侧孢芽孢杆菌的抑藻效应及对养殖水体中蓝藻水华的生态防控 - 水产前沿网

摘要：以一株侧孢芽孢杆菌为试验菌株，研究其对铜绿微囊藻的抑制效应，并将其应用于水产养殖富营养化水体中，进行蓝藻水华的生态控制。结果表明，侧孢芽孢杆菌可以抑制铜绿微囊藻的生长，使其叶绿素a的含量显著下降，从而抑制了其光合作用的活性，达到限制铜绿微囊藻细胞增殖的目的。这种抑制作用与侧孢芽孢杆菌的细菌含量成正比，初始接种的菌体浓度越高，抑制作用越强，且这种限制作用在菌藻接触后的8~10d较为显著。将活菌数≥10^8个/mL的侧孢芽孢杆菌按0.50、1.00mg/L的用量加入淡水池塘养殖的富营养水体，在60d内不仅可使养殖水体中的TN、TP和高锰酸盐指数有所下降，同时还可显著抑制藻类的数量，增加藻类的种类，提高养殖水体中藻类的ShannonWeaver多样性指数，较好地调节藻类群落结构。研究显示，侧孢芽孢杆菌因具有较强的抑藻能力，在生物修复养殖富营养化水体的水生生态系统方面有着良好的应用前景。

随着水体富营养化的加剧，有害藻类水华的暴发日趋频繁。研究表明，我国目前66%以上的湖泊、水库处于富营养化的水平，其中重富营养和超富营养占22%，使得富营养化成为我国目前与今后相当长一段时期内的重大水环境问题。近年来，太湖、滇池、巢湖等富营养化湖泊相继出现大面积的蓝藻水华暴发，以产毒的微囊藻水华最为常见，造成严重的环境污染、健康危害和经济损失。而对于养殖水体而言，适度的富营养是维持水体生产力，保证养殖生物健康生长的基础。但如果暴发蓝藻水华，使得藻类大量堆积、死亡及分解，可导致水质的恶化，危害养殖生物。因此探求有效的藻类水华防治途径势在必行。

富营养化水体水生生态系统的生态修复可以从控制藻类繁殖和调整藻类群落结构方面着手，使整个水生生态系统趋于平衡并向良好的方向发展。国外相关研究表明，水华的迅速消退可能与水体中某些具有抑藻作用的细菌感染有关，抑藻细菌的抑藻作用已引起广泛的关注。抑藻细菌在水生生态系统中能将微型藻类种群密度调节到一个适当的程度，对维持藻类生物量的平衡具有非常重要的作用。然而，抑藻细菌对养殖水生生态系统中藻类群落结构的影响研究尚未见报道。为此，本试验以实验室分离所得的一株侧孢芽孢杆菌为试验菌株，研究了其对蓝藻水华的主要种类—铜绿微囊藻的抑制效应，并将其投入富营养化的水产养殖水体，研究其对水质营养盐水平和水体藻类群落结构的影响，探讨利用其修复富营养化养殖水体生态环境的前景。

试验于2012年7月—9月在江苏无锡的某鱼类养殖场的养殖池塘内进行，共5个池塘。每个养殖池的面积为13340m2，水深为1.5m，水温29.2~32.1℃。设对照池1个，试验池2个。对照组中不加侧孢芽孢杆菌菌液，而2个试验组中菌液（活菌量≥10^8个/mL）用量分别为0.50mg/L，1.0mg/L（经毒性试验，侧孢芽孢杆菌在10000mg/L以下对养殖生物无毒性，对养殖生态具有安全性），每个试验组做2个平行。每10d使用1次侧孢芽孢杆菌菌液，分别在试验开始、试验后30d和60d时取样测定TN、TP、高锰酸盐指数和叶绿素a的浓度和藻类的组成与数量，以了解侧孢芽孢杆菌对养殖水体中蓝藻水华的控制。

在试验的10d时间内，空白对照组的铜绿微囊藻在前6d呈生长态势，其叶绿素含量由初始的2120μg/L增加至3000μg/L，从8d后开始下降，10d时为2800μg/L。添加肉汤培养基的对照组在试验前6d的生长稍快于空白对照组，8d后的下降率也比空白对照组略高，但均无显著性差异，表明肉汤培养基在10d的试验时间内对铜绿微囊藻无影响。而添加了5、10、20mL侧孢芽孢杆菌菌液（即藻液中含菌数为1×10^9/CFU、2×10^9/CFU和4×10^9/CFU）的试验组中，试验前2d铜绿微囊藻有一定的增长，其中5mL和10mL试验组与空白对照组相接近，20mL试验组要略低于空白对照组，但无显著性差异。3个浓度试验组在试验2d后叶绿素含量开始下降，至试验第10d时，5mL侧孢芽孢杆菌试验组的铜绿微囊藻叶绿素较初始时下降了51.89%，而10、20mL试验组则下降了59.53%和70.00%，表明在一定条件下，侧孢芽孢杆菌对铜绿微囊藻具有明显的抑制作用。侧孢芽孢杆菌对铜绿微囊藻的抑制具有显著的浓度效应关系，即菌液添加量越多抑制效果越明显。这是因为随着添加量的增大，藻液中芽孢杆菌的活菌数或菌体代谢产物增加，抑藻能力就会增大。

