冲天湖底泥表层微囊藻休眠体复苏与菌群动态

邹万生,王 智,刘良国,王文彬,石迎普

1 湖南农业大学生物科学与技术学院, 长沙 410218 2 湖南文理学院生命科学学院, 常德 415000 3 水产高校健康生产湖南省协同创新中心与动物学湖南省高校重点实验室, 常德 415000

冲天湖底泥表层微囊藻休眠体复苏与菌群动态

邹万生1,2,3,王 智1,*,刘良国2,3,王文彬2,3,石迎普2

1 湖南农业大学生物科学与技术学院, 长沙 410218 2 湖南文理学院生命科学学院, 常德 415000 3 水产高校健康生产湖南省协同创新中心与动物学湖南省高校重点实验室, 常德 415000

对频繁暴发微囊藻水华的西洞庭冲天湖表层底泥和上覆水取样,检测和分析了底泥表层微囊藻休眠体丰度和菌浓度、上覆水中微囊藻细胞丰度和菌浓度以及部分理化性质,结合室内模拟试验。结果表明：2—6月份冲天湖底泥表层和上覆水中总菌浓度均显著上升(P<0.05),底泥表层总菌浓度显著高于上覆水(P<0.05),优势菌群均为微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)；4月份底泥表层微囊藻休眠体开始复苏且休眠体丰度下降,6月份休眠体丰度显著低于4—5月份(P<0.05),而上覆水中微囊藻细胞丰度上升,6月份显著高于4—5月份(P<0.05)；复苏优势藻为铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)、水华微囊藻(Microcystisflos-aqua)和惠氏微囊藻(Microcystiswesenbergii)；复苏期间促休眠体复苏优势菌群浓度显著上升、“底泥-上覆水”界面溶解氧浓度与TN/TP比显著下降(P<0.05)。说明冲天湖底泥表层和上覆水优势菌群可能通过改变底泥表层理化环境影响微囊藻休眠体复苏。

微囊藻；休眠体；优势菌群；复苏；底泥；上覆水

淡水微囊藻水华频繁暴发得益于微囊藻细胞在受到外界环境胁迫时能形成营养休眠体,以渡过生长环境恶劣时期,当环境条件适宜时微囊藻休眠体启动复苏,再次种群暴发,形成水华[1- 3]。微囊藻水华发生初期的藻细胞或种源主要来源于“越冬”的微囊藻休眠体群[4- 5]。长期以来,许多环境科学工作者一直围绕微囊藻休眠体复苏的机理展开研究,以期能找到从源头控制微囊藻暴发水华的方法。目前,关于微囊藻休眠体复苏的生态生理学研究主要集中在温度[6- 8]、光照强度[8- 9]、营养盐[10- 13]以及水动力等领域[14- 16],很少有关于生物因子对微囊藻休眠体复苏的影响研究,特别是底泥表层菌群对微囊藻休眠体复苏的影响研究更为鲜见。水域底泥表层环境极其复杂,底泥表层和上覆水中菌群是水域中重要的组成成员,它们与众多生物及环境要素一起构成复杂的“底泥-上覆水”生态系统,这些菌群与微囊藻休眠体复苏及暴发水华之间是否存在一定的关联性不得而知。本文就此对频繁暴微囊藻水华的湖南常德西洞庭冲天湖永丰垸水域进行了为期一年的底泥和上覆水水样采集及水体部分理化指标的测定,通过对底泥及上覆水中藻、菌的月动态变化分析,结合室内模拟实验,以期从藻菌关系角度探讨微囊藻休眠体复苏与菌群动态关系。

1 材料与方法

1.1 底泥与水样采集选址

冲天湖位于湖南省常德市鼎城区石拱桥镇东北侧,面积约15.7 km2的典型淡水湖泊,枯水期平均水深1.35m,丰水期平均水深1.80m,系西洞庭湖水系。由于大力发展人工珍珠养殖业,冲天湖已成为重度富营养化湖泊,频繁暴发蓝藻水华。本实验底泥与水样采集地点选在冲天湖永丰垸水域(图1),取样点3个,即A(111°90′059″E,29°14′386″N)、B(111°90′462″E,29°13′963″N)和C(111°90′922″E,29°13′881″N)。

