利用溶藻菌控制危害性藍藻的研究進展

杜青波　崔昊　蒲紅宇

摘要 危害性藍藻的治理一直是水域生態學研究的重要內容。近年來，溶藻菌作為一種控藻微生物受到了廣泛的關注，其控藻作用的機理與研究應用取得了豐富的成果。本文系統綜述了國內外關于溶藻菌種類、特性、作用機理等方面的研究進展，重點闡述了利用溶藻菌進行危害性藍藻生物控制的最新研究應用成果，對未來溶藻菌研究的方向與前景進行了分析展望。

關鍵詞 溶藻菌；功能；危害性藍藻；生物控制

中圖分類號 X172 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）04-0168-02

Abstract The control of harmful cyanobacteria in environment has always been an important part of the study of aquatic ecology. In recent years，algicidal bacteria，as the cyanobacteria controlled microorganism，has received widely concerned in the world. Its mechanism and application had achieved great results.The domestic and international researches about the species，characteristics and mechanism of algicidal bacteria were systematically reviewed in this paper. The latest research results on controlling cyanobacteria bloom by algicidal bacteria and research prospect on algicidal bacteria were also expounded in this paper.

Key words algicidal bacteria；function；harmful cyanobacteria；biological control

1 溶藻菌及其主要功能

1.1 溶藻菌的定義

溶藻菌（algicidal bacteria）是指可以通過直接或間接方式抑制藻類生長、溶解殺死藻細胞的一類細菌。早在1942年，Gietler就發現一種粘細菌（Myxobacteria），可以寄生在剛毛藻（Cladophora）上導致剛毛藻細胞裂解死亡。此后類似的報道不斷出現，溶藻菌逐漸為人們所了解。20世紀末，有學者發現水華或赤潮的突然消亡與水環境中細菌數量有極大的相關性，在藻華生長與消亡過程中，環境中細菌豐度有顯著的變動，說明藻華消亡確與某些功能細菌有著密切的關系[1-3]。近年來，隨著對溶藻菌應用研究的開展，細菌控藻逐漸成為防治水域環境中藻類危害的重要途徑[4]。

1.2 溶藻菌的主要功能

溶藻菌的主要功能表現在對水域環境中藻類生物的抑制與殺滅。與通常采用的化學藥物抑藻技術比較，溶藻菌技術具有安全、無藥殘等諸多優點，是環境藻類污染控制技術的重要發展方向。通常一種溶藻菌可能同時具有多種抑藻作用。關于溶藻菌抑制藻類生長的作用機理，可以歸結為以下幾點：①與藻類競爭營養物質，抑制藻體生長；②接觸藻體，破壞藻體結構；③大量增殖形成菌膠膜，惡化藻類生長環境；④向水環境中釋放抑藻物質，抑制藻類正常生理活動；⑤細菌進入藻細胞內，殺死藻細胞。

2 利用溶藻菌控制危害性藍藻的研究

藍藻為原核生物，可快速增殖形成藻類聚集體，外表面裹有膠質膜，因其獨特的生理生態特征和生態策略，具有很強的競爭優勢，種群數量容易在水域環境中出現爆發性增長并形成危害性藻華，及時抑制和殺滅危害性藍藻可以預防藻華出現。水域環境的危害性藍藻主要包括微囊藻屬（Microcystis）、魚腥藻屬（Anabaena sp.）、束絲屬（Aphanizom-enon）、顫藻屬（Oscillatoria）等種類[5]，其中微囊藻屬是最為普遍的危害性藍藻，對其相關的研究也較多。

2.1 直接作用抑藻

利用溶藻菌直接吸附于藍藻細胞，入侵并寄生到藻細胞內，最終導致藍藻細胞破壞死亡。孔赟[6]發現溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1分泌溶藻活性物質液使銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）細胞壁受到大幅破壞，細胞膜通透性增大，胞內K+和Ca2+離子外滲；抗氧化酶SOD、POD和CAT活力增加，活性氧ROS水平顯著提升導致藻細胞氧化損傷、細胞膜發生脂質過氧化，從而破壞細胞質膜，導致藻細胞破裂，藻細胞類囊體等細胞器釋放，同時抑制光合作用電子傳遞過程，最終引起藻細胞衰亡。史順玉等[7]發現從滇池分離的溶藻菌DC23的原培養液對于微囊藻具有很強的溶解作用，顯微鏡下觀察到藻細胞的凝聚現象，凝聚處細菌菌體附在藻細胞上，而該藻細胞周圍出現若干細胞碎片，推測是由于細菌直接侵入藻細胞，導致藻細胞發生破碎。溶藻菌DC23的菌體>0.2 μm，用0.2 μm的針頭過濾器過濾菌液后，在平板上測試無活菌生長。利用過濾菌液重復溶藻試驗，沒有發現溶藻現象，進一步支持了該細菌是通過與宿主直接接觸的方式來完成溶藻的推斷；Imai等[8]研究發現2株交替單胞菌能夠對某些銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）進行直接溶藻，觀察可見，當細菌吸附到宿主藻細胞后，藻細胞會明確出現溶解現象。楊麗麗等[9]利用光學顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察了受到蠟狀芽孢桿菌L7侵蝕的魚腥藻細胞形態，魚腥藻首先出現細胞質空化、細胞基質外泄、類囊體結構消失，然后是核物質潰散，最終細胞收縮變形直至消亡。

