武漢機(jī)器蕩子湖藍(lán)藻水華優(yōu)勢(shì)藻種和土嗅味藻源鑒定

萬(wàn) 紅，許彎彎

(武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430223)

武漢機(jī)器蕩子湖藍(lán)藻水華優(yōu)勢(shì)藻種和土嗅味藻源鑒定

萬(wàn) 紅，許彎彎

(武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430223)

采用PCR擴(kuò)增、基因測(cè)序技術(shù)對(duì)湖泊早春季節(jié)爆發(fā)藍(lán)藻水華的優(yōu)勢(shì)藻種和土嗅味藻源進(jìn)行鑒定研究，實(shí)驗(yàn)室條件下分別測(cè)定了不同光強(qiáng)和溫度對(duì)優(yōu)勢(shì)藻生物量和土嗅素產(chǎn)量的影響,其中，光強(qiáng)和溫度梯度分別為16、26、36 μmol·m-2·s-1和16、26、36 ℃。結(jié)果表明，湖泊藍(lán)藻水華的優(yōu)勢(shì)藻種為柔細(xì)束絲藻(Aphanizomenongracile),富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中的強(qiáng)烈異味可能來源于柔細(xì)束絲藻的土嗅素。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)顯示柔細(xì)束絲藻葉綠素含量和土嗅素產(chǎn)量在低溫和高光強(qiáng)時(shí)較高,實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)的低溫強(qiáng)光環(huán)境有利于其生長(zhǎng)；溫度對(duì)柔細(xì)束絲藻生長(zhǎng)量和土嗅素產(chǎn)量的影響較光強(qiáng)顯著，適宜條件下土嗅素最高產(chǎn)量達(dá)6 555 ng·mg-1。

藍(lán)藻水華;基因測(cè)序;PCR擴(kuò)增;土嗅味

湖泊是一種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生態(tài)系統(tǒng),在調(diào)節(jié)徑流、供應(yīng)水源、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境和氣候等多方面具有不可替代的功能。當(dāng)前，湖泊水環(huán)境污染以及富營(yíng)養(yǎng)化問題發(fā)展迅速、危害大、處理困難、恢復(fù)緩慢,已成為世界范圍內(nèi)最為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一[1-3]。據(jù)報(bào)道,我國(guó)湖泊爆發(fā)的水華多是藍(lán)藻水華,包括微囊藻(Microcystis)水華、魚腥藻(Anabeana)水華、束絲藻(Aphanizomenon)水華和擬柱胞藻(Cylindrospermopsisraciborskii)水華等[4-5]。藍(lán)藻一般在夏季溫度高于20 ℃、水體pH值偏高、光照強(qiáng)且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)易大量繁殖形成水華[6-7]。藍(lán)藻水華通過產(chǎn)生藻毒素、腐爛時(shí)使水體缺氧和破壞正常的水生態(tài)平衡系統(tǒng)而影響湖泊功能并危害人體健康。目前，已有較多報(bào)道闡釋了藍(lán)藻產(chǎn)生藻毒素的機(jī)理和危害[8-10]。對(duì)于藍(lán)藻產(chǎn)生的異味物質(zhì)的研究近年來也取得較大進(jìn)展。藍(lán)藻水華爆發(fā)時(shí)經(jīng)常伴隨異味產(chǎn)生[11-12]。異味物質(zhì)是藻類產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物,其代表物質(zhì)土霉味和草木味異味物質(zhì)因很難從水體中根除而成為水體異味的主要來源。其中，土嗅素是淡水中普遍存在的一種土霉味化合物[13],最早從放線菌中被分離出來[14],隨后在藍(lán)藻、粘細(xì)菌等微生物中被分離出來[15-16]。束絲藻作為藍(lán)藻水華的優(yōu)勢(shì)種,由于易產(chǎn)生神經(jīng)毒素和土嗅素異味物質(zhì)等問題,目前已成為藍(lán)藻水華研究的熱點(diǎn)[17]。

