溶藻活性物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。希瓦氏菌Lzh-2分泌溶藻活性物質(zhì)S-2A（六氫吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮,俗稱環(huán)甘氨酸-脯氨酸）和S-2B（二氫吲哚-2,3-二酮,俗稱靛紅），鞘氨醇桿菌Lzh-3分泌溶藻活性物質(zhì)S-3A（六氫吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮,俗稱環(huán)甘氨酸-脯氨酸）和S-3B（3-異丁基-6-甲基哌嗪-2,5-二酮,俗稱環(huán)丙氨酸-亮氨酸），而芽

6、孢桿菌Lzh-5則分泌兩種溶藻活性物質(zhì)S-5A（六氫吡咯并[1,2-A]吡嗪-1,4-二酮,俗稱環(huán)甘氨酸-脯氨酸）和S-5B（3-異丙基-六氫吡咯并[1,2-a]吡嗪-1,4-二酮,俗稱環(huán)脯氨酸-纈氨酸）。這四種溶藻活性物質(zhì)（環(huán)甘氨酸-脯氨酸、靛紅、環(huán)丙氨酸-亮氨酸和環(huán)脯氨酸-纈氨酸）都是可以生物降解的。為定量這些溶藻活性物質(zhì)的溶藻能力，測(cè)定了溶藻活性物質(zhì)對(duì)銅綠微囊藻9110和聚球藻BN60的半致死量。環(huán)甘氨酸-脯氨酸、靛紅、環(huán)丙氨酸-

7、亮氨酸和環(huán)脯氨酸-纈氨酸對(duì)銅綠微囊藻9110的半致死量分別為5.7μg/mL、12.5μg/mL、8.2μg/mL和19.4μg/mL；靛紅對(duì)聚球藻BN60的半致死量為34.2μg/mL，而其他三種溶藻活性物質(zhì)對(duì)聚球藻 BN60無(wú)溶藻效果。這四種溶藻活性物質(zhì)具有應(yīng)用于太湖藍(lán)藻水華控制的潛在價(jià)值。
　　在銅綠微囊藻9110藻液中加入溶藻活性物質(zhì)共培養(yǎng)24 hr后，藻細(xì)胞的形態(tài)發(fā)生明顯的變化。靛紅能夠?qū)е裸~綠微囊藻藻細(xì)胞的細(xì)胞分裂異常

8、。環(huán)甘氨酸-脯氨酸、環(huán)脯氨酸-纈氨酸和環(huán)丙氨酸-亮氨酸都能夠使銅綠微囊藻藻細(xì)胞的細(xì)胞壁破裂和細(xì)胞裂解。聚球藻BN60藻液藻液中加入溶藻活性物質(zhì)靛紅共培養(yǎng)24 hr后，細(xì)胞形狀從圓形變?yōu)椴灰?guī)則，而其他三種溶藻活性物質(zhì)不會(huì)引起 BN60藻細(xì)胞形態(tài)的變化。
　　監(jiān)測(cè)了溶藻過(guò)程中溶藻細(xì)菌、溶藻活性物質(zhì)和藍(lán)藻的動(dòng)力學(xué)變化，連續(xù)測(cè)定了菌藻混合液中溶藻細(xì)菌菌濃、溶藻活性物質(zhì)濃度和藍(lán)藻藻濃度。溶藻過(guò)程中，只有當(dāng)溶藻細(xì)菌濃度達(dá)到一定閾值后，才開(kāi)始分