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由于人类社会经济活动不断增长的影响,大量营养盐输入水体,导致湖泊、水库富营养化,由此引起的环境问题越来越突出。浮游细菌在水生态系统的物质循环中起着关键的作用。进行富营养湖泊水体细菌群落分布规律及其与浮游植物群落的关系研究对于富营养化的治理以及丰富湖沼学理论具有重要的意义。目前国内外已有很多关于淡水生境中浮游细菌的研究报道,但对高海拔富营养化湖泊浮游细菌的分布及其影响因素迄今少有研究。本文报道了对洱海及云南其它8个湖库的浮游细菌群落分布进行研究的结果,并分析了它们与浮游植物种群变动之间的关系,以实验结果探讨了细菌溶藻的机理,结果如下:
(1)调查了2009年秋季我国西南高原8个处于不同营养水平的湖泊、水库的浮游细菌的分布特征,分析了它们与温度(T)、总氮(TN)、总磷(TP)、正磷酸盐(PO4-P)、氨氮(NH3-N)、硝氮(NO3-N)、化学需氧量(CODMn)和叶绿素α(Ch1α)的相关性。结果表明,8个湖库的浮游细菌数量存在明显差异,异龙湖最高,平均值为5.66×109cells/L,阳宗海最低,平均值为2.25×109 cells/L,其它从大到小依次为草甸海,松花坝水库、白沙河水库、月湖、松茂水库、石龙坝。对阳宗海四个点位的研究发现,同一湖泊内浮游细菌的数量存在空间异质性,沿岸带明显大于湖心区。浮游细菌数量与水温、总氮、总磷、叶绿素α均呈显著相关关系(P<0.01),表明上述因子可能是浮游细菌分布的主要限制因子。
(2)研究了洱海2009年5-11月各理化因子及浮游植物生物量的时空分布,分析了洱海藻类水华暴发季节水质营养水平及浮游植物多样性,并探讨了洱海浮游植物种群演替的环境机制。研究结果表明,洱海蓝藻水华在6-10月份大量暴发,蓝藻数量高达107 cells/L,水华种类为微囊藻(Microcystis)属的一些种,微囊藻在6-10月份占绝对优势,最高可达90%以上。分析5-11月洱海营养水平,其中7月营养水平最高,浮游植物生物量10月份最大(以叶绿素α表示)。使用SPSS里的pearson进行了相关分析,分析了浮游植物和各理化因子的关系,结果表明相对于其它浮游植物种类,总磷(TP)对微囊藻的影响比较大。
(3)解析了洱海浮游植物和水质的周年变化。综合营养状态指数分析显示目前洱海处于中营养状态,但已处于十分敏感的富营养化转型的关键期;不同月份营养状态略有不同,表现为夏秋季节高,冬春季节低的特点。洱海浮游植物具有明显的季节演替特征,蓝藻门在夏季和秋季占绝对优势,分别达到93.8%和94.1%,主要优势种为微囊藻属的一些种。绿藻门在冬季占绝对优势,优势种为暗丝藻。春季各门分布相对比较均匀,但蓝藻门依然占有相当大的比重,其次是绿藻和硅藻,优势种主要有微囊藻,束丝藻,暗丝藻和星杆藻。洱海四个季度叶绿素α与各理化因子spearman相关性分析发现影响洱海浮游植物生物量的主要限制因子依次为总磷,温度和总氮。结合RDA分析结果推测TN、TP和温度可能是驱动洱海水体中微囊藻与暗丝藻转换的主要环境因子。
(4)调查分析了洱海浮游细菌生物量的时空分布,结果表明洱海浮游细菌生物量具有明显的季节变化特征。其中夏季最高,平均为4.0×109cells/L;秋季和冬季相差不大,平均分别为2.68×109 cells/L和2.60×109 cells/L;春季最低,平均为2.19×109 cells/L。从全湖来看,浮游细菌的丰度在1.93×109 cells/L-4.61×109cells/L之间变化。SPSS分析了它们与生物环境因子的相关性,结果显示洱海浮游细菌丰度分布及季节变化与温度、总氮、总磷和叶绿素a呈显著相关,说明这些因素是限制洱海浮游细菌分布的重要环境生态因子,这与对其它高原湖泊的研究结果一致。
(5)通过16S rDNA序列克隆文库研究了洱海2009年7月、10月、2010年1月和4月表层水样中浮游细菌群落的组成和季节变化。限制性酶切片段长度多态性(RFLP)分析发现洱海浮游细菌群落存在明显的季节变化。16个克隆文库共包含1498个阳性克隆子,归属于Cyanobacteria,α-,β-,γ-Proteobacteria,Actinobacteria,Bacteroidetes,和Verrucomicrobia这七大类群。其中α-Proteobacteria是春季和夏季最占优势的类群,相对丰度分别为55.8%和44.2%。秋季和冬季最占优势的类群转变为β-Proteobacteria,相对丰富分别为34.1%和51.2%。冬季的克隆文库多样性指数最高。某些种类只在某一季节出现。根据Chao值估算,洱海四季的OTUs在42.7-98.0之间,明显的低于低海拔湖泊。这是首次利用分子生物学手段对洱海水体中浮游细菌多样性进行的研究。
(6)结合SPSS和RDA分析洱海浮游细菌群落与环境因子的关系发现与氮相关的因子可能是驱动洱海浮游细菌群落转换的重要环境因子。分析洱海浮游细菌群落结构对浮游植物群落的影响发现洱海浮游细菌群落的多样性和浮游植物生物量呈现明显的相关性。浮游植物可能受到浮游细菌自下而上的调控。Bacteroidetes与Cyanobacteria及微囊藻属相关性明显,可能和洱海水华的暴发有着潜在的联系。
(7)对实验室已分离到的5株溶藻细菌溶藻机理的初步研究发现,细菌L5和L14均能够强烈抑制藻类的生长,导致其叶绿素α含量或藻蓝蛋白含量显著下降,溶藻细菌能够强烈抑制光合活性(由Fv/Fm值反映)。接入溶藻细菌后,藻类的Fv/Fm值剧烈下降,而对照组的光合活性明显上升。DC-22和DC-P可能都是通过分泌溶藻物质溶藻的,并且此溶藻物质耐高温,应为非蛋白类。L5溶藻效果与加入的菌液体积成正比。L5和L14在37℃条件下都有比较强的溶藻效果,可能是因为此温度条件比较适合细菌的生长,有利于溶藻物质的释放。