我国水华蓝藻的新类群——阿氏浮丝藻(Planktothrix

J.LakeSci.(湖泊科学),2008,20(4):[e-mail]©2008byJournalofLakeSciences我国水华蓝藻的新类群——阿氏浮丝藻(Planktothrixagardhii)生理特性*林燊1,2,彭欣1,吴忠兴1,李仁辉1**(1:中国科学院水生生物研究所,武汉430072)(2:中国科学院研究生院,北京100049)摘要:阿氏浮丝藻(Planktothrixagardhii)是水华蓝藻的重要类群,实验对我国不同省份分离到的5株阿氏浮丝藻生长速率、色素组成、光合活性参数进行了测定.结果表明分离于广州的HAB1128叶绿素a(Chl.a)含量较低,藻蓝蛋白(C-PC)比例和含量较高.电子传递速率(ETR)测定结果表明,HAB1128的ETR曲线较高,最大ETRmax值也显著高于其余4株,高效的光能电子传递链弥补了光合色素Chl.a的不足,以致HAB1128保持了中性的生长速率.分离于武汉东湖的HAB631则与之正好相反,较高的Chl.a受限于光能电子传递链的薄弱,生长速率表现较低.分离于北京、上海、昆明的3株藻株在各项生理指标上无显著差异.关键词:水华种;阿氏浮丝藻;颤藻;生理特性;色素;光合活性PhysiologicalcharacteristicsofPlanktothrixagardhii—AnewtaxaofbloomcyanophytainChinaLINShen1,2,PENGXin1,WUZhongxing1&LIRenhui1(1:InstituteofHydrobiology,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430072,P.R.China)(2:GraduateSchoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,P.R.China)Abstract:FivestrainsofPlanktothrixagardhiiisolatedfromfiveregionsaroundChinawerestudiedfortheirphysiologicalcharacteristics,includinggrowthrate,pigmentcomposition,photosyntheticactivity.StrainHAB1128isolatedfromGuangzhoucontainedlowerchlorophyll-a(Chl.a),buthigherC-PCcontentandhigherC-PCratiointotalphycobiliproteincomparedtoother4strains.Resultsfromelectrontransferrate(ETR)showedthatHAB1128hadhigherphotosyntheticETRandthemaximalETRmax,whichinferredthathigh-performanceelectrontransferchainretrievedtheinadequacyofChl.aofthisstrain,andleadtotheneutralgrowthrate.Onthecontrary,HAB631thestrainisolatedfromEastLake(Wuhan),containedhigherChl.acontent,butshowedlowergrowthrateduetoitsweakelectrontransferchain.NosignificantdifferencesofphysiologicalparameterswereshownamongthreestrainsisolatedfromBeijing,ShanghaiandYunnan.Keywords:Bloomspecies;Planktothrixagardhii;Oscillatoriales;physiologicalcharacteristics;pigment;photosyntheticactivity随着水体富营养化程度的加剧,有害蓝藻水华频繁爆发.继云南滇池、安徽巢湖、无锡太湖之后,长春新立城水库、武汉东湖也相继爆发严重的蓝藻水华.蓝藻水华涉及蓝藻门40个属,其中常见的种类如微囊藻(Microcystis),鱼腥藻(Anabaena),束丝藻(Aphanizomenon),节球藻(Nodularia),浮丝藻(Planktothrix)等,然而,我国除了对微囊藻进行大量研究外,对其他水华蓝藻的研究稀缺.就浮丝藻(Planktothrix)而言,仅胡鸿钧等[1]报道阿氏浮丝藻等3个种在我国的出现,但是对浮丝藻形成蓝藻水华以及其特性并没有过多阐述.浮丝藻属于无异形胞的丝状蓝藻,1988年Anagnostidis&Komárek[2]基于其*中国科学院领域前沿项目(055102-1-501)和淡水生态与生物技术国家重点实验室开放课题(2007FB06)联合资助.2007-11-02收稿;2008-01-29收修改稿.林燊,男,1983年生,硕士研究生;E-mail:[e-mail].**通讯作者;E-mail:[e-mail].(湖泊科学),2008,20(4)438全浮游性习性(Planktonic)以及其大部分种类具有均匀分布的伪空泡(gasvesicle)将其从颤藻属分离出来,以阿氏浮丝藻(P.agardhii)作为模式种.2002年Suda等基于分子系统关系对其分类特征做了描述和再修订,进一步将不含伪空泡的种类排除在浮丝藻属之外[3].Sivonen、Pomati等研究表明浮丝藻能够产生包括微囊藻毒素(Microcystins),海兔毒素(Aplysiatoxin),神经毒性的鱼腥藻毒素-a(Anatoxin-a)以及贝类麻痹性毒素(PSP)在内的多种毒素[4-5].