機(jī)器蕩子湖是武漢市最深的人工湖,平均水深4 m,面積11.7萬(wàn)m2。因污染嚴(yán)重,武漢市水務(wù)局于2013年對(duì)其實(shí)施“抽水、曬底泥、換自來水、種植水生植物”等水體綜合治理工程,水質(zhì)一度得到很大改善。但在2016年早春季節(jié),該湖泊爆發(fā)了藍(lán)藻水華并散發(fā)出強(qiáng)烈的土腥味。爆發(fā)初期,測(cè)得湖水中ρ(總氮)、ρ(總磷)、ρ(氨氮)、ρ(硝酸鹽)和ρ(葉綠素a)分別為3.485、0.235、0.022、0.083和0.145 mg·L-1,其中，總氮、總磷和葉綠素a含量已超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的五類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。筆者采用分子生物學(xué)技術(shù)鑒定此次藍(lán)藻水華的優(yōu)勢(shì)藻種和湖泊土嗅味的來源,研究環(huán)境因子即光強(qiáng)和溫度對(duì)優(yōu)勢(shì)藻生物量和土嗅素產(chǎn)量的影響,對(duì)科學(xué)預(yù)測(cè)湖泊中水華的產(chǎn)生以及采取有效措施防治水華和消除異味物質(zhì)具有重要的環(huán)境和生態(tài)學(xué)意義[18]。

1 材料與分析

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

PCR擴(kuò)增儀(BIO-RAD T100 Thermal Cycler)、凝膠圖像分析儀(GI-1)、電泳儀(DYY-8C)、氣相色譜儀(GC-2014C)、分光光度計(jì)(UV-2550)、光學(xué)顯微鏡(OLYMPUS BX51、OLYMPUS CKX31)、恒溫培養(yǎng)箱(DHP-9052)。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

(1)PCR相關(guān)試劑:引物F1(3′-TTGATCCTGGCTCAGGATGA-5′),引物1480(3′-AGTCCTACCTTAGGCATCCCCCTCC-5′)，引物GsyF1(5′-ATGCAACCMTTTRAACTGCC-3′),引物GGR1(5′-GCCCTCRAATTCGATTTCTTT-3′),引物GGR3(5′-CCCACAMCCAACTDTCAGTCAT-3′)。

(2)PCR預(yù)混液:Es Taq DNA聚合酶、2×Es Taq PCR 緩沖液、3 mmol·L MgCl、400 μmol·L dNTP 混合物以及PCR穩(wěn)定劑和增強(qiáng)劑組成的預(yù)混體系。

(3)凝膠電泳相關(guān)試劑

電泳緩沖液:242 g Tris堿、57.1 mL冰乙酸、100 mL 0.5 mol·L-1EDTA,pH值為8.0;DNA凝膠加樣緩沖液:w=0.25%酚藍(lán),w=0.25%二甲苯青FF,w=40%蔗糖;w=1%瓊脂糖凝膠:0.2 g瓊脂糖,20 mL TAE;DNA 標(biāo)記(Marker):DM 5 000。

(4)培養(yǎng)基:含氨芐(Amp)的LB(Luria-Bertani)固體培養(yǎng)基(添加100 μL 50 mg·mL-1的Amp,用于篩選成功的克隆子),含Amp的LB液體培養(yǎng)基(添加100 μL 50 mg·mL-1的Amp,用于培養(yǎng)轉(zhuǎn)化成功的克隆子)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 水樣采集

2016年3月6日在湖中選取3個(gè)取樣點(diǎn),在各樣點(diǎn)取水樣1 L,將采集水樣等體積混合后取1 L水樣用φ=1.5%的魯哥氏液固定以備定量分析使用。定性樣品以孔徑為64 μm的25號(hào)浮游生物網(wǎng)在各樣點(diǎn)水面下約0.5 m處作“∞”字形來回拖動(dòng)多次,取濃縮水樣2份,一份立即加入w為4%甲醛溶液,另一份不加甲醛用于24 h內(nèi)活體鏡檢和藻類培養(yǎng)。

