9環(huán)境微生物學(xué)ppt課件

1、 環(huán)境微生物學(xué) Environmental Microbiology鄭州大學(xué)生物工程系 席 宇.第九章 有害藻類水華與微生物.主 要 內(nèi) 容1.水體富營(yíng)養(yǎng)化與有害藻類水華 2.有害藻類水華的防治3.微生物防治有害藻類水華的研討進(jìn)展.水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為當(dāng)今世界上水體普遍存在的環(huán)境難題。有害藻類水華 (harmful algal bloom,HAB) 的迸發(fā)那么是富營(yíng)養(yǎng)化引起的生物污染景象。 一、水體富營(yíng)養(yǎng)化與有害藻類水華 水體富營(yíng)養(yǎng)化eutrophication是大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體，引起藍(lán)細(xì)菌、微小藻類幾其他浮游生物惡性增殖，最終導(dǎo)致水質(zhì)急劇下降的一種污染景象。1.有害藻類水華的概念

2、.水華和赤潮是指在適宜的化學(xué)物理等條件下,水體中的藻類短時(shí)間內(nèi)大量繁衍并聚集的生態(tài)異常景象,這一景象假設(shè)發(fā)生于淡水通常稱作水華,在海洋那么被稱為赤潮.有害藻類水華可分為水華water blooms和赤潮(red tides).太湖美，美在太湖水。然而在無(wú)錫黿頭渚景區(qū)，藻類密生，厚如油漆，發(fā)臭的湖水令人掩鼻，游客在這里拍完留念照便急忙“逃離 。在湖畔的小漁港，漁船也被綠藻包圍著，漁民們的消費(fèi)、生活環(huán)境遭到富營(yíng)養(yǎng)化湖水的要挾 。.左：在滇池藍(lán)藻水華搜集區(qū)里，自動(dòng)吸藻器在汲取厚達(dá)5厘米的微囊藻水華。右：“滇池藍(lán)藻水華污染控制技術(shù)研討基地的重力斜篩自動(dòng)脫水設(shè)備在對(duì)滇池藍(lán)藻水華進(jìn)展脫水處置。脫水后構(gòu)成的

3、藻漿經(jīng)去毒處置，成為上好的有機(jī)肥料或飼料。.“滇池藍(lán)藻水華污染控制技術(shù)研討課題的擔(dān)任人、我國(guó)著名藻類專家、中科院水生生物研討所研討員劉永定在滇池采集藍(lán)藻水華樣品。.Microcystis blooms can appear patchy as in the photo on the left, or thick like a carpet as in the picture on the right.A dense accumulation close to a shore by the cyanobacterium Microcystis aeruginosa in Lake Mlaren.

4、 Note the variations in the colours, which depends on cyanobacteria of different ages. Photo: Kerstin Bohm, County Administrative Board of Stockholm*.Water bloom outbreak in Lake Biwa . Diatom bloom. Found in both fresh and saline water. These blooms may colour the water brown.A dense bloom of the d

5、inoflagellate Noctiluca scintillans at a beach in the Limfjord, Denmark. Photo: Helene Munk Srensen, County Board of rhus, Denmark .Microcystis aeruginosa bloom in Crawley Bay, Swan-Canning Estuary, WA. Photo courtesy of West Australian Newspapers and used with permission of the Waters and Rivers Co

6、mmission of Western Australia.Eutrophication and Algae BloomsEutrophication is an increase of phytoplankton biomass and takes place when nutrients, especially nitrogen and phosphorous, are discharged into surface waters. This is natural but men made eutrophication enhances this process with massive

7、consequences. It alters species composition and leads to a loss of biodiversity due to a loss of oligotophic systems. .Men made eutrophication leads to an overgrow of algaes, a so called algae bloom, which results in scum formation and a reduced transparency of the water. Amongst cutting down the pe

8、netration of light, these blooms are in some cases even toxic. .These consequences do not only reduce the bathing water quality and are a nuisance but they might also be harmful, especially to bathing small children. They also affect the local tourism.Eutrophication especially occurs in coastal wate