图1 冲天湖取样点示意图Fig.1 sampling sites in lake Chongtian

1.2 样品的采集与处理

样品采集从2015年1月 1日开始,至2015年12月30 日结束。每10d采样1次,每月采样3次。

1.2.1 底泥采集与处理

用便捷式沉积物柱状取样器(KC-Denmark公司,丹麦)对A、B、C三个取样点进行底泥取样,取柱状底泥表层3cm样品,混匀后用120目(孔径125um)分样筛过滤预处理后,装入已灭菌编号的样品袋中,置于4℃手提式恒温箱内保存,带回实验室。

1.2.2微囊藻捕捉器(Trap)[9]及其内上覆水样采集[17](用于捕捉从底泥中复苏的休眠体藻细胞)

微囊藻捕捉器是半径20cm、高180cm的特制透明塑料筒,底部开口并固置于底泥表层。捕捉器四周壁下部有小孔并用10 μm孔径筛网覆盖,允许湖水交换,顶端有具橡胶塞,可用小型抽水器从顶端抽取水样。本实验上覆水层指底泥表层0—10cm处水体。捕捉器在取样点A、B、C各放置1个,实验第1次放置后立即抽出筒内水样,消除原上覆水中微囊藻细胞对复苏实验的影响。用Micros水样采集器(单管,德国)采集捕捉器内上覆水样,将每个采集点的上覆水样充分混匀并装入3个已灭菌编号的250mL塑料瓶中。水样置于4℃手提式恒温箱内保存(其中一瓶加入Lugol′s试剂10mL,用于测定藻浓度),带回实验室。

1.2.3微囊藻捕捉器外上覆水水样采集与处理： 与微囊藻捕捉器内上覆水水样采集方法相同且同步进行。

1.3 细菌培养基及培养

所用培养基为淡水细菌专用FWA培养基,配方为：蛋白胨5g、酵母膏1g、磷酸铁0.01g、琼脂15g、蒸馏水1000 mL,pH =7.3、121 ℃条件灭菌20 min倒平板。

1.3.1 底泥细菌的培养

在实验室将3个取样点的底泥样品倒进已经灭菌的250mL烧杯中,充分混匀；取1mL混匀底泥样品加入到9mL无菌蒸馏水中进行梯度稀释,以此方法稀释梯度10-1—10-7；各吸取10-5—10-7样品溶液0.1mL于FWA淡水培养基平板涂布,培养48h后选择合适的梯度平板进行计数。

1.3.2 微囊藻捕捉器内外上覆水中细菌的培养

从没加Lugol′s试剂的塑料瓶中吸取1mL水样,加入到9mL无菌蒸馏水中进行梯度稀释。稀释梯度10-1—10-7,吸取10-5—10-7样品溶液0.1mL于FWA淡水培养基平板涂布,培养48h后选择合适的梯度平板计数。

1.4 细菌的分离与鉴定

1.4.1 分离

从平板上随机挑取10株细菌,在新平板培养基上划线纯化。每培养 48 h 进行1次划线,直到获得纯的菌株。将获得的单一菌株用 15 % 的甘油生理盐水制成菌悬液,在-80℃超低温冰箱内保藏。

1.4.2 细菌的鉴定

细菌分子生物学鉴定(16SrDNA)：挑取单菌落接种到10 mL LB培养基中37℃振荡过夜培养；取2 mL培养液到2 mL EP管中,8000 r/min离心2min后倒掉上清液；加140 μLTE打散细菌,再加入60 μL 10 mg/mL的溶菌酶；37℃放置10min；加入400 μL Digestion Buffer,混匀。再加入3 μL 蛋白酶K,混匀,55℃温育5min；加入260 μL乙醇,混匀,全部转入UNIQ- 10柱中。10000 r/min离心1min,倒去收集管内的液体；加入500 μL 70%乙醇(Wash Solution),10000 r/min离心0.5min；再10000 r/min离心2min彻底甩干乙醇。吸附柱转移到一个新的1.5mL的离心管；加入50μL预热(60℃)的洗脱缓冲液,室温放置3min。12000 r/min离心2min,流下的液体即为基因组DNA；以DNA为模板,采用细菌通用引物：正向引物27 F： 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG- 3′和反引物1492 R：5′-GGTTACCTTGTTACGACTT- 3′扩增细菌16S rDNA序列,引物由上海生工合成,回收的片段也由上海生工进行测序,测序引物为16S PCR引物；将测序的结果进行NCBI序列比对,鉴定菌种。

