利用溶藻菌控制危害性蓝藻的研究进展

摘要 危害性蓝藻的治理一直是水域生态学研究的重要内容。近年来，溶藻菌作为一种控藻微生物受到了广泛的关注，其控藻作用的机理与研究应用取得了丰富的成果。本文系统综述了国内外关于溶藻菌种类、特性、作用机理等方面的研究进展，重点阐述了利用溶藻菌进行危害性蓝藻生物控制的最新研究应用成果，对未来溶藻菌研究的方向与前景进行了分析展望。

关键词 溶藻菌；功能；危害性蓝藻；生物控制

中图分类号 X172 文献标识码 A 文章编号 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 溶藻菌的定义

溶藻菌（algicidal bacteria）是指可以通过直接或间接方式抑制藻类生长、溶解杀死藻细胞的一类细菌。早在1942年，Gietler就发现一种粘细菌（Myxobacteria），可以寄生在刚毛藻（Cladophora）上导致刚毛藻细胞裂解死亡。此后类似的报道不断出现，溶藻菌逐渐为人们所了解。20世纪末，有学者发现水华或赤潮的突然消亡与水环境中细菌数量有极大的相关性，在藻华生长与消亡过程中，环境中细菌丰度有显著的变动，说明藻华消亡确与某些功能细菌有着密切的关系[1-3]。近年来，随着对溶藻菌应用研究的开展，细菌控藻逐渐成为防治水域环境中藻类危害的重要途径[4]。

1.2 溶藻菌的主要功能

溶藻菌的主要功能表现在对水域环境中藻类生物的抑制与杀灭。与通常采用的化学药物抑藻技术比较，溶藻菌技术具有安全、无药残等诸多优点，是环境藻类污染控制技术的重要发展方向。通常一种溶藻菌可能同时具有多种抑藻作用。关于溶藻菌抑制藻类生长的作用机理，可以归结为以下几点：①与藻类竞争营养物质，抑制藻体生长；②接触藻体，破坏藻体结构；③大量增殖形成菌胶膜，恶化藻类生长环境；④向水环境中释放抑藻物质，抑制藻类正常生理活动；⑤细菌进入藻细胞内，杀死藻细胞。

2 利用溶藻菌控制危害性蓝藻的研究

蓝藻为原核生物，可快速增殖形成藻类聚集体，外表面裹有胶质膜，因其独特的生理生态特征和生态策略，具有很强的竞争优势，种群数量容易在水域环境中出现爆发性增长并形成危害性藻华，及时抑制和杀灭危害性蓝藻可以预防藻华出现。水域环境的危害性蓝藻主要包括微囊藻属（Microcystis）、鱼腥藻属（Anabaena sp.）、束丝属（Aphanizom-enon）、颤藻属（Oscillatoria）等种类[5]，其中微囊藻属是最为普遍的危害性蓝藻，对其相关的研究也较多。

2.1 直接作用抑藻

利用溶藻菌直接吸附于蓝藻细胞，入侵并寄生到藻细胞内，最终导致蓝藻细胞破坏死亡。孔S[6]发现溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1分泌溶藻活性物质液使铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）细胞壁受到大幅破坏，细胞膜通透性增大，胞内K+和Ca2+离子外渗；抗氧化酶SOD、POD和CAT活力增加，活性氧ROS水平显著提升导致藻细胞氧化损伤、细胞膜发生脂质过氧化，从而破坏细胞质膜，导致藻细胞破裂，藻细胞类囊体等细胞器释放，同时抑制光合作用电子传递过程，最终引起藻细胞衰亡。史顺玉等[7]发现从滇池分离的溶藻菌DC23的原培养液对于微囊藻具有很强的溶解作用，显微镜下观察到藻细胞的凝聚现象，凝聚处细菌菌体附在藻细胞上，而该藻细胞周围出现若干细胞碎片，推测是由于细菌直接侵入藻细胞，导致藻细胞发生破碎。溶藻菌DC23的菌体>0.2 μm，用0.2 μm的针头过滤器过滤菌液后，在平板上测试无活菌生长。利用过滤菌液重复溶藻试验，没有发现溶藻现象，进一步支持了该细菌是通过与宿主直接接触的方式来完成溶藻的推断；Imai等[8]研究发现2株交替单胞菌能够对某些铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）进行直接溶藻，观察可见，当细菌吸附到宿主藻细胞后，藻细胞会明确出现溶解现象。杨丽丽等[9]利用光学显微镜和透射电子显微镜观察了受到蜡状芽孢杆菌L7侵蚀的鱼腥藻细胞形态，鱼腥藻首先出现细胞质空化、细胞基质外泄、类囊体结构消失，然后是核物|溃散，最终细胞收缩变形直至消亡。