1.3.2 藻種培養(yǎng)和生長(zhǎng)量測(cè)定

將純化后的優(yōu)勢(shì)藻接種于LB液體培養(yǎng)基,置于恒溫?fù)u床連續(xù)通氣培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度為25 ℃,t(光)∶t(暗)=12 h∶12 h,初始pH值為6.8左右,光強(qiáng)為22 μmol·m-2·s-1。每隔8～10 d左右轉(zhuǎn)接1次,使藻細(xì)胞能長(zhǎng)期處于對(duì)數(shù)期備用。為了測(cè)定光強(qiáng)和溫度對(duì)藻種和土嗅素產(chǎn)量的影響,實(shí)驗(yàn)設(shè)置溫度梯度為16、26和36 ℃,光強(qiáng)梯度為16、26、36 μmol·m-2·s-1。藻種產(chǎn)量用葉綠素a表示,土嗅味物質(zhì)的產(chǎn)量用單位質(zhì)量葉綠素a對(duì)應(yīng)的土嗅素物質(zhì)的質(zhì)量表示(ng·mg-1)。

1.3.3 藍(lán)藻水華優(yōu)勢(shì)藻種鑒定

(1)PCR擴(kuò)增反應(yīng)。光學(xué)顯微鏡下從水樣中挑取單根優(yōu)勢(shì)藻種藻絲,加入100 μL PCR管中,藻絲樣品離心后放在-80 ℃的冰箱(30 min)和60 ℃的水浴鍋(6 min)中反復(fù)凍融3次破壁,另取2支PCR管制作陽(yáng)性對(duì)照(擬柱孢藻基因)和陰性對(duì)照(水);再向樣品內(nèi)加入PCR反應(yīng)體系(8 μL水、10 μL混合酶、0.5 μL引物F1、0.5 μL引物1480)進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)。擴(kuò)增反應(yīng)條件是94 ℃預(yù)變性3 min,94 ℃變性30 s,58 ℃退火30 s,72 ℃延伸50 s,72 ℃反應(yīng)5 min,共進(jìn)行34個(gè)循環(huán)。

(2)瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)。取0.4 g瓊脂糖和40 mL電泳緩沖液制成w=1.0%瓊脂糖凝膠液,置于中度火力微波爐中加熱融化2 min,向冷卻至65 ℃左右的瓊脂糖凝膠液中加入0.4 μL EB,混勻后灌注膠板制膠,待凝固后向膠板中依次加入3 μL PCR產(chǎn)物和DM 5000(Marker),電泳30 min[19]。

(3)目的DNA提取和純化。利用凝膠圖像分析儀檢查目的條帶,將出現(xiàn)目標(biāo)條帶的樣品再次進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng),擴(kuò)增成功的DNA樣品通過切膠、水浴加熱溶解、離心洗脫雜質(zhì)等純化操作得以純化[20]。

(4)目的DNA克隆測(cè)序。0 ℃操作條件下,向100 μL離心管內(nèi)加入2.5 μL純化后的優(yōu)勢(shì)藻DNA、2.5 μL酶溶液(Solution I)和0.25 μL PMD18-T(載體),輕彈混勻后在16 ℃條件下反應(yīng)2 h,制取連接產(chǎn)物;取5 μL連接產(chǎn)物和25 μL感受態(tài)大腸桿菌Jml09加入1.5 mL離心管內(nèi),冰浴30 min,42 ℃水浴加熱90 s,冰激5 min,使載體轉(zhuǎn)入大腸埃希氏菌(Ecoli)中[21]。向離心管內(nèi)加入LB液體培養(yǎng)基200 μL,37 ℃、150 r·min-1振蕩培養(yǎng)1 h;取培養(yǎng)藻液50 μL涂布于Amp/LB平板,37 ℃條件下培養(yǎng)10～12 h,直至長(zhǎng)出菌落。最后，進(jìn)行陽(yáng)性克隆篩選,將陽(yáng)性克隆菌液送往生物技術(shù)公司測(cè)序。