1.5 微囊藻(休眠体)的鉴定和计数

1.5.1 微囊藻捕捉器内外上覆水中微囊藻

将加入Lugol′s试剂的水样充分摇匀,用40KHZ超声波解聚2min,用血球计数板(25×16)镜检。微囊藻的分类鉴定参照文献[18],计算各藻丰度和总藻丰度[19]。

1.5.2 底泥中微囊藻休眠体

将4%的甲醛溶液与蒸馏水按体积比1∶1配置成甲醛混合溶液,再取1 mL混匀底泥样品用40%的硅石胶(percoll)悬浮液预处理后加入到9mL甲醛混合溶液中进行稀释。取1 mL样液于水生植物计数板上静置4h,用倒置荧光显微镜进行镜检分类并计数[9]。

1.6 上覆水水体理化指标测定

使用便捷式多功能水质检测仪(梅特勒FG4-B)现场测定上覆水温度(T)、pH与溶解氧(DO),重复测定3次；总氮(TN)采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法(GB11894- 89),总磷(TP)采用钼酸铵分光光度法(GB11893- 89)。

1.7 室内模拟实验

将浅层底泥高压蒸汽灭菌(121℃条件下灭菌20 min),冷却后取200mL底泥均匀平铺于直径15cm、高50cm的特制圆形刻度玻璃筒中；将步骤1.4分离出的各优势菌和步骤1.5分离出休眠体藻泥混合并用BG11培养液浸润包埋(对照组不加菌,底泥中菌浓度均为1×105cfu/mL,休眠体丰度均为1×105cell/mL),用导流棒依玻璃筒壁缓慢(防止搅动底泥)加入BG11培养液至40cm处；后将玻璃筒置于温度24℃、固定光照强度10μEm-2s-1(预实验表明与野外夏秋季节湖泊水下180cm处平均光强相当)光∶暗比12h∶12h的人工气候箱中培养28d。4d取水样1次10 mL,测定玻璃筒水体中藻丰度,测定方法同1.5.1。

1.8细菌、微囊藻和休眠体的计数以及上覆水理化指标的测定全程三平行组,数据以平均值±标准差(X±SD)表示；作图采用Excel 2007,统计分析采用SPSS 13.0软件；试验期藻菌的动态变化情况采用单因素方差分析(ANOVA)及Duncans多重比较分析处理,以P<0.05作为差异显著水平。

2 结果与分析

2.1 冲天湖上覆水理化指标动态

冲天湖(取样点)上覆水1—8月份平均水温逐渐上升,月度平均水温从1月份(8.65±0.47)℃上升至8月份(25.75±1.82)℃,3—6月份平均水温月度差异显著(P<0.05)(表1)； 4、5、6月份以及9月份水体偏碱性(pH>8.0),6月份pH值(9.01±0.71)与其他月份差异显著(P<0.05)(表1)；溶解氧(DO)浓度月度变化较明显,6月份和9月份溶解氧浓度分别为(2.32±0.38)mg/L和(2.28±0.26)mg/L,显著低于其他月份(P<0.05)(表1)；4—9月份TN浓度明显低于其他月份,5、6月份和9月份TP浓度较低,TN/TP较低值出现在4—5月份和7—8月份(表1)。

2.2 底泥表层与微囊藻捕捉器内外上覆水中总菌浓度

2—5月份底泥表层总菌浓度显著上升,5—9月份底泥表层总菌浓度无显著差异(P>0.05)。9月份总菌浓度最大8.89×105cfu/mL,2月份总菌浓度最小1.16×105cfu/mL(图2Ⅰ)。微囊藻捕捉器内外上覆水中总菌浓度月度动态与底泥表层总菌浓度动态基本一致。上覆水中总菌浓度显著低于底泥表层总菌浓度(P<0.05),同月份微囊藻捕捉器内外上覆水中总菌浓度无显著性差异(P>0.05)(图2Ⅱ)。

表1 不同月份冲天湖上覆水水体理化性质动态

微囊藻捕捉器内外上覆水能进行交换,内外上覆水理化指标采用同一组数据表示,表中数据为平均值±标准差(n=3),不同小写英文字母表示同一指标不同月份间的差异显著(P<0.05)