2.2 間接作用抑藻

利用溶藻菌分泌釋放胞外物質或者通過細菌與藻類進行營養競爭而達到抑藻目的。趙傳鵬等[10]分離出1株溶藻細菌，用0.22 μm纖維濾膜對細菌培養液過濾后，分別按照菌藻體積比為10%、20%和30%進行細菌-銅綠微囊藻（Micro-cystis aeruginosa）混合培養，測定其溶藻作用。3個試驗組的藍藻細胞濃度均呈明顯下降趨勢，不同的細菌濾液體積分數對銅綠微囊藻生長有不同的抑制效果，當細菌比例為10%和20%時，藍藻細胞數量在最初的24 h內下降較為明顯，隨后的時間內下降速度漸漸變慢；當其為30%時，24 h時已檢測不出藍藻細胞。由此推測，該菌株能夠通過分泌某種細胞外物質進行間接溶藻；晉 利等[11]從富營養化池塘中分離得到1株具有溶藻作用的菌株J1并研究了其對銅綠微囊藻的抑制效果。試驗將初始濃度為6×10-7 cfu/mL的菌液加入銅綠微囊藻液，共培養第9天后，銅綠微囊藻的去除率達87%以上，證明了溶藻菌J1通過分泌溶藻物質抑制了銅綠微囊藻的生長。根據生理生化及16S rDNA序列分析鑒定，菌株J1屬于芽胞桿菌屬（Bacillus）；劉 晶等[12]利用同樣方法篩選分離出2株溶藻細菌L7和L18并對其去除銅綠微囊藻、水華魚腥藻（Anabaena flosaquae）的效果進行研究。結果表明：衰減期的細菌濾液溶藻效果好于對數生長期和穩定期菌液，說明不同生長時期細菌分泌的胞外物質進行溶藻的效果存在差異，這是因為隨著生長時間的延長，菌株分泌的胞外物質增多，溶藻效果越明顯。試驗鑒定菌株L7為蠟狀芽孢桿菌（Bacillus cereus），菌株L18為短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）。Oshikawa等[13]利用甲醇提取的2 594株細菌菌株與顫藻共培養后，發現了37種殺藻分泌物，從殺藻活性最高的菌株C-979中純化和鑒定出來殺藻物為β-氰基-L-丙氨酸。Imamura等[14]發現1株鞘氨醇單胞菌（Sphingomonas sp.）能夠分泌一種五肽類物質argimicin A，這種五肽物質添加量為12 μg/L和100 μg/L時對綠色微囊藻（Microcystis viridis）和銅綠微囊藻（M.aeruginosa）具有強烈的抑制作用，后經純化后鑒定分子式為C32H62N12O8。田川[15]發現微小桿菌A27能夠分泌至少3種胞外活性物質抑制銅綠微囊藻，通過質譜、核磁共振和紅外光譜等檢測結果證明包括其中一種分子量為1188.5Da的化合物和胸腺嘧啶。

2.3 協同作用抑藻

有些溶藻菌同時具有直接和間接的作用，這種抑藻方式可以稱為協同抑藻。裴海燕等[16]對分離的溶藻細菌P15進行溶藻特性解析試驗表明，添加經過熱處理滅菌的P15菌液以及未經任何處理的P15菌液對銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）、柵藻（Scenedesmus）、小球藻（Chlorella）3種藻類均有明顯的溶解作用。試驗同時發現，直接添加P15菌液時產生了藻細胞的凝聚現象，而添加經處理的P15菌液則沒有出現此現象，分析藻細胞的凝聚可能是由于P15直接接觸藻細胞所致。研究結果說明，P15可以同時通過分泌胞外物質和接觸藻細胞實現抑制藻類的效果，即同時具有直接和間接抑藻功能；盧蘭蘭等[17]從滇池藍藻水華集聚區分離獲得1株短小芽孢桿菌DC-L5，發現沉淀菌體和無菌上清液對銅綠微囊藻都有顯著的溶藻效果，但效果不及原菌液明顯，推測DC-L5可能是通過直接接觸藻細胞使其凝聚下沉并降解，同時釋放抑制藻細胞生長的菌株分泌物。王善龍[18]在對蝦養殖池塘連續施用濃度為6×103 CFU/mL溶藻細菌CZBC1，結果有效抑制了微囊藻水華爆發。

3 溶藻菌研究發展趨勢

（1）對溶藻活性物質進行分離、純化、鑒定及理化特性等方面的詳細分析，從分子水平明確溶藻菌活性物質的結構與功能特性，探明其作用機理。

（2）針對引起藻類抑制和死亡的環境微生物進行系統的菌株篩選與分離，尋求具有顯著專性抑藻功能的菌株并進行培養和應用。

（3）高效復合溶藻菌群的組合篩選與應用。在對單一菌株作用機制尚不明確時，篩選應用組合型溶藻菌對于控制藻類數量具有更明顯的應用價值。

（4）系統研究細菌溶藻過程的伴生作用，充分開發利用溶藻菌的生物效用。研究表明，有些細菌在抑藻過程中能夠同時產生凈化水質和降解藻毒的伴生作用，研究溶藻菌的伴生作用將會從新的角度了解和開發微生物的水質凈化功能。

（5）深入研究溶藻菌作用的時間與劑量效應關系，建立合理有效的應用方法。

4 參考文獻

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