9、rs near the shore where a large amount of nutrients are transported by rivers. Blooms of phytoplankton have become a recurrent problem in the worlds. .2.有害藻類水華的危害b.對(duì)浮游生物和底棲生物的影響。B.水體生態(tài)及生物的影響。a.影響水體的溶氧；A.嚴(yán)重破壞景觀：水體發(fā)臭難聞，透明度降低c.對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造和生物分布的影響C.破壞正常的水生生態(tài)平衡D .危害人類的安康.二、有害藻類水華的防治鑒于有害藻類水華對(duì)環(huán)境及人類存在的危害性，對(duì)其進(jìn)

10、展控制和消除勢(shì)在必行。藍(lán)藻水華尤其是大型湖泊中的藍(lán)藻水華的治理是世界性的難題，除了降低水體中N、P營(yíng)養(yǎng)鹽程度外，世界許多國(guó)家對(duì)藍(lán)藻水華的治理嘗試了許多方法，歸結(jié)起來(lái)有以下方法：.1.物理除藻 利用超聲波的機(jī)械振動(dòng)、聲流和空化效應(yīng)呵斥生物細(xì)胞組織的損傷、斷裂或粉碎，使生物組分發(fā)生物理和化學(xué)變化，高效節(jié)能地破壞藍(lán)藻天然復(fù)合物的關(guān)鍵組分，或抑制其生物合成，從而抑制光協(xié)作用的進(jìn)展，到達(dá)抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)、防止水華迸發(fā)的目的經(jīng)過(guò)重力斜篩自動(dòng)脫水設(shè)備進(jìn)展脫水處置，脫水后構(gòu)成的藻漿經(jīng)去毒處置，將成為上好的有機(jī)肥料或飼料。.2.化學(xué)除藻 利用除草劑、殺藻劑及金屬鹽等來(lái)控制水華，例如用硫酸銅治藻，硫酸銅在水中分解的C

11、u2+與藻體中的蛋白質(zhì)結(jié)合，蛋白量變性，藻體死亡。但該法治療效果不非常理想，緣由是藍(lán)藻繁衍很快，一旦優(yōu)勢(shì)種群構(gòu)成，即使當(dāng)天用藥見(jiàn)效，過(guò)一兩天又會(huì)大量繁衍出現(xiàn)。此外，化學(xué)除藻還容易給水體帶來(lái)二次污染，不平安。.3.生物除藻 經(jīng)過(guò)人為添加某些能直接以藻類為食或間接抑制藻類生長(zhǎng)的生物,針對(duì)性地阻止水華的發(fā)生。這種方法利用自然界生物的種間競(jìng)爭(zhēng)、捕食關(guān)系來(lái)抑制藻的生長(zhǎng)。這種方法呵斥的環(huán)境壓力相對(duì)較小,本錢低,無(wú)二次污染,作用效果好、時(shí)間長(zhǎng)。因此運(yùn)用前景較廣。.生物支配論者提出的治理對(duì)策是:強(qiáng)調(diào)生態(tài)學(xué)的“下行效應(yīng),即“魚(yú)類浮游動(dòng)物浮游植物理化因子,經(jīng)過(guò)浮游動(dòng)物來(lái)控制浮游植物。主要是水生無(wú)脊椎動(dòng)物(如輪蟲(chóng)、

12、枝角類和原生動(dòng)物等)經(jīng)過(guò)食物鏈產(chǎn)生影響。如今國(guó)外流行“生物支配(Biomanipulation),以改動(dòng)魚(yú)類的組成和多少為主要手段,借助濾食性的魚(yú)類對(duì)于小型藻類的牧食作用,直接遏制藻類的生長(zhǎng)。1生物支配法.許多生物都能對(duì)藻類的生長(zhǎng)起到抑制造用。在水草類的沉水植物中,馬來(lái)眼子菜可以抑制藻類生長(zhǎng);飄浮性水草(如鳳眼蓮等)也能產(chǎn)生抑藻物質(zhì)。2生物抑制法3生物收割法種植大型的水生植物，利用水生植物和水華藻類競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)，然后收割植物.三、微生物防治有害藻類水華的研討進(jìn)展溶藻細(xì)菌作為水生生態(tài)系統(tǒng)生物種群構(gòu)造和功能的重要組成部分,對(duì)維持藻的生物量平衡具有非常重要的作用。近年來(lái),不少國(guó)外研討者以為:水華和赤潮的