近年来,在我国爆发的蓝藻水华中,已发现浮丝藻混合在微囊藻水华,也有些浮丝藻占优势的蓝藻水华,但是除此之外,浮丝藻的生长,生理和生态等特性均不知晓.为了在整体上对我国蓝藻水华的深入了解,本文通过对我国五省区分离纯化到的阿氏浮丝藻藻株生理指标进行研究,旨在了解该水华种在我国不同地理、气候环境下的生理特征差异及种间联系,为进一步的浮丝藻研究打下理论基础,也为有害蓝藻水华治理提供参考.1材料与方法1.1藻种实验的5株阿氏浮丝藻分别采集于北京、上海、武汉、云南、广东,经毛细管分离纯化后获得的单种藻种,保存于本实验室有害藻类藻种库(HAB),藻种的编号,样品的采集信息以及基本形态特征见表1.将藻液接入250ml三角瓶(内装150mlCT培养基[6])中静置培养,接种当日藻液OD680为0.032±0.003,每日早晚均匀摇动使不贴壁生长,光照强度为25µE/(m2•s),光暗周期为12:12h,温度为25±1℃.表15株阿氏浮丝藻藻种参数Tab.1Strainsinvestigatedinthisstudy藻种采集地采集日期藻细胞宽(µm)藻细胞长(μm)HAB631云南昆明滇池西湾2007-01-083.81±0.192.61±0.29HAB619上海滴水湖2006-11-123.66±0.163.49±0.16HAB1128广东中山2006-06-134.38±0.292.53±0.24HAB622北京玉渊潭2006-11-124.08±0.312.52±0.18HAB638湖北武汉东湖2007-02-023.56±0.232.72±0.191.2生长速率测定接种后,隔天定时取样5ml,分光光度计测定藻液的OD680以及叶绿素a含量的变化,实验持续20d.根据下式计算生长速率[7]:K=(lgt2-lgt1)/t.其中K为生长速度常数,t为培养天数,t2为培养2d时的细胞数,t1为培养1d时的细胞数.1.3叶绿素a相对含量测定取5ml藻液于离心管中,以10000r/min的转速离心5min,弃去上清液,加入5ml80%丙酮,振荡摇匀,置4℃、黑暗浸提24h,离心后上清液用721分光光度计测波长646nm和663nm下的吸光值,根据下式[8]计算叶绿素a含量:Chl.a(μg/ml)=12.72OD663-2.7OD646计算得到的叶绿素a含量与当天测得的OD680的比值即叶绿素a相对含量.1.4藻胆蛋白提取与测定提取方法参考Padgett方法[9],取3ml光照培养8d,处于指数生长期的藻样,12000r/min高速离心5min,弃上清,加入3mlPBS(0.05M,pH6.8).将样品放入液氮8h后,室温避光溶解,反复冻融3-4次后提取藻胆蛋白.将冻融样品解冻后12000r/min高速离心5min,上清分别测定620nm,650nm,565nm下光吸收值,藻胆蛋白各组分含量根据下列公式[10]计算.藻蓝蛋白PC(mg/ml)=(OD620-0.7OD650)/7.38别藻蓝蛋白AP(mg/ml)=(OD650-0.19OD620)/5.65林燊等:我国水华蓝藻的新类群——阿氏浮丝藻(Planktothrixagardhii)生理特性4391.5光反应曲线(LightResponseCurve)和电子传递速率以浮游植物荧光分析仪(PHYTO-PAM,Waltz公司,德国)检测阿氏浮丝藻光合系统Ⅱ(PSⅡ)饱和脉冲光强下叶绿素荧光值的变化,计算PSⅡ的有效量子产率(EffectiveQuantumYields,Y)和电子传递速率(ETR,单位:µmolelectrons/(m2·s))[11].Y=△F/Fm’=(Ft-Fm’)/Fm’ETR=0.5Y×PAR×AF式中,Fm’为饱和脉冲光下的最大荧光;Ft为作用光下实时荧光;PAR为光合活性辐射;AF为叶绿素对光照的吸收效率,值为0.84.1.6数据分析所有实验重复3次,数据分析采用SPSS13.0(SPSSInc.)统计方式One-wayANOVA,LSD方法进行两两比较,P0.05差异显著,P0.01差异极显著.2结果2.1形态特征分离到的5株阿氏浮丝藻其形态特征如图1所示:细胞丝状排列,藻丝不成簇,藻体淡蓝绿色或黄绿色,收缢多不明显,胞内分布伪空泡结构,具浮游习性.不同地区浮丝藻的细胞宽及宽长比见表1.其细胞宽度3.5-4.5µm,宽长比1.0-1.73.图1HAB631阿氏浮丝藻Fig.1TheP.agardhii.stainsHAB6312.2生长速率阿氏浮丝藻在转接后的4-14d为指数生长期,14d后生长趋于平缓甚至黄化,进入延滞期.5株阿氏浮丝藻具有不同的生长速率µ(图2),分离于武汉东湖的HAB638藻株生长速率最慢,µ为0.060d-1.而昆明滇图25株阿氏浮丝藻生长速率比较Fig.2Comparisononthegrowthratesof5strainsofP.agardhii10µmJ.LakeSci.(湖泊科学),2008,20(4)440池的HAB631藻株显著高于其他地区藻株的生长速率(P0.01),µ值为0.09421d-1,是HAB638的1.57倍.2.3色素组成比较了5株阿氏浮丝藻指数生长期内3个取样时间点的叶绿素a相对含量(图3),结果表明HAB638的叶绿素a含量较其它四藻株显著高(统计值).HAB1128的叶绿素a含量则较低.14d时,HAB638叶绿素a量甚至是HAB1128的4.19倍.图3阿氏浮丝藻叶绿素a相对含量比较Fig.3Comparisonontherelativechlorophyll-aconcentrationof5strainsofP.agardhii5株阿氏浮丝藻的藻蓝素比较结果如图4a,HAB638的C-PC/Chl.a含量显著低于其它四株(P0.01),而HAB1128的C-PC/Chl.a含量