1.3.4 水樣中土嗅味藻源鑒定

使用氣相色譜分析儀初步檢測(cè)優(yōu)勢(shì)藻樣品是否產(chǎn)生土腥味[22-23],然后利用表達(dá)土嗅素基因的GsyF1作為引物,擴(kuò)增優(yōu)勢(shì)藻種產(chǎn)土嗅味基因,并對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行凝膠電泳檢測(cè)。將擴(kuò)增成功的PCR產(chǎn)物進(jìn)行基因測(cè)序,檢測(cè)水樣的土嗅味是否來源于優(yōu)勢(shì)藻種。土嗅味物質(zhì)的數(shù)量根據(jù)土嗅素標(biāo)準(zhǔn)樣品的氣相色譜標(biāo)準(zhǔn)曲線分析。

1.3.5 優(yōu)勢(shì)藻藻液土嗅素基因電泳檢測(cè)

為了分析土嗅味是否由優(yōu)勢(shì)藻種產(chǎn)生,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分子水平的補(bǔ)充鑒定。挑取單根優(yōu)勢(shì)藻藻絲在LB液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)2周后,分別取1 μL藻液置于12支PCR管中,經(jīng)凍融破壁操作后,向樣品內(nèi)加入含有引物GGR1的PCR反應(yīng)體系(由8 μL水、10 μL混合酶、0.5 μL GsyF1、0.5 μL GGR1配成),向?qū)φ展軆?nèi)加入含有引物GGR3的PCR反應(yīng)體系(由 8 μL水、10 μL混合酶、0.5 μL GsyF1、0.5 μL GGR3配成)。目的基因的擴(kuò)增以能表達(dá)土嗅味基因的GsyF1作為前引物,以GGR1和GGR3作為后引物。陽(yáng)性對(duì)照為泥濘顫藻DNA(含有產(chǎn)土嗅味的基因,能擴(kuò)增出目的條帶)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鏡檢結(jié)果

鏡檢顯示優(yōu)勢(shì)藻藻絲直或稍彎曲,藻絲單生。圖1(a)所示的單根藻絲含有1個(gè)異形胞和2個(gè)厚壁孢子,圖1(b)所示的單根藻絲含有1個(gè)異形胞。優(yōu)勢(shì)藻營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞呈圓柱形,異形胞近似呈圓球狀,厚壁孢子橢圓形,比營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞略大。對(duì)照藻譜圖分析,這些特征與束絲藻屬的柔細(xì)束絲藻特征相似。顯微鏡定性分析結(jié)果表明樣品中只含有單一優(yōu)勢(shì)藻種,優(yōu)勢(shì)藻細(xì)胞密度為8 810 mL-1。

圖1 優(yōu)勢(shì)藻單根藻絲200倍鏡檢圖Fig.1 Microscopic figure of single filament magnified 200 times

2.2 優(yōu)勢(shì)藻PCR擴(kuò)增產(chǎn)物電泳檢測(cè)

優(yōu)勢(shì)藻PCR擴(kuò)增產(chǎn)物凝膠電泳圖譜如圖2所示。

圖2 優(yōu)勢(shì)藻PCR擴(kuò)增產(chǎn)物電泳圖譜Fig.2 The PCR amplified products electrophoresis of preponderant algae

使用含異形胞和厚壁孢子的藍(lán)藻特異性引物F1和引物1480,擴(kuò)增出優(yōu)勢(shì)藻的目的條帶,進(jìn)一步說明優(yōu)勢(shì)藻種中可能含有異形胞和厚壁孢子。將以上出現(xiàn)目的條帶的第2、5、8、12、13、15泳道的PCR產(chǎn)物作為模板DNA再次進(jìn)行PCR擴(kuò)增,只有第2泳道出現(xiàn)1 500 bp條帶,且條帶亮度大,可對(duì)其進(jìn)行切膠純化操作得到目的DNA。