图2 不同月份浅层底泥与微囊藻捕捉器内外上覆水体中总菌浓度的动态变化Fig.2 Dynamic of total bacteria density on sediment, inside and outside overlying water column of Trap by monthⅠ表示浅层底泥,Ⅱ表示微囊藻捕捉器内外上覆水体；图1中不同大写字母表示不同月份总菌浓度具显著性差异,不同小写英文字母表示同月份微囊藻捕捉器内外上覆水体总菌浓度具显著性差异(P<0.05),图中数据为平均值±标准差(n=3)

2.3 底泥表层微囊藻休眠体与捕捉器内外上覆水中总微囊藻细胞丰度

1—5月份底泥表层微囊藻休眠体丰度无显著差异(P>0.05),6月份显著下降(P<0.05)。7月份与10月份底泥表层微囊藻休眠体丰度急剧上升,两者无显著性差异(P>0.05),与其他月份均具显著性差异(P<0.05)。全年底泥微囊藻休眠体最大浓度为36.46×105个/mL(图3Ⅰ)。4—11月份捕捉器内外上覆水中均检测到微囊藻细胞,内外总微囊藻细胞丰度无显著差异(P>0.05)。6月份与9月份捕捉器内外上覆水中总微囊藻细胞丰度快速上升,两者无显著性差异(P>0.05),但与其他月份均具显著性差异(P<0.05)(图3Ⅱ)。

图3 不同月份浅层底泥休眠体与捕捉器内外上覆水体总藻细胞丰度的动态Fig.3 Dynamic of Microcystis dormant density on sediment, Microcystis cell inside and outside overlying water column of Trap by monthⅠ表示浅层底泥,Ⅱ表示捕捉器内外上覆水体；图2中不同大写字母表示不同月份总藻细胞或休眠体丰度具显著性差异,不同小写字母表示同月份捕捉器内外上覆水体总藻细胞丰度具显著性差异(P<0.05),图中数据为平均值±标准差(n=3)

2.4 底泥表层与微囊藻捕捉器内外上覆水中菌群动态

全年筛出底泥菌150株,其中微小杆菌属(Exiguobacterium)菌48株,芽孢杆菌属(Bacillus)菌31株,假单胞菌属 (Pseudomonas)菌13株。上覆水中筛出菌株126株,其中微小杆菌属(Exiguobacterium)菌24株,芽孢杆菌属(Bacillus)菌24株,假单胞菌属 (Pseudomonas)菌25株(表2)。底泥表层与上覆水中优势菌群均为微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)。

表2 浅层底泥与上覆水中分离出细菌的种属与数量

微囊藻捕捉器内与捕捉器外上覆水能进行交换,内外上覆水中细菌的种属与数量采用同一组数据表示

5月份底泥表层微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)三类优势菌属占总菌属的61%,8月份占57%,其他月份约占总菌属的40%(图4A)。5月份上覆水中的三类优势菌属占总菌属的54%,8月份占58%。上覆水中芽孢杆菌属(Bacillus)占比低于同月份底泥中的占比,而假单胞菌属 (Pseudomonas)占比要高于同月份底泥中的占比(图4B)。

图4 底泥表层与上覆水中优势菌(属)占比动态Fig.4 Dynamic of dominant bacteria flora rate on sediment and in overlying water column

2.56、9月份微囊藻捕捉器内外上覆水中优势藻种及其占比

6月份和9月份上覆水中总微囊藻细胞丰度显著高于其他月份(P<0.05)(图2),捕捉器内外上覆水中优势藻均为铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)、水华微囊藻(Microcystisflos-aqua)和惠氏微囊藻(Microcystiswesenbergii),捕捉器内外上覆水中优势藻占比无显著性差异(图5Ⅰ、图5Ⅱ)。6月份3种微囊藻细胞占总微囊藻细胞数的92%,其中铜绿微囊藻(M.aeruginosa)占比为68%,与其他微囊藻占比具有显著性差异(P<0.05)(图5)。9月份3种微囊藻细胞占总微囊藻细胞数的91%,其中铜绿微囊藻(M.saeruginosa)占比为37%、水华微囊藻(M.flos-aqua)占比为46%,惠氏微囊藻(M.wesenbergii)占比为8%。9月份铜绿微囊藻与水华微囊藻占比无显著性差异(P>0.05),与其他微囊藻占比具显著性差异(P<0.05)(图5)。

