光强对微囊藻群体形态的影响及其生理机制研究

第38卷第1期2014年1月水生生物学报ACT．HYDROBIOLOGICASINICAVo1．38．NO．1Jan．，2014doi：10．7541／2014．05光强对微囊藻群体形态的影响及其生理机制研究肖艳，2甘南琴2郑凌凌2宋立荣2(1．中国科学院重庆绿色智能技术研究院，三峡生态环境研究所，重庆401122；2．中国科学院水生生物研究所，武汉430072)摘要：为了探讨光照对微囊藻形态的影响，研究了6株不同种的群体微囊藻在不同光强下群体形态的变化及其响应机制。研究发现，随着光强的增加，6株群体微囊藻的群体尺寸变大。当光强为80—200~tmol／(m2．S)时，群体微囊藻DH．M1和DC．M2的比生长速率显著增大，而另4株在高光强下比生长速率无显著性差异；对多糖含量分析发现，高光强对群体微囊藻TH．M2、DC．M1、FACHB1174和FACHB1027胞外及胶被多糖的分泌与释放有显著的促进效果，而DH．M1和DC—M2多糖含量增加不明显。对于不同的微囊藻株，高光强促进群体形态变化的作用机理不同：光饱和点低的微囊藻是通过分泌大量的胞外及胶被多糖使群体尺寸变大，而光饱和点高的微囊藻是通过生长来促进群体尺寸的增大。此外，对产毒藻株在不同光强下的毒素基因表达及胞内毒素测定发现，高光强组的群体微囊藻mcyB和mcyD表达量升高，且胞内微囊藻毒素含量增加显著，推测微囊藻毒素也可能是影响微囊藻群体形态及大小的作用因子之一。关键词：群体微囊藻；群体尺寸；光强；生理机制中图分类号：Q949．2文献标识码：A文章编号：1000—3207(2014)01—0035．08在富营养化湖泊中，蓝藻水华的频繁暴发引起水生态系统结构和功能的损害，并对人类健康造成潜在威胁[1]。其中，微囊藻常在我国大多数的浅水湖泊中聚积成很大的群体并形成有害水华。通常在培养条件下，微囊藻以单细胞形式存在，而在自然条件下主要是以群体形式存在[2]。许多研究认为，这种表型可塑性，即一种基因型在不同的环境条件下呈现出多种表型的现象，是对环境的适应。这种适应使得微囊藻更能应对和抵御外界环境的变化，从而形成了极强的生态竞争优势，如群体微囊藻对低磷的耐受能力比单细胞微囊藻强[3】，并具有高效的无机碳吸收能力【，，抗高光强辐射和cu胁迫的能力[61，较快的迁移速率[，且能更好地抵御捕食压力[。目前研究认为，环境条件的变化导致了藻类形态的改变。因此，要了解这种形态改变的机制，也就需要了解外界各种环境因素对藻类的影响。已有研究表明环境中的非生物因子，如光照、温度、pH、微量元素、微囊藻毒素(Microcystins，MCs)等[1o_。】，及生物因素，如细菌、浮游动物等[H，】都能对浮游植物的形态产生影响。光是所有光合自养生物的重要资源，它的可利用性可以影响种群结构【l圳。Naselli—Flores，eta1．[17J也指出在富营养化水体中，光照是浮游植物形成聚集体的重要因素。目前有关光照对微囊藻形态影响的研究相对较少，且一般都建立在单细胞形态的基础之上，已有研究表明单细胞和群体微囊藻在生理参数及对胁迫的响应上具有明显的差异[3，】。深入研究微囊藻水华形成及优势维持，对微囊藻群体的研究尤显重要。基于此背景，本研究选取6株不同种的群体微囊藻，深入探讨光强对群体微囊藻的形态、群体大小的影响及其生理机制。1材料与方法1．1藻种及培养条件实验选用的群体微囊藻相关信息见表l。Microcystisflos—aquaeFACHB1174和sp．FACHB收稿日期：2012．11-23；修订日期：2013．10—14基金项目：云南省一国家自然科学基金联合项目(U0833604)；国家自然科学基金(3107O355)资助作者简介：~(1984-)，女，湖北荆州人；博士；主要从事藻类生理生态学研究。E-mail：yxiao@cigit．ac．cn通信作者：宋立荣，E-mail：lrsong@ihb．ac．cn36水生生物学报38卷1027取自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库fFACHB—collection)；wesenbergiiDC—M1、viridisDC．M2、aeruginosaTH．M2和aeruginosaDH．M1分别分离自滇池(DC)、太湖(TH)和东湖(DH)，在显微镜下挑取单克隆，无菌纯化培养，并保存于中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。这6株微囊藻都保持群体形态，直径大小l00—600m不等。常规培养以BG11为基础培养基，培养温度(25士1)℃，光照强度25~tmol／(m2．s)，光周期12h：12h。当藻培养至对数期时，离心后加入新鲜的培养液转入250mL三角瓶中，放在实验设置的光强梯度0、10、25、80、120和200i．tmoL／(m2·s)T培养。实验周期为1