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磷的过量输入是导致湖泊富营养化乃至蓝藻水华发生的关键因素,解有机磷细菌可分泌胞外碱性磷酸酶降解有机磷,故在湖泊磷循环中具有重要的作用,而相关研究相对较少,本文以我国大型富营养化浅水湖泊太湖为实验对象,系统比较了解有机磷细菌和解无机磷细菌的数量,研究了沉积物解有机磷细菌的时空分布和季节变动规律,并对其进行分离鉴定与特征描述,同时进一步研究了不同菌株胞外碱性磷酸酶活性与颗粒态有机质和生物可利用性磷之间的关系,本项研究旨在深入阐明微生物介导的湖泊磷循环的机理,为湖泊富营养化的治理提供科学依据。主要研究结果如下:
1.根据2008年5、7、10、12月四次采样分析的结果表明解无机磷细菌的平均数为7.0×106 cells g-1(干重),而解有机磷细菌的平均数则可达3.88×107 cells g-1(干重),故后者的数量明显较高,亟待深入研究。
2.以2008年不同季节和2009年2-10月逐月分析的结果表明在6个采样点中,沉积物解有机磷细菌的数量在污染严重的区域取最大值,在季节尺度上其峰值多见诸春、夏两季,上述变化与沉积物有机质的含量有关。
3.太湖沉积物解有机磷细菌(OPB)数量与碱性磷酸酶活性(APA)显著正相关(P<0.05)。根据形态、细胞生理生化性质与16S rRNA基因序列,从太湖沉积物中分离纯化的6株解有机磷菌株分别属于Bacillus cereus,Stenotrophomonas maltophilia,Stenotrophomonas sp.,Bacillus cereus,Xanthomonas sp.,Pseudomonas sp.,根据系统发育分析,上述菌株主要属于low(G+C)％Gram positive bacterium和γ-proteobacteria两个类群,迥异于西湖沉积物OPB种类,其中一株与太湖水柱中的OPB相同。各菌株的解磷能力亦显著不同。
4.模拟实验的结果表明,APA与OPB数量显著正相关(P<0.01),且明显反比于溶解反应性磷(SRP)浓度,不同菌株与东湖混合菌群所对应的SRP浓度均显著不同,因而表现出独特的解磷能力。碱性磷酸酶绝对活性及其在总活性中所占比例的结果表明各处理间小颗粒(0.22-3.0μm)APA相互迥异,而大颗粒(>3.0μm)APA和溶解态(<0.22μm)APA则无显著差异。因此,不同OPB种类解磷能力的差异多见诸自由生活菌。当赖以附着的有机颗粒相同(均为蓝藻碎屑)时,不同解有机磷细菌将给出类似的附着形态的解磷活性。
5.模拟实验可大致展示水华衰亡期磷循环的基本历程。实验初期(1-5天)不同处理SRP浓度均剧减,从第5天开始,细菌APA显著升高,其数量亦达峰值(6.2×108 cells mL-1),SRP浓度逐渐增加。实验后期(20-33天)细菌数量大幅度减少,且伴随SRP和溶解态有机磷浓度的显著升高。因此,上述由解有机磷细菌介导的磷的再生与形态转换,将有效调节藻类的演替。
总之,在大型富营养化浅水湖泊(太湖)沉积物中,与IPB相比OPB数量更多,且其时空变化模式可由沉积物有机质含量和碱性磷酸酶活性的波动加以解释,故有机磷的水解是湖泊沉积物磷循环的重要途径。此外,沉积物OPB表现出因湖泊而异的种类特异性,并具向水柱迁移的潜力,各种菌株亦有明显不同的解磷能力。在蓝藻水华衰亡阶段,OPB能有效介导磷的再生与形态转换改变营养物质在生产者和分解者之间的分配,进而调节藻菌关系和浮游植物的演替。