血根碱对微囊藻生态竞争优势特性和竞争能力的影响及机理

Biological derived algicidal substances (BDASs) show great potential in cyanobacterial blooms control due to the merits of environmentally friendly. However, most identified BDASs only show weak inhibitory effect against cyanobacteria. Our previous work indicated that the inhibitory effect of sanguinarine was stronger than classic algicide copper(II) sulfate, and showed great potential in cyanobacterial blooms control. Microcystis spp. have a series of ecological competitive advantages and frequently dominate in eutrophic water bodies and form cyanobacterial blooms. BDASs stress could change the physiological state of Microcystis, which in turn alters the competitive ability of Microcystis. Changes of cyanobacterial competitive ability will affect the removal efficiency of cyanobacterial bloom by BDASs and their effects on aquatic ecosystem. However, the information about the effect of BDASs on the ecological competitive advantages and competitive ability of Microcystis is currently limited. This project is plan to study the changes of ecological competitive advantages and competitive ability of Microcystis, physiological responses of eukaryotic algae, and the changes of microbial community in aquatic system under the stress sanguinarine. Research results of this project will provide important information on further understanding the possibility of removal cyanobacterial blooms using sanguinarine as well as the effects of BDASs on aquatic microbial ecosystem in cyanobacterial blooms control.

生物源抑藻物质具有环境友好的优点，在小型水体蓝藻水华削减方面具有很大的应用潜力。然而目前绝大部分筛选出来的生物源物质的抑藻效应较弱。我们前期的研究发现血根碱是一种抑藻效应比经典除藻剂硫酸铜更强的生物源物质，在蓝藻水华削减方面具有很大的应用潜力。微囊藻具有一系列的生态竞争优势特性，容易在富营养化水体中形成蓝藻水华。生物源抑藻物质胁迫会改变微囊藻的生理状态，进而引起其生态竞争能力的改变，而竞争能力的变化又将关系到该物质对水体生态系统的影响。然而，目前国内外还没有关于生物源抑藻物质对蓝藻生态竞争优势特性和竞争能力的影响方面的系统报道。本项目拟从血根碱胁迫下微囊藻生态竞争优势特性及竞争能力的变化、水体典型真核藻类的生理响应、水体微生物群落结构的变化等方面开展研究。研究结果不仅为评价血根碱削减小型水体蓝藻水华的可行性提供理论依据，而且还为深入认识生物源抑藻物质对水体微生物生态系统的影响提供重要信息。

富营养化水体蓝藻水华是我国主要的水环境问题之一。生物源物质除藻具有环境友好的优点，血根碱是一种抑藻效应极强的生物源物质。本项目从血根碱对水体蓝藻水华的削减及其除藻生态效应出发，系统研究了血根碱对微囊藻生态竞争优势相关特性的影响及机理、血根碱对水体其它真核藻类的生物毒性、血根碱在不同水环境条件下对微囊藻与真核藻类竞争的影响、以及血根碱除藻过程中水体微生物群落结构的变化特征。研究发现血根碱对水华蓝藻的毒性强于其对水体常见真核藻类的毒性。血根碱胁迫可以抑制微囊藻细胞内微囊藻毒素的合成，抑制藻细胞对磷和铁元素的吸收，损伤微囊藻光合系统。但是血根碱胁迫也能刺激微囊藻胞外多糖的合成和分泌，进而增加微囊藻形成群体的概率，并且能增加微囊藻群体的尺寸。野外原位除藻试验研究结果表明血根碱能有效削减微囊藻和鱼腥藻水华，提高水体水质，但是在除藻的早期阶段水体微囊藻毒素有一个短暂的上升过程。血根碱除藻过程中，水体绝大部分原核微生物的相对丰度与血根碱呈负相关，但是变形菌门中的嗜甲基菌属的相对丰度与血根碱呈正相关，这类微生物能取代水体水华蓝藻成为其中主要的原核微生物种类，意味着这类微生物对血根碱有较强的抗性。与原核微生物不同，水体绝大部分真核微生物的相对丰度与血根碱呈正相关，但是隐藻门中的一些藻类的相对丰度与血根碱呈负相关。血根碱除藻过程中，原核微生物群落结构的演替主要是由血根碱的直接毒性推动，而真核微生物群落结构的演替主要是由血根碱的间接作用推动。本项目的研究结果不仅肯定了血根碱在除藻应用方面的可行性，还为合理利用血根碱安全削减蓝藻水华和采取合理措施预防除藻过程中蓝藻毒素次级灾害提供了理论指导。此外，也为深入认识生物源抑藻物质对蓝藻生态竞争优势特性的影响，及其除藻生态效应提供了理论依据。