2.2 间接作用抑藻

利用溶藻菌分泌释放胞外物质或者通过细菌与藻类进行营养竞争而达到抑藻目的。赵传鹏等[10]分离出1株溶藻细菌，用0.22 μm纤维滤膜对细菌培养液过滤后，分别按照菌藻体积比为10%、20%和30%进行细菌-铜绿微囊藻（Micro-cystis aeruginosa）混合培养，测定其溶藻作用。3个试验组的蓝藻细胞浓度均呈明显下降趋势，不同的细菌滤液体积分数对铜绿微囊藻生长有不同的抑制效果，当细菌比例为10%和20%时，蓝藻细胞数量在最初的24 h内下降较为明显，随后的时间内下降速度渐渐变慢；当其为30%时，24 h时已检测不出蓝藻细胞。由此推测，该菌株能够通过分泌某种细胞外物质进行间接溶藻；晋 利等[11]从富营养化池塘中分离得到1株具有溶藻作用的菌株J1并研究了其对铜绿微囊藻的抑制效果。试验将初始浓度为6×10-7 cfu/mL的菌液加入铜绿微囊藻液，共培养第9天后，铜绿微囊藻的去除率达87%以上，证明了溶藻菌J1通过分泌溶藻物质抑制了铜绿微囊藻的生长。根据生理生化及16S rDNA序列分析鉴定，菌株J1属于芽胞杆菌属（Bacillus）；刘 晶等[12]利用同样方法筛选分离出2株溶藻细菌L7和L18并对其去除铜绿微囊藻、水华鱼腥藻（Anabaena flosaquae）的效果进行研究。结果表明：衰减期的细菌滤液溶藻效果好于对数生长期和稳定期菌液，说明不同生长时期细菌分泌的胞外物质进行溶藻的效果存在差异，这是因为随着生长时间的延长，菌株分泌的胞外物质增多，溶藻效果越明显。试验鉴定菌株L7为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus），菌株L18为短小芽孢杆菌（Bacillus pumilus）。Oshikawa等[13]利用甲醇提取的2 594株细菌菌株与颤藻共培养后，发现了37种杀藻分泌物，从杀藻活性最高的菌株C-979中纯化和鉴定出来杀藻物为β-氰基-L-丙氨酸。Imamura等[14]发现1株鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas sp.）能够分泌一种五肽类物质argimicin A，@种五肽物质添加量为12 μg/L和100 μg/L时对绿色微囊藻（Microcystis viridis）和铜绿微囊藻（M.aeruginosa）具有强烈的抑制作用，后经纯化后鉴定分子式为C32H62N12O8。田川[15]发现微小杆菌A27能够分泌至少3种胞外活性物质抑制铜绿微囊藻，通过质谱、核磁共振和红外光谱等检测结果证明包括其中一种分子量为1188.5Da的化合物和胸腺嘧啶。

2.3 协同作用抑藻

有些溶藻菌同时具有直接和间接的作用，这种抑藻方式可以称为协同抑藻。裴海燕等[16]对分离的溶藻细菌P15进行溶藻特性解析试验表明，添加经过热处理灭菌的P15菌液以及未经任何处理的P15菌液对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、栅藻（Scenedesmus）、小球藻（Chlorella）3种藻类均有明显的溶解作用。试验同时发现，直接添加P15菌液时产生了藻细胞的凝聚现象，而添加经处理的P15菌液则没有出现此现象，分析藻细胞的凝聚可能是由于P15直接接触藻细胞所致。研究结果说明，P15可以同时通过分泌胞外物质和接触藻细胞实现抑制藻类的效果，即同时具有直接和间接抑藻功能；卢兰兰等[17]从滇池蓝藻水华集聚区分离获得1株短小芽孢杆菌DC-L5，发现沉淀菌体和无菌上清液对铜绿微囊藻都有显著的溶藻效果，但效果不及原菌液明显，推测DC-L5可能是通过直接接触藻细胞使其凝聚下沉并降解，同时释放抑制藻细胞生长的菌株分泌物。王善龙[18]在对虾养殖池塘连续施用浓度为6×103 CFU/mL溶藻细菌CZBC1，结果有效抑制了微囊藻水华爆发。

3 溶藻菌研究发展趋势

（1）对溶藻活性物质进行分离、纯化、鉴定及理化特性等方面的详细分析，从分子水平明确溶藻菌活性物质的结构与功能特性，探明其作用机理。

（2）针对引起藻类抑制和死亡的环境微生物进行系统的菌株筛选与分离，寻求具有显著专性抑藻功能的菌株并进行培养和应用。

（3）高效复合溶藻菌群的组合筛选与应用。在对单一菌株作用机制尚不明确时，筛选应用组合型溶藻菌对于控制藻类数量具有更明显的应用价值。

（4）系统研究细菌溶藻过程的伴生作用，充分开发利用溶藻菌的生物效用。研究表明，有些细菌在抑藻过程中能够同时产生净化水质和降解藻毒的伴生作用，研究溶藻菌的伴生作用将会从新的角度了解和开发微生物的水质净化功能。

（5）深入研究溶藻菌作用的时间与剂量效应关系，建立合理有效的应用方法。

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