据报导，抑藻细菌的作用方式一般分为两种：一是直接抑藻，即直接进攻宿主，它需要细菌与藻细胞直接接触，甚至侵入藻细胞内；二是间接抑藻，即间接进攻宿主，主要包括细菌同藻竞争有限营养或细菌分泌胞外物质抑藻。从本研究可以看出，侧孢芽孢杆菌对铜绿微囊藻的叶绿素a含量有显著影响，而叶绿素是藻细胞中光能的吸收和传递者，其含量的降低会使光合作用受到影响，表明光合系统极有可能是侧孢芽孢杆菌对铜绿微囊藻的抑制位点之一。因此，藻类的光合系统是很敏感的生态位点，极易受到抑藻细菌的攻击。至于这种影响是细菌本身还是其分泌产物所导致，则需作进一步的研究和探讨。

在试验的60d时间内，对照组藻类的种类由26种减少为21种，蓝藻中的铜绿微囊藻成为优势种，藻类数量由128×10^5cell/L增加至1536×10^5cell/L，增加了1100%，水体出现蓝藻水华。而使用了0.50~1.00mg/L侧孢芽孢杆菌的试验组，其藻类数量仅增加了691.6%和426.4%，显著低于对照组(P<0.01)。水体的富营养化程度明显改善，浮游植物的生物多样性有所增加，藻类种类数为23种和28种，高于对照组。同时，这种改善的效果也可从水质指标上反映出来。试验过程中，DO水平维持在4.90~7.02mg/L，属中等水平，对照组和2个试验组随着试验时间的延长有下降的趋势，试验后期试验组较对照组高，存在显著性差异(P<0.05)。DO的变化说明，虽然对照组藻类数量增加很快，光合作用能力增强，但随着藻类的老化和呼吸作用的增加，水体中的DO反而有所降低，体现出水体衰老的态势。TN在试验过程中呈下降趋势，试验组的下降率要高于对照组。虽然试验组的藻类受侧孢芽孢杆菌的抑制有所下降，其利用氮的能力有所减弱，但由于菌体本身在代谢中需要消耗氮源，因此试验组TN的下降仍高于对照组。而TP则不同，因试验组限制了水体水华的发展，故藻类对磷的利用下降，因此与对照组相比，试验组TP的含量较对照组略高。在高锰酸盐这一指标上，对照组因大量繁殖的藻类的衰亡，后期水体的高锰酸盐指数有所上升，上升幅度为8.70%，反之，试验组有2.82%~15.21%的下降。因此，无论从养殖水体的水质指标还是浮游植物的种类和数量上均可以看出，侧孢芽孢杆菌对养殖富营养水体中的水华具有一定的控制作用。

对照组在试验的60d内水体中藻类的ShannonWeaver指数由2.26降为1.68，而添加了侧孢芽孢杆菌的试验组，其水体中藻类的ShannonWeaver指数在试验末期为1.96和2.54，明显高于对照组，表明试验组的藻类生物多样性高于对照组，群落结构较为复杂，稳定性较好。藻类是水生生态系统最主要的初级生产者，是食物链的起点，在维持整个生态系统平衡方面起着至关重要的作用，而藻类生物多样性的大小直接反映水体生态系统的稳定性和水质状况。在没有进行生物防控时，优势种铜绿微囊藻的快速增殖在很大程度上改变了水体藻类的群落结构，群落结构变得较为单一，稳定性变差；采用侧孢芽孢杆菌控制水华藻类后，水体藻类群落结构变得较为复杂，稳定性较好，水质维持在较好的水平，其中1.00mg/L侧孢芽孢杆菌试验组的效果较明显。研究表明，抑藻细菌对水体藻类群落结构的影响起着主要的作用，而抑藻细菌本身作为水生生态系统中生物种群结构和功能的重要组成部分，能较好地调节藻类群落结构，在生物修复养殖富营养化水体的水生生态系统方面有着很好的应用前景。

（1）侧孢芽孢杆菌可以抑制铜绿微囊藻的生长，使其叶绿素a的含量显著下降，从而抑制其光合作用的活性，达到限制铜绿微囊藻细胞增殖目的。这种抑制作用与侧孢芽孢杆菌的细菌含量成正比，初始接种的菌体浓度越高，抑制作用越强。一般这种限制作用在菌藻接触后的8~10d较为显著。

（2）将活菌数≥10^8个/mL的侧孢芽孢杆菌按0.50、1.00mg/L的用量加入淡水池塘养殖的富营养水体，在60d内不仅可使养殖水体中的TN、TP和高锰酸盐指数有所下降，同时还可显著抑制藻类的数量，增加藻类的种类，提高养殖水体中藻类的ShannonWeaver多样性指数，较好地调节藻类群落结构，在生物修复养殖富营养化水体的水生生态系统方面有着很好的应用前景。

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