图5 6、9月份上覆水体中优势藻种及其占比Fig.5 Rate of dominant Microcystis of overlying water column in June and SeptemberⅠ:捕捉器内上覆水体,Ⅱ:捕捉器外上覆水体；大写字母表示不同月份同一优势微囊藻占比具有差异显著性,小写字母表示同月份不同优势微囊藻占比间差异显著性(P<0.05),图中数据为平均值±标准差(n=3)

2.6 优势菌属对微囊藻休眠体复苏影响

微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)均对铜绿微囊藻(M.aeruginosa)休眠体复苏具显著促进作用(P<0.05),微小杆菌属和芽孢杆菌属促复苏作用显著强于假单胞菌属(P<0.05)(图6)；假单胞菌属、微小杆菌属和芽孢杆菌属对惠氏微囊藻(M.wesenbergii)休眠体促复苏作用弱于对铜绿微囊藻休眠体,三类菌属对惠氏微囊藻休眠体促复苏作用无显著差异(P>0.05),但均显著强于对照组(P<0.05)(图6)；假单胞菌属对水华微囊藻(M.flos-aqua)休眠体的促复苏效果显著强于微小杆菌属和芽孢杆菌属(P<0.05)。微小杆菌属和芽孢杆菌属对水华微囊藻休眠体的促复苏效果无显著差异(P>0.05),但均显著强于对照组(P<0.05)(图6)；三类优势菌属对鱼害微囊藻(M.ichthyoblabeKutz)休眠体的促复苏作用不明显(图6)。

图6 三类优势菌(属)对4微囊藻休眠体复苏的影响Fig.6 Effect of three dominant bacteria on recruitment of four Microcystis dormant各组小写字母表示同时期不同设计实验组(加不同的菌)微囊藻丰度具有显著性差异(P<0.05);图中数据为平均值±标准差(n=3)

3 讨论

1—3月份微囊藻捕捉器内上覆水中无微囊藻细胞检出,捕捉器外上覆水中能检测出且丰度很低；4—6月份捕捉器内外上覆水中均检出微囊藻细胞,且微囊藻细胞丰度逐渐增加,但捕捉器内外微囊藻细胞丰度无显著性差异；4—6月份底泥表层微囊藻休眠体丰度逐渐降低(图3)。这说明冲天湖底泥表层微囊藻休眠体从4月份开始复苏,且底泥表层中微囊藻休眠体是上覆水中微囊藻细胞的主要种源。富营养化湖泊上覆水中微囊藻种的来源一直存在争议：Preston等[4]对Blelham Tam湖的微囊藻生活史进行同位素追踪实验,发现夏季水体中微囊藻种源主要来自于底泥越冬的休眠体；Brunberg等[9]在对瑞典湖泊底泥越冬微囊藻复苏进行研究时,发现参与水华形成的微囊藻细胞50%来自底泥休眠体复苏；Thomas等[20]通过实验发现水华微囊藻中只有3%—4.2%来自底泥微囊藻的复苏；Bostrom等[15]甚至认为在富营养化水体中,底泥微囊藻休眠体的数量会超过水体中的总微囊藻生物量最大值。本研究结果(图3)与Preston等和Brunberg等实验结果近似。

4—6月份冲天湖平均水温11℃以上(表1),满足底泥微囊藻休眠体复苏对温度的要求[21- 22]。同时,“底泥-上覆水”界面溶解氧(DO)浓度逐渐降低,至6月份溶解氧浓度达最低值,显著低于1—3月份(表1)。较低的溶解氧环境能促进或诱发微囊藻休眠体复苏：Tsujimura等[16]对日本琵琶湖底泥中微囊藻生物量的季节变化研究时发现,低氧的底泥环境能提升底泥表层微囊藻休眠体的复苏率；Brunberg等[9]在对Limmaren湖的滨湖区和大湖区底泥上微囊藻越冬过程生物量变化的研究中,也得出类似结论,认为低水平的DO有利于微囊藻休眠体的越冬和复苏。本研究中4—6月份底泥表层总菌浓度显著增加,优势菌群主要是微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)菌株(表2,图4)。可能正是由于底泥和上覆水中三类优势菌群的快速生长增殖消耗“底泥-上覆水”界面的溶解氧[23],导致4—6月份的低氧环境,促进或诱发底泥表层微囊藻休眠体复苏(底泥微囊藻休眠体丰度逐渐降低和上覆水中微囊藻细胞丰度逐渐上升)。这一结果与Tsujimura等和Brunberg等的研究结果趋同,底泥表层和上覆水中优势菌群可能对底泥低氧环境和促进或诱发微囊藻休眠体复苏起着重要作用。