13、忽然消亡能夠與溶藻細(xì)菌的感染有關(guān)。在利用物理、化學(xué)和其他生物方法治理水華甚不理想的情況下,溶藻細(xì)菌,作為水華和赤潮防治的生物,曾經(jīng)引起越來(lái)越多人的關(guān)注,國(guó)外近幾年不斷報(bào)道新的溶藻細(xì)菌。.1.溶藻細(xì)菌研討概略溶藻細(xì)菌algae-lysing bacteria,algicidal bacteria是指:經(jīng)過(guò)直接或間接方式,抑制藻類生長(zhǎng),或殺死藻類,從而溶解藻細(xì)胞的細(xì)菌。溶藻細(xì)菌的研討在國(guó)外已有數(shù)十年歷史。早在1942年,Geitler報(bào)道一種粘細(xì)菌Polyangium parasitium寄生在剛毛藻上,使藻死亡.溶藻細(xì)菌在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中陸續(xù)有一些報(bào)道,主要有:粘細(xì)菌、噬胞菌屬、纖維弧菌屬、節(jié)桿菌、

14、屈撓細(xì)菌屬、蛭弧菌、桿菌、黃桿菌屬、弧菌、腐生螺旋體屬、假單胞菌、鞘氨醇單胞菌屬、交替單胞菌、交替假單胞菌等。這些細(xì)菌多為革蘭氏陰性菌,它們作用對(duì)象比較廣泛,既有藍(lán)藻,也有硅藻和甲藻。.溶藻細(xì)菌在水生生態(tài)系統(tǒng)中的作用在水生生態(tài)系統(tǒng)中，細(xì)菌和微型藻類是數(shù)量最多、分布最廣的生物。 一個(gè)種群的生物細(xì)菌或藻類分泌的次生代謝產(chǎn)物對(duì)另一個(gè)種群的生物細(xì)菌或藻類能夠有益，也能夠有害。物種間這種相互拮抗才干提供了一個(gè)能夠的反響機(jī)制，這種機(jī)制在控制藻類和細(xì)菌的種群演替和種群動(dòng)力學(xué)中起重要作用。 .Furuki的任務(wù)闡明：當(dāng)Chattonella antiqua將要到達(dá)最大的細(xì)胞濃度時(shí)，周圍的一些細(xì)菌可以促進(jìn)Cha

15、ttonella antiqua的生長(zhǎng)；相反地，當(dāng)Chattonella antiqua水華消亡時(shí)，有些細(xì)菌又可以抑制該藻的生長(zhǎng)。因此細(xì)菌和藻類之間的關(guān)系是復(fù)雜多變的，水華的不同開(kāi)展階段，能夠有不同的細(xì)菌對(duì)藻類起作用?？傊?，藻菌關(guān)系在有害藻類水華的生消過(guò)程中起重要作用。而細(xì)菌對(duì)有害藻類的的溶解作用為有害藻類水華的防治提供了新的生物控制能夠性。 .溶藻細(xì)菌對(duì)藻類生長(zhǎng)和水華動(dòng)力學(xué)的影響水華種群動(dòng)力學(xué)，包括水華的發(fā)生、開(kāi)展、衰退，是受一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物要素相互作用的制約。 在自然水體中，某段時(shí)間內(nèi)某一區(qū)域某種浮游藻類的種群生長(zhǎng)符合以下方程：Nt=N0e(K+Ki-Ka-Km-Ks-Kg)t