2.3 目的DNA克隆測(cè)序結(jié)果

將初步鑒定有陽(yáng)性克隆子的培養(yǎng)液進(jìn)行PCR擴(kuò)增和凝膠電泳檢測(cè),檢測(cè)圖譜見圖3。對(duì)比Marker可知泳道1、4、7、11對(duì)應(yīng)的4個(gè)樣品在1 500 bp出現(xiàn)條帶,說明克隆培養(yǎng)轉(zhuǎn)化成功。選擇條帶清晰明亮的泳道1和4對(duì)應(yīng)的藻液測(cè)序,測(cè)序結(jié)果見圖4。

將優(yōu)勢(shì)藻株的16S rDNA基因序列在美國(guó)國(guó)立生物技術(shù)信息中心(NCBI)數(shù)據(jù)庫(kù)資源上進(jìn)行同源性比對(duì),結(jié)果表明序列與柔細(xì)束絲藻(AphanizomenongracileACCS 111)、魚腥藻(Anabaenasp. 86)、水華束絲藻(Aphanizomenonflosaquae)的相似性都為99%。根據(jù)形態(tài)特征可知,魚腥藻營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞為圓球形而非圓柱形;水華束絲藻藻絲平行排列,細(xì)胞聚集一起形成肉眼可見的葉片狀或鐮刀形群體,細(xì)胞質(zhì)絲伸展至全細(xì)胞,與顯微鏡觀察的優(yōu)勢(shì)藻形態(tài)不符;柔細(xì)束絲藻具有圓球形異形胞和橢圓形厚壁孢子,與顯微鏡下觀察的優(yōu)勢(shì)藻株的形態(tài)特征一致,由此可確定水體中的優(yōu)勢(shì)藻株為柔細(xì)束絲藻。

圖3 優(yōu)勢(shì)藻純培養(yǎng)藻液PCR擴(kuò)增產(chǎn)物電泳圖譜Fig.3 The PCR amplified products electrophoresis of preponderant algae pure culture

圖4 優(yōu)勢(shì)藻種16S rDNA序列Fig.4 Gene sequence diagram of preponderant algae 16S rDNA

2.4 水樣土嗅味檢測(cè)結(jié)果

配制150 ng·μL-1土嗅素標(biāo)準(zhǔn)樣品[24],氣相色譜分析見圖5。

圖5 土嗅素標(biāo)準(zhǔn)樣品氣相色譜分析Fig.5 Gas chromatogram of geosmin standard sample

4號(hào)和15號(hào)波峰明顯,都可能是土嗅素的對(duì)應(yīng)波峰。將標(biāo)準(zhǔn)品設(shè)成不同濃度梯度進(jìn)行氣相色譜分析,觀察峰面積和標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)保留時(shí)間為20.887 min的波峰峰面積與標(biāo)準(zhǔn)品濃度呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.999 4,且保留時(shí)間與15號(hào)峰對(duì)應(yīng)一致,因此可確定15號(hào)峰為土嗅味物質(zhì)的對(duì)應(yīng)波峰。取10 mL藻液樣品進(jìn)行氣相色譜檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示藻液樣品在20.825 min時(shí)出現(xiàn)波峰,與標(biāo)準(zhǔn)樣品15號(hào)峰保留時(shí)間吻合,可確定藻液樣品中產(chǎn)生了土嗅味。

2.5 柔細(xì)束絲藻藻液土嗅素基因電泳檢測(cè)

柔細(xì)束絲藻純培養(yǎng)藻液土嗅素基因的電泳檢測(cè)圖譜如圖6所示,泳道1、2、4、5、7、9、10出現(xiàn)目的條帶,將泳道1、2對(duì)應(yīng)的PCR產(chǎn)物進(jìn)行基因測(cè)序。將柔細(xì)束絲藻純?cè)逡夯驕y(cè)序結(jié)果在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)資源上進(jìn)行同源序列比對(duì),發(fā)現(xiàn)與已知柔細(xì)束絲藻(WH-1菌株)土嗅素合成酶基因(AphanizomenongracileWH-1 putative geosmin)的相似性為99%。因氣相色譜分析表明藻液中產(chǎn)生了土嗅味,定性分析顯示樣品只含有單一優(yōu)勢(shì)藻種,由此推測(cè)柔細(xì)束絲藻中土嗅素基因得到了表達(dá),水樣中土嗅味來源于柔細(xì)束絲藻的土嗅素。

