溶藻细菌L7对富营养化水体藻类群落结构的调节及其机制初探

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本研究以溶藻细菌L7(Bacillus cereus strain L7)、水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)、富营养化原水和拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)为研究对象,旨在通过探索溶藻细菌L7对富营养化水体藻类群落结构的影响,探明可能的调节机制,对溶藻细菌的溶藻机理进行补充,探讨菌-藻关系对于维持水生生态系统群落结构稳定性的意义。(1)溶藻细菌L7对富营养化水体藻类群落的影响将水华鱼腥藻和溶藻细菌L7按不同比例接入优势种为拟柱胞藻的富营养化供试原水。其中,未加入水华鱼腥藻的实验组记为B组,均加入水华鱼腥藻的实验组记为AB组。观测藻类群落结构和拟柱孢藻藻丝长度,研究溶藻细菌L7对富营养化水体藻类群落的影响。溶藻细菌L7初始密度为9.45×107CFU/mL时,B组处理和AB组处理的拟柱孢藻细胞密度分别显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)低于相应的对照,同时B组处理拟柱孢藻细胞密度显著高于AB组处理(P<0.05)。AB组中,溶藻细菌L7密度为9.45×106CFU/mL和9.45×107CFU/mL时,水华鱼腥藻细胞密度显著高于对照(P<0.05)。溶藻细菌L7初始密度为9.45×107CFU/mL时,实验开始8天后,Shannon-Wiener指数分别由0.53和0.69升高至3.18和3.74,Pielou均匀度指数分别由0.09和0.12升高至0.73和0.82。B组各处理和溶藻细菌L7初始密度为9.45×107CFU/mL的AB组处理,其拟柱孢藻藻丝长度小于50μm的藻体数占总藻体数的百分比(即短藻丝占比)显著小于相应对照(P<0.05),溶藻细菌L7初始密度为9.45×104CFU/mL的AB组处理,其拟柱孢藻短藻丝占比显著大于对照(P<0.05)。因此,在本研究条件下,高密度的溶藻细菌L7能够抑制优势种的生长,增加生物多样性和均匀度,具有调节藻类群落结构的作用。额外的水华鱼腥藻的加入,会对溶藻细菌L7调节藻类群落结构的作用强度产生干扰。高密度溶藻细菌L7可促使拟柱孢藻的短藻丝占比减小,促进其长藻丝体的形成,这一现象与拟柱孢藻的消亡似乎有某种联系。(2)藻类群落结构调节机制初探分别在20℃、30℃下以及4个不同硝酸盐氮的初始浓度条件下培养水华鱼腥藻,观测水华鱼腥藻的生长变化和异形胞频率变化,同时探索水华鱼腥藻和拟柱孢藻间的相互作用。对于细胞密度达到108cells/L的水华鱼腥藻,溶藻细菌L7的“兴奋/抑制效应”浓度阈值会受到温度的影响,从而改变初始密度为2.7107CFU/mL的溶藻细菌L7对水华鱼腥藻的作用。溶藻细菌L7会改变水华鱼腥藻对氮的需求,但在本研究条件下氮浓度的改变不会影响溶藻细菌L7对水华鱼腥藻的作用趋势。硝酸盐氮浓度相同的组间相比,除硝酸盐氮浓度为0.5mg/L的处理外,初始密度为6.7107CFU/mL溶藻细菌均会抑制异形胞的形成。当硝酸盐氮浓度改变时,未投菌对照间相比和溶藻细菌L7初始密度为6.7107CFU/mL的处理间相比,低度浓度硝酸盐氮条件的对照(处理)中异形胞的频率显著大于其他浓度对照(处理),溶藻细菌L7初始密度为6.7105CFU/mL时会对异形胞的分化规律产生影响。水华鱼腥藻会抑制拟柱孢藻的生长。因此,初步推测溶藻细菌L7对富营养化水体藻类群落结构的调节机制为:溶藻细菌L7初始密度为一定密度时(9.45×107CFU/mL),能够显著抑制富营养化水体中的优势藻拟柱孢藻的生长,促进水华鱼腥藻的生长,并影响藻类间的相互作用,结果使得藻类群落的生物多样性和均匀度增加,具有调节群落结构的作用。当某些环境因子(如温度)改变时,溶藻细菌L7对水华鱼腥藻的“兴奋/抑制效应阈值”会随着变化,从而会改变一定初始密度(6.7107CFU/mL)的溶藻细菌L7对水华鱼腥藻生长的影响(或抑制或促进)。同时,投加的溶藻细菌L7会改变水华鱼腥藻对氮的需求,这些都影响水华藻类鱼腥藻的生长,从而对藻类群落结构产生影响。
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