16、.細(xì)菌影響水華動(dòng)力學(xué)的能夠作用方式1)初始階段溶藻細(xì)菌作為其特異性宿主周邊微生物群落中的組成部分,數(shù)量很少，宿主藻類細(xì)胞密度很低或者根本沒(méi)有宿主細(xì)胞； 12水華發(fā)生時(shí)，藻類密度添加，藻類分泌的有機(jī)物也隨之添加，導(dǎo)致水體中有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增多，周邊環(huán)境中細(xì)菌總數(shù)同步開(kāi)場(chǎng)添加。 .2)3水華開(kāi)場(chǎng)開(kāi)展時(shí)，宿主藻類細(xì)胞數(shù)迅速添加，溶藻細(xì)菌可以優(yōu)先利用藻類分泌的有機(jī)物，其絕對(duì)數(shù)量即溶藻細(xì)菌的總數(shù)和相對(duì)數(shù)量即在細(xì)菌群落中的比例添加，溶藻細(xì)菌殺死宿主細(xì)胞，釋放有機(jī)物質(zhì)。這導(dǎo)致了一個(gè)反響機(jī)制：進(jìn)一步刺激周邊細(xì)菌群落中溶藻細(xì)菌的生長(zhǎng)和活性；34在水華的開(kāi)展階段，上述反響機(jī)制在變化的時(shí)空范圍內(nèi)繼續(xù)起作用，最終，在一些

17、要素的協(xié)同作用下，促進(jìn)水華開(kāi)場(chǎng)消亡； .4)1當(dāng)水華開(kāi)場(chǎng)衰退時(shí)，伴隨宿主藻細(xì)胞減少，導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)減少，溶藻細(xì)菌在利用藻類有機(jī)物方面的優(yōu)勢(shì)被消減到與其他細(xì)菌一樣的初始程度，數(shù)量開(kāi)場(chǎng)減少。 這個(gè)概念性的方式過(guò)于簡(jiǎn)化水華這個(gè)物理、化學(xué)和生物因子綜協(xié)作用的事件。但是作為一個(gè)理想化的方式是有助于研討溶藻細(xì)菌和水華的種群動(dòng)力學(xué)關(guān)系的。.溶藻細(xì)菌的作用方式的研討溶藻細(xì)菌作用方式，普通分為以下兩種情況：一是直接溶藻，即直接進(jìn)攻宿主(direct attack)，它需求細(xì)菌與藻細(xì)胞直接接觸，甚至侵入藻細(xì)胞內(nèi)；二是間接溶藻，即間接進(jìn)攻宿主(indirect attack),主要包括細(xì)菌同藻競(jìng)爭(zhēng)有限營(yíng)養(yǎng)或細(xì)菌分泌胞

18、外物質(zhì)溶藻。文獻(xiàn)報(bào)道較多的是細(xì)菌分泌胞外物質(zhì)到環(huán)境中抑制藻的生長(zhǎng)，導(dǎo)致藻細(xì)胞的溶解 .直接溶藻 粘細(xì)菌是最早報(bào)道和報(bào)道較多的溶藻細(xì)菌。 Imai察看到兩株交替單胞菌(Alteromonas)也可經(jīng)過(guò)直接方式溶解某些藻類。Maria從發(fā)生水華的銅綠微囊藻中分別一株類似蛭弧菌的細(xì)菌，這種細(xì)菌可以侵入銅綠微囊藻的細(xì)胞內(nèi)并溶解宿主。Imai和Doucette 分別報(bào)道噬胞菌Cytophaga sp.的培育物對(duì)硅藻有劇烈的溶解作用，而無(wú)菌濾液對(duì)宿主那么不起任何作用。 .間接溶藻 經(jīng)過(guò)間接方式溶藻是細(xì)菌溶藻的主要方式。細(xì)菌可以經(jīng)過(guò)釋放特異性或非特異性的細(xì)胞外物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、羥胺、抗生素、多肽、氨基酸等物質(zhì)殺死藻細(xì)胞。這類細(xì)菌常見(jiàn)的有弧菌、假單胞菌、黃桿菌、交替單胞菌，假交替單胞菌等。.溶藻細(xì)菌研討趨勢(shì)溶藻細(xì)菌有望成為有害藻類水華生物防治的一種重要手段。這需求人們加快根底研討的進(jìn)程，并且縮短實(shí)際向?qū)嶋H轉(zhuǎn)化的步伐，分別挑選有效的