圖6 柔細(xì)束絲藻純培養(yǎng)藻液土嗅素基因電泳圖譜Fig.6 The geosmin gene electrophoresis of the Aphanizomenon gracile pure culture

2.6 溫度和光強(qiáng)對(duì)優(yōu)勢(shì)藻葉綠素a含量和土嗅素產(chǎn)量的影響

設(shè)置溫度梯度為16、26、36 ℃,光強(qiáng)為22 μmol·m-2·s-1,每隔5 d取樣測(cè)定葉綠素a濃度和土嗅素產(chǎn)量(圖7)。不同溫度對(duì)優(yōu)勢(shì)藻葉綠素a的含量和土嗅素產(chǎn)量均有較大影響。優(yōu)勢(shì)藻生長(zhǎng)量隨溫度的升高而降低。特別是過了生長(zhǎng)適應(yīng)期(第16天)以后,16 ℃生長(zhǎng)條件下的藻類生長(zhǎng)量明顯高于其他2組,而在36 ℃培養(yǎng)條件下藻類增長(zhǎng)速率比較緩慢。3種溫度條件下土嗅素產(chǎn)量先升高后降低,在培養(yǎng)15 d時(shí)產(chǎn)量最高。16 ℃生長(zhǎng)條件下土嗅素產(chǎn)量明顯高于其他2組。

設(shè)置光強(qiáng)梯度為16、26、36 μmol·m-2·s-1,溫度為20 ℃,每隔5 d取樣測(cè)定葉綠素a濃度和土嗅素產(chǎn)量(圖8)。光強(qiáng)為16 μmol·m-2·s-1時(shí),藻類生長(zhǎng)量明顯低于其他2組;光強(qiáng)為26和36 μmol·m-2·s-1時(shí),藻種生長(zhǎng)量無顯著差異。可見，優(yōu)勢(shì)藻生長(zhǎng)量隨光強(qiáng)的增大而增加,顯示出喜強(qiáng)光的特征。3種光強(qiáng)條件下土嗅素產(chǎn)量先升高后降低,在培養(yǎng)10 d時(shí)產(chǎn)量都達(dá)最高,最高產(chǎn)量達(dá)6 555 ng·mg-1。在培養(yǎng)前期(5～20 d),低光強(qiáng)條件下土嗅素產(chǎn)量明顯低于其他組;30 d后3種光強(qiáng)條件下土嗅素產(chǎn)量無明顯差異。對(duì)比圖7和圖8可知,對(duì)于柔細(xì)束絲藻生長(zhǎng)量和土嗅素產(chǎn)量來說,溫度的影響比光強(qiáng)要顯著一些,可能是因?yàn)樗{(lán)藻含有氣泡,在不利情況下能夠調(diào)節(jié)自身浮力以便能最大程度地獲得光照,從而減少不利光強(qiáng)的影響。

綜上可知,在低溫和高光強(qiáng)條件下柔細(xì)束絲藻葉綠素含量較高,其有利生長(zhǎng)條件(低溫、強(qiáng)光)恰好解釋了柔細(xì)束絲藻水華在溫度較低的早春季節(jié)大量暴發(fā)的現(xiàn)象。2001年,TSUJIMURA等[25]研究發(fā)現(xiàn)水華束絲藻在氣溫8 ℃的冬季仍可生長(zhǎng)良好,而CARMICHAEL等[26]報(bào)道水華束絲藻在水溫較高的夏季爆發(fā)。

圖7 溫度對(duì)優(yōu)勢(shì)藻生長(zhǎng)量和土嗅素產(chǎn)量的影響Fig.7 Effects of temperature on the growth and geosmin production of preponderant algae

圖8 光強(qiáng)對(duì)優(yōu)勢(shì)藻生長(zhǎng)量和土嗅素產(chǎn)量的影響Fig.8 Effects of light intensity on the growth and geosmin production of preponderant algae

