富营养化湖泊微囊藻病毒的分离、基本生物学特征及多样性的研究

蓝藻病毒（噬藻体）在调节蓝藻种群大小、结构与多样性等方面具有十分重要的作用。然而由于目前从淡水富营养化湖泊中分离培养的蓝藻病毒数量十分稀少，导致对其基本生物学特征、遗传信息及多样性的认识极为有限。项目在建立完善的蓝藻病毒分离培养技术的基础上，拟以太湖为研究地点，以裂解蓝藻水华的主要优势种- - 微囊藻的病毒为研究对象，主要内容包括：（1）以多个微囊藻藻株为宿主，分离培养100株以上微囊藻病毒；（2）测定典型病毒株的基本生物学特征，并选择3-5株有重要生物学特征的病毒株进行全基因组测序与比较分析，探讨调节微囊藻病毒裂解性、潜伏期和爆发量等的关键基因；（3）在蓝藻水华过程中，分析可培养微囊藻病毒株的遗传多样性，并结合分子生态学手段探讨微囊藻病毒是否和如何影响微囊藻的种群结构和多样性。该项目为蓝藻病毒的资源开发及利用提供基础数据，同时对于认识蓝藻病毒在湖泊中生态功能有参考意义。

本项目获得以下研究结果：（1）蓝藻病毒的分离培养技术。项目对海洋蓝藻病毒的研究技术加以改进，并应用到太湖淡水环境中，成功的分离到以4种不同的铜绿微囊藻为宿主的400余株病毒株。项目的重点工作是获得病毒的遗传信息和对蓝藻的裂解效果，但遗憾的是本所缺乏必要的设备，特别是离心力达到30万g离心力的超速离心机，进展一直很缓慢。2014年8月，我们与厦门大学海洋与环境研究所焦念志院士的科研团队合作，并利用团队的完整的一套病毒分析设备，成功的获得足够测序的绿微囊藻病毒的基因组DNA，该病毒已经在测序公司测序中。因为在这个项目上进展缓慢，我们转而研究了对蓝藻水华发生有十分重要作用的藻际微生物的生态学研究，力图从方法学上创新并揭示其在蓝藻水华爆发和维持期间的生态功能。（2）创新提出一套有效研究蓝藻藻际细菌群落结构的研究方法。因为传统的研究微生物群落结构的方法离不开16S rRNA基因的PCR扩增技术，但该方法不可避免的扩增出大量蓝藻的16S rRNA基因，而在蓝藻颗粒中，蓝藻细胞占样品的细胞数量的90%以上，这样所获得非蓝藻的细菌的信息十分有限，因此，有必要创新一套有效的方法，方便快捷的获得藻际微生物的群落结构和特征。（3）利用（2）的新方法，获得了蓝藻颗粒一类重要的生物类群（主要是浮霉菌）的遗传信息，表明浮霉菌在初始降解蓝藻细胞过程中有重要的生态功能。（4）初步获得藻际微生物的群落结构特征和生态功能。揭示了不同粒径内蓝藻颗粒的藻际细菌的结构和生态功能，了解藻际细菌在蓝藻水华过程中对维持蓝藻水华的发生，发展的影响。藻际细菌在不同粒径的蓝藻颗粒内的群落结构和生态功能是不同的，但之间却是相互补充和协同，共同降解蓝藻细胞释放或者蓝藻细胞裂解所释放的有机质，并顺序的将这些高分子有机物逐步的降解为蓝藻水华所必需的无机营养盐。(5) 项目分离了>300株藻际细菌，研究发现20%的菌株含有光合基因（puf基因），部分藻际细菌为新的物种，而且16S 高通量测序的研究结果证实部分新种，例如本项目重点研究Azospirillum和Hyponabacterium，分别占到总的异养细菌比例的2%和1.2%，对这部分细菌生理和生态学的详细研究有助于了解藻际细菌在蓝藻水华过程中的作用和功能。