氮(TN)和磷(TP)是微囊藻休眠体复苏和暴发水华的营养因子,特别是TN/TP对微囊藻休眠体复苏影响较大。Katri等[24]和Verspagen等[25]通过实验证明降低TN/TP比有利用诱发铜绿微囊藻休眠体复苏、上浮,同时Wan等[2]得出相似结论；Benjamin等[26]认为TN、TP以及低TN/TP比只是微囊藻复苏的必要条件而非诱发因子,诱发微囊藻休眠体复苏并导致微囊藻水华暴发的主要因子是底栖生物的扰动或化感作用；Anne等[27]通过实验证明了小幅度的生物扰动有利于促进底泥微囊藻休眠体的生长和新陈代谢,这个结论得到了Li等[28]研究结果的支持；苏玉萍等[29]认为底栖生物的物理扰动对微囊藻休眠体复苏的影响作用不如低TN/TP显著。本研究4—5月份TN/TP比显著低于1—3月份,可能是底泥表层和上覆水中优势菌浓度显著上升所引起(表1,图2),特别是微小杆菌属中的反硝化杆菌、斯氏杆菌及萤气极毛杆菌等具有较强去除TN的能力,致使TN/TP比下降。但TN/TP比下降促进或诱发微囊藻休眠体复苏的机理目前尚不清楚,待进一步研究。

室内模拟实验表明微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)对铜绿微囊藻(Microcystisaeruginosa)、水华微囊藻(Microcystisflos-aqua)和惠氏微囊藻(Microcystiswesenbergii)休眠体均具有促复苏作用。底泥与上覆水中促藻功能菌的筛选和利用偶见报道：Ukeles等[30]从频繁发生赤潮的浅海底泥中分离出了一株能促进水生植物硅藻快速生长的促藻细菌；Imai等[31]和Spilling等[32]通过实验证明了一些环境细菌能够针对性的促进某种藻类的生长和繁殖,利用促藻细菌可大大提高藻类产量；Hernandez等[33]从对虾健康养殖池中富集并分离出60株优势菌,从中筛选出了3株能高效降解有机物和促藻生长的菌株。本研究中底泥表层优势菌属对微囊藻休眠体虽具促复苏功能,但不同菌属对同一微囊藻休眠体的促复苏作用具有显著差异(图6),这种显著性可能是导致冲天湖水域不同季节优势藻占比存在很大差异的原因(图5)。冲天湖水域底泥微囊藻休眠体和上覆水中优势藻主要是铜绿微囊藻(M.aeruginosa)、水华微囊藻(M.flos-aqua)和惠氏微囊藻(M.wesenbergii),但不同月份(季节)三者的占比存在差异。藻类占比的季节性差异在其他水域普遍存在[34]。

由于本研究只对底泥表层和上覆水中藻菌浓度和部分理化性质进行取样测定,除了优势菌群增长可能导致低氧、低TN/TP环境而影响微囊藻休眠体复苏外,关于这些菌群促进或诱发微囊藻休眠体复苏的具体机理并不清楚(如有无菌群化感或种间竞争关系等),这些都有待进一步深化研究。

4 结论

冲天湖水域底泥表层微囊藻休眠体是上覆水中微囊藻的主要种源。微囊藻休眠体4月份开始复苏进入上覆水中,优势藻为铜绿微囊藻(M.aeruginosa)、水华微囊藻(M.flos-aqua)和惠氏微囊藻(M.wesenbergii)；复苏前后(主要2—6月份)底泥表层总菌浓度逐渐上升,优势菌群是微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属 (Pseudomonas)和芽孢杆菌属(Bacillus)菌株；微囊藻休眠体复苏同时上覆水DO浓度与TN/TP比下降,底泥表层微囊藻休眠体丰度下降,上覆水中微囊藻丰度上升且占比存在差异。这些可能均与优势菌群的快速增值而改变“底泥-上覆水”界面的理化性质有着密切关系。