該研究結(jié)果表明柔細(xì)束絲藻在16 ℃時(shí)生長(zhǎng)量顯著高于其他高溫條件,這種對(duì)溫度敏感的差異性可能是由于束絲藻的種類不同導(dǎo)致。同樣,低溫和高光強(qiáng)條件也有利于土嗅素的產(chǎn)生,即合適條件下土嗅素產(chǎn)量可達(dá)最高,室內(nèi)模擬培養(yǎng)條件下土嗅素產(chǎn)量同柔細(xì)束絲藻葉綠素產(chǎn)量表現(xiàn)出一定的正相關(guān)性。NAES 等[27]研究發(fā)現(xiàn)不同光強(qiáng)下顫藻土嗅素產(chǎn)量和葉綠素a含量呈正相關(guān)關(guān)系。但是,關(guān)于溫度和光強(qiáng)對(duì)不同種類藻株異味物質(zhì)的影響也有相反的結(jié)論,如BLEVINS等[28]研究發(fā)現(xiàn)魚腥藻葉綠素含量和土嗅素產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

對(duì)湖泊爆發(fā)藍(lán)藻水華的優(yōu)勢(shì)藻種和土嗅味藻源進(jìn)行了鑒定研究,優(yōu)勢(shì)藻種基因測(cè)序結(jié)果表明優(yōu)勢(shì)藻與柔細(xì)束絲藻的基因相似性為99%,結(jié)合鏡檢結(jié)果，優(yōu)勢(shì)藻珠的藻絲含有圓球形異形胞和橢圓形厚壁孢子,可鑒定出優(yōu)勢(shì)藻種為念珠藻科束絲藻屬的柔細(xì)束絲藻。根據(jù)優(yōu)勢(shì)藻藻液土嗅素氣相色譜分析和優(yōu)勢(shì)藻土嗅素基因測(cè)序結(jié)果,可推測(cè)水樣中土嗅味可能來源于柔細(xì)束絲藻。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)條件下,低溫和高光強(qiáng)時(shí)純培養(yǎng)柔細(xì)束絲藻葉綠素含量和土嗅素產(chǎn)量較高,且溫度對(duì)柔細(xì)束絲藻生長(zhǎng)量和土嗅素產(chǎn)量的影響較光強(qiáng)顯著。

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(責(zé)任編輯：陳 昕)

Identification on Preponderant Algae of Cyanobacteria Bloom and Geosmin Odor Source of Wuhan Jiqidangzi Lake.

WANHong,XUWan-wan

(School of Life Science, Wuchang University of Technology, Wuhan 430223, China)

Research indicates cyanobacteria blooms not only endanger water quality，but also produce neurotoxins and odorous matter. In order to scientifically predict water bloom, and then provide fundamental knowledge on the prevention and control of water bloom and odor, preponderant algae species of cyanobacteria bloom and geosmin odor source multiplied in early spring were identified by means of PCR amplification and gene sequencing technology. The effects of different temperature and light intensity on preponderant algae biomass and geosimin odor yield were also measured respectively under laboratory conditions. The preponderant algae were cultured at three temperatures (16， 26 and 36 ℃) and three light intensities[16， 26， 36 μmol·m-2·s-1]. The preponderant algae of cyanobacteria bloom was identified asAphanizomenongracile, and the strong smell of the eutrophicated lake might come from the geosmin ofAphanizomenongracile. Laboratory simulation study indicate that the content ofAphanizomenongracilechlorophyll-a and the yield of geosmin odor became higher at low temperature and high light intensity, indicating low temperature and strong light environment were favorable growth conditions. It was found that the effect of temperature was more significant than light intensity onAphanizomenongracile, and the highest yield of the geosmin odor was 6 555 ng·mg-1under favorable conditions.

cyanobacteria bloom; gene sequencing; PCR amplification; geosmin odor

2016-07-18

湖北省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃(B2015282)

X171

A

1673-4831(2017)06-0539-07

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.06.008

萬(wàn)紅(1976—),女,湖北隨州人,講師,碩士,從事水污染控制與生態(tài)修復(fù)方面的研究。E-mail: 19786630@qq.com