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随着我国水体富营养化现象的日趋严重,蓝藻水华经常发生。在沉积环境中越冬的蓝藻又是来年复苏重要的种源,并在气候条件适宜的情况下从沉积环境进入水体,当藻细胞生物量积累到一定程度后就会粘聚上浮形成水华。水华蓝藻不仅影响水质,破坏生态环境,对人类生产生活也会造成很大的影响。因此,探索行之有效的抑制藻类水华爆发的途径极为迫切。随着越来越多的研究发现,在蓝藻细胞生长和粘聚成华的过程中,藻类胞外聚合物起到了关键的作用。藻类胞外聚合物不仅是藻细胞的粘合剂,作为湖泊水体重要的有机碳源,又可以被微生物所利用。因此,深入透彻的研究藻类胞外聚合物在蓝藻细胞生命周期中的作用,并了解藻类胞外聚合物的微生物降解过程,是去除藻类胞外聚合物并有效控制蓝藻粘聚成华的重要理论基础。与此同时,湖泊环境中微生物资源丰富,在利用物理、化学和其它生物方法控制藻类水华不甚理想的情况下,利用微生物作用成为目前生物控藻的重要手段。所以,如何合理的开发利用这些微生物资源,使其可以实际应用于蓝藻水华的控制治理是当今世界研究的热点之一。 (1)本文首先对湖泊水体中四季变化的蓝藻胞外聚合物(EPS)进行研究,并对四季蓝藻EPS的微生物可降解性进行初探。研究结果表明,湖泊环境中蓝藻分泌的EPS主要受水体中藻细胞生物量的影响,有机含量和组成呈现季节性变化。当夏季水华发生时,藻类EPS有机质含量增加,腐殖化程度升高。同时LB-EPS中多糖所占比例升高,会促进藻细胞的粘聚,而TB-EPS则分泌出更多的蛋白类组分,使藻类EPS中易降解有机质含量发生变化。有机组成的差异导致不同季节蓝藻EPS微生物降解效率的不同,但四季蓝藻EPS均可以被微生物所利用,同时受接种微生物群落的影响,冬季藻类EPS微生物降解呈现不同的变化规律。 (2)为了更加深入的了解藻类EPS的微生物降解过程,本文结合微生物粒径和光照等影响因素,对胞外聚合物双层结构中的LB-EPS和TB-EPS有机质降解特性和微生物群落结构变化进行了深入的研究。结果发现,LB-EPS中有机质结构在微生物降解过程中发生变化,大分子有机质首先被分解产生更多的小分子中间物质,而后被微生物利用。降解过程中参与LB-EPS降解的特征微生物更多的是以降解大分子聚合物的γ-变形菌为主。TB-EPS中含有更多小分子有机质易于被微生物所利用,因此特征微生物β-变形菌和Firmicutes更多的参与TB-EPS中有机质的降解。在湖泊环境中,影响LB-EPS和TB-EPS微生物降解的关键因素是EPS中有机质的组成,不同粒径的微生物对其降解影响不大。光照虽然使有机质结构发生变化使其易于被微生物利用,但也为蓝藻生长提供了营养条件,因此,对于EPS的微生物降解也没有促进作用。 (3)对于蓝藻水华中藻类EPS的作用已经了有了较为深入的认识,但是在沉积环境中,尤其是冬季沉积环境中藻类EPS的研究还很少。本文通过研究发现,在沉积环境中,越冬蓝藻同样会产生胞外聚合物(EPS),来帮助它抵御不利的生长环境。冬季沉积物表层存活的蓝藻大多具有活性,在低温黑暗的条件下会产生更多的TB-EPS来帮助藻细胞维持自身的细胞形态。沉积物表层的蓝藻还会迁移进入沉积物中分泌产生胶质EPS(colloid-EPS),从而提高沉积物中微生物活性,促进沉积物中碳氮磷等物质的循环,给沉积物中越冬蓝藻细胞提供营养物质,同时促进沉积物生物膜形成,给藻细胞生存带来更稳定的沉积环境。 (4)鉴于藻类EPS存在于蓝藻整个生命周期过程中,对蓝藻种源的存续和水华爆发起到重要的作用,开发高效降解藻类胞外聚合物的微生物,控制蓝藻水华显得尤为重要。本文通过对湖泊环境中微生物进行驯化发现,可培养的降解藻类EPS微生物种类丰富。并且将利用有机质途径不同的菌种两两组合,可以提高微生物对藻类EPS的利用。其中Flavobacterium和Shinella的菌种组合,既可以高效降解LB-EPS也可以降解TB-EPS,在中性环境条件下,温度处于15-37℃范围内,当细菌接种量为106cells ml-1时,底物浓度越高混合菌种对EPS的降解能力越高。