致谢：美国密苏里大学宋齐生教授帮助写作,湖南文理学院刘飞副教授帮助做图,特此致谢。

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RelationshipbetweenrecruitmentofMicrocystisdormantinsedimentandannualdynamicsofbacterialflorainLakeChongtian

ZOU Wansheng1,2,3, WANG Zhi1,*, LIU Liangguo2,3, WANG Wenbin2,3, SHI Yingpu2

1CollegeofBioscienceandBiotechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China2DepartmentofLifeScience,HunanUniversityofArtsandScience,Changde415000,China3CollaborativeInnovationCenterforEfficientandHealthProductionofFisheriesinHunanProvinceandZoologyKeyLaboratoryofHunanHigherEducation,HunanUniversityofArtsandScience,Changde415000,China

Recruitment ofMicrocystisdormant from the upper sediment is a critical stage in its life history and plays an important role in forming blooms. However, little is known about the benthic bacteria associated with recruitment ofMicrocystiscells in sediment. To investigate the relationship between the recruitment of dormantMicrocystisand bacterial flora in the upper sediment, we detected and comparatively analyzed the density of bacteria and the abundance ofMicrocystisdormant in the upper sediment in Lake ChongTian, situated to the west of Lake DongTong, whereMicrocystisblooms have formed frequently in recent years. At the same time, bacterial density,the abundance ofMicrocystiscells, and some of the physical and chemical properties of the overlying water column were measured. Results show that total bacterial density in both the upper sediment and the overlying water column gradually increased from January to May, remained stable from June to September, and decreased gradually from October to December. However, the total bacteria density in sediment was significantly higher than that in the overlying water column in each month. From April to June, total bacterial density significantly increased (P<0.05) and the density of dormantMicrocystissignificantly decreased (P<0.05) in the upper sediment, which indicated that the recruitment of dormantMicrocystisbegan in April. In the same period, the concentration of dissolved oxygen (DO) and the TN/TP ratio decreased significantly in the overlying water column. In May, the total bacterial density in sediment was 7.32×105colony-forming units (cfu)/mL, significantly higher than that in April; moreover, the proportion of dominant flora increased remarkably(up to 61%). The density ofMicrocystiscells in the overlying water column increased significantly to 180×106cells/mL in June, andMicrocystisaeruginosawas dominant theMicrocystisspecies.The density of dormantMicrocystisin the upper sediment reduced to its minimum value,3.71×106cells/mL, at this time. In July, the total bacterial density in the upper sediment was not significantly different from that in May and June, and the proportion of dominant flora decreased to 40%—42%, which was the average value in other months. Meanwhile, the density ofMicrocystiscells in the overlying water column decreased significantly, and the density of dormantMicrocystisincreased significantly in the upper sediment (P<0.05). In August, the total bacterial density in the upper sediment was 8.89×105cfu/mL,which was the highest value for all months, and the proportion of dominant flora increased significantly (up to 57%). Consequently, in September, the density of dormantMicrocystisin the upper sediment again decreased significantly; in contrast, the density ofMicrocystiscells in the overlying water column increased significantly (P<0.05). This study also revealed that the dominantMicrocystisspecies in Lake ChongTianwereM.aeruginosa,M.flos-aqua, andM.wesenbergii, though the relative proportions of these species differed in different months. The dominant bacterial flora in the sediment and overlying water column wereExiguobacterium,Pseudomonas,andBacillus,all of which can promote, to some extent, the recruitment of dormantM.aeruginosa,M.flos-aqua,andM.wesenbergiifrom the upper sediment. These results have important implications in that dominant bacterial flora in the upper sediment may exert important effects on the recruitment of dormantMicrocystisspecies from the upper sediment.

Microcystis; dormant; dominant flora; recruitment; sediment; overlying water

国家自然科学基金项目(31472017, 31272339, 31572619)；湖南省自然科学基金项目(2016JJ2090) ;湖南省常德市科技局计划项目(CDJH201610); 湖南文理学院科研项目(15ZD03)

2016- 07- 10; < class="emphasis_bold">网络出版日期

日期:2017- 05- 27

*通讯作者Corresponding author.E-mail: wangzhisipder@hotmail.com

10.5846/stxb201607101412

邹万生,王智,刘良国,王文彬,石迎普.冲天湖底泥表层微囊藻休眠体复苏与菌群动态.生态学报,2017,37(19):6597- 6606.

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