细菌抑藻物质灵菌红素抑藻过程中的微生态效应研究

Marine bacteria play important part in the process of harmful algal blooms (HABs), especially bacteria with algicidal activity. Algicidal bacteria have drawn increasing attention for their advantages in coping with HABs threaten. In our previous study, we obtained an algicidal bacterium Hahella sp.KA22, which kills harmful alga Phaeocystis globose by secreting algicide named prodigiosin. Prodigiosin had been proved as a promising algicide in the management of HABs from its algicidal range, process and algicidal mechanism. However, micro-ecological effects in algicidal process of prodigiosin are still not illuminated when it is applied in environment. In this project, we will employ Illumina high throughput sequencing to study the changes of bacterial community composition, structure and function in a P. globose microcosm, exposed to prodigiosin, to reveal the response of microbial community during algicidal process. Then we will combine the microbial community, prodigiosin and environmental variables together to clarify the micro-ecological effects during algicidal process of prodigiosin. Moreover, bacteria taxa with significant changes will be screened as microbial indicator to reflect ecological effect during algicidal process. This study will provide insights into the ecological safety of prodigiosin when it is applied to control HABs in natural waters in the future.

海洋细菌在赤潮生消过程中有着重要作用，利用海洋细菌特别是抑藻细菌进行赤潮的防治，是生物法治理赤潮研究的热点。申请人在前期研究中获得一株高效抑藻细菌Hahella sp. KA22，经鉴定其抑藻物质为灵菌红素。灵菌红素是一种典型的细菌抑藻物质，针对其抑藻过程、抑藻范围甚至抑藻机理都有大量报道，但是其抑藻过程的微生态效应还有待深入研究。本项目拟以有毒赤潮藻球形棕囊藻为研究对象，通过构建微宇宙模拟体系，研究灵菌红素在抑藻过程中微生物群落组成、结构和功能的变化规律，揭示灵菌红素抑藻过程中微生物群落的响应特征，进而阐明灵菌红素抑藻的微生态效应；同时筛选抑藻过程中显著变化的微生物类群，作为灵菌红素抑藻生态效应的微生物学指标，为未来全面评估灵菌红素的生态安全性提供坚实的数据支撑，对灵菌红素在赤潮治理中的应用具有重要理论指导和实践意义。

本项目通过构建微宇宙模拟体系，利用高通量测序技术研究灵菌红素抑藻过程中的微生态效应。主要得到以下结论：（1）加入灵菌红素3d后，球形棕囊藻即大量裂解，细菌丰度在4d时达到最大；但细菌丰度变化与灵菌红素本身并不相关，主要由藻细胞裂解所致。灵菌红素对各实验组间微生物群落的α-多样性无显著影响。（2）Gammaproteobacteria是微宇宙体系中的主要细菌纲，占比达到50.5%。在科水平细菌群落主要由Rhodobacteraceae（24.8%）和 Oceanospirillaceae（18.8%）组成。藻类裂解过程是导致微生物群落组成差异的直接原因，灵菌红素作用并不显著。筛选的指示微生物多属于红杆菌科，对抑藻过程具有精确的指示作用。（3）灵菌红素本身对水体中微生物群落结构、微生物群落构建机制无显著影响，即不会显著改变微生物群落组装的深层机制。微生物间的互作特征主要由有机质降解微生物如红杆菌、黄杆菌等组成，且不受灵菌红素影响。时间和藻类裂解释放的有机质可能是引起微生物群落结构变异和周转、微生物群落构建以及互作关系的主要因素。（4）灵菌红素添加到微宇宙中后，在1-3d会引起少部分碳、氮和磷代谢相关基因功能潜力的变化；但是随着处理时间延长灵菌红素降解后，各元素代谢功能潜力逐步恢复，差异基因数量显著降低。相比灵菌红素本身，藻类裂解过程会引起大量功能基因相对表达量的显著变化（4-6d），表明藻类裂解过程是影响元素代谢相关功能潜力的主要因素。综上，相比藻类裂解过程对微生物群落的影响，灵菌红素本身对微生物群落组成、多样性和功能代谢潜力的影响并不显著，表明灵菌红素所引起的微生态效应并不显著，是一种有较大应用潜力的抑藻物质。