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富营养化湖泊常常伴随着蓝藻水华的发生,尤其随着经济的发展和人类生产活动的加剧,加速了湖泊等水体富营养化水平。太湖是我国第三大淡水湖,也是长江中下游地区重要的水源地,自从2007年5月暴发的无锡水危机事件,太湖的蓝藻水华更加引起了人们的关注。许多学者围绕着太湖的微囊藻开展了深入细致的研究,本文主要针对太湖蓝藻水华的丝状蓝藻种类——水华鱼腥藻为研究对象,深入分析了其发生发展的变化动态,以及其适应环境的生理特性和蕴藏其内部的DNA分子特性的研究。主要研究结果如下:
1.基于16SrRNA、cpcBA-IGS和rbcLX三个不同进化尺度的基因位点,分析了分离自太湖的25株水华鱼腥藻藻株的多样性及系统关系,发现太湖水华鱼腥藻仍然处于鱼腥藻和束丝藻混杂的类群,并且显示出具有一定的地域特性,发现了基于cpcBA-IGS一段区域可以很好的区分水华束丝藻和柔细束丝藻等相近的类群;
2.建立了基于cpcBA-IGS一段约215bp为扩增对象实时荧光定量PCR检测技术,定量检测了从2008年10月至2010年9月,全湖8个样点共计192个样品的滤膜DNA,描述了太湖水华鱼腥藻在太湖的时空分布规律:水华鱼腥藻的趋势为从2月开始增长,5月达到峰值,6月份开始下降,夏季达到低值。在空间分布上,北部湖区(N1,N2,N3,N4),南部湖区(S2,S4),西部湖区(W2,W4)均有检测到水华鱼腥藻,并且两周年里最大值发现在西部湖区,达到4.0×107copiesL-1。北部湖区的N1和N2分布较多,N4点位最少,而西部的W2和W4区域常年分布较多。三湖区的数量总体趋势为北部湖区<南部湖区<西部湖区。
3.通过构建环境的rRNA基因克隆文库的方法,测序完成了720条ITS序列,选取688条有效序列进行分析,获得了118个不同的基因型序列,观察到太湖水华鱼腥藻基因型的演替规律。首次发现太湖水华鱼腥藻存在两种主要ITS基因型:L型和W型,分别包含了252条和180条序列,占ITS总序列的36.6%和26.2%。在4月和9月,W型在各样点均含有,占有较高比例,但L型在这两个月份中,仅在N1点比例较高;在11月,L型表现出较快的增长,而W型在各样点的比例开始减少,并仅仅在N1和W2两点位检测出。从整个采样的时间段看,W型在4月和9月占有优势,进入11月L型变为优势基因型,两型存在一定的交替。
4.通过PCR对分离自太湖的水华鱼腥藻进行检测匹配,并对两个主型的水华鱼腥藻进行了最适合生长曲线、电子传递速率、不同温度下光合放氧速率等生理指标的测定,还针对水华鱼腥藻和水华微囊藻进行了共培养和混养实验。并且进行了孢子室内诱导和观察实验。发现两主型水华鱼腥藻最适生长温度为20℃和30℃,共培养实验未发现两藻株具有抑制特性。观察到一株典型水华鱼腥藻孢子萌发的明显的不同阶段时期。
5.对太湖主型水华鱼腥藻进行了全基因组测序,并对固氮基因簇、类菌胞素氨基酸(MAAs)基因簇、以及孢子相关基因进行了比较分析,同时运用化学方法测定了太湖水华鱼腥藻的固氮活性,和MAAs含量。发现太湖水华鱼腥藻没有固氮活性,且主要含有shinorine和porphyra-334两类类菌胞素氨基酸物质,发现太湖水华鱼腥藻的相关孢子基因变异较大,与AnabaenavariabilisATCC29413同源基因avaK最近,但是相似度仅为63.9%。