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随着水华频发且危害日益严重,水华的防治已成为亟待解决的环境问题。现已有的物理和化学方法,虽有所进展,但普遍还存在成本高、耗能高和易引起二次污染等问题。而生物控藻因其环境友好、价格低廉而最具有较高的发展前景。生物控藻中的微生物如细菌、浮游动物,大多直接分离于自然界,处于食物链低端,不会造成对生态系统产生根本的改变。比较而言,从而具有相对的优势。又因为浮游动物较细菌处于更高的营养级,受环境其他细菌抑制或干扰的作用小,更具控藻优势。
目前水生生态环境中对于控藻浮游动物的研究主要集中在大型浮游动物如枝角类中的大型潘和原生动物中的鞭毛虫和纤毛虫,对于变形虫的研究较少。在富营养化水体监测中,已经发现伴随藻的消亡变形虫大量增长,并且观察到变形虫对藻的选择性吞噬作用的存在。
本文以水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)为作用对象筛选、分离得到的这一株具有食藻特性的变形虫。经形态观察,该变形虫虫体呈蛞蝓状,以透明半球形单伪足爆破前进,滋养体直径约7μm~25μm孢囊直径约5μm~12μm;有内外壁,内囊壁圆形;有短暂鞭毛期和2根鞭毛。经提取DNA和ITS序列分析知,该变形虫与Naegleria neodobsoni GR11最为相似,其相似度达99%,由此确定该变形虫为叶足纲,裂芡目,纳氏虫属,实验中定名为:Naegleria sp.TH8(简称变形虫TH8或TH8),其在美国国家生物技术信息中心(NCBI)数据库中的编号为JF317288。
首先,对变形虫TH8进行最适温度生长实验设置不同温度4个温度梯度,结果显示:变形虫TH8在10~13℃、25℃、30℃条件下均能生长,其最适生长温度约为25℃~30℃;同时,值得注意的是TH8在37℃条件下不能生长,因此可初步排除其致病性。其次,对变形虫TH8的培养食谱研究表明,变形虫可利用新鲜水华鱼腥藻、假单胞菌(Q1-3)、脱氮副球菌(YB2)、穿孔假单胞菌(B4)和土芽孢杆菌(YA1)进行细胞体生长,但在在灭菌后的水华鱼腥藻、牛肉膏蛋白胨和PYG培养基(Peptone Yeast Extract Glucose)中均不能生长。此外,生长速率测定显示,TH8在新鲜水华鱼腥藻中的指数生长速率达到0.07 cell h-1。而利用假单胞菌在不同介质BG11琼脂平板和液体培养基中生长的指数生长速率分别为0.35cellh-1、0.14 cell h-1,在假单胞菌培养基液体培养基(BP培养基)中则不能增殖。
再次,我们将变形虫TH8投加到不同生长期的水华鱼腥藻中,进行控藻研究。结果显示,TH8对不同生长期的水华鱼腥藻均有一定的效果,其中对指数生长初期的水华鱼腥藻的控藻作用效果最好,变形虫具有控藻效果初始浓度阈值为1.5×102 cell mL-1时。
变形虫TH8除对水华鱼腥藻有食藻效果外,还对水华束丝藻(Aphanizomenonflos-aquae)和拟柱孢藻(Cylindrospermopsis sp.)也具有吞噬作用,对超声断裂的席藻(Phormidium sp.)和颤藻(Oscillatoria sp.)(5-200μm)和加热后的铜绿微囊藻有一定的吞噬作用,但效果较弱。
最后,还开展了模拟水华水体的变形虫TH8控藻放大实验,在2000 mL水华鱼腥藻单藻、2000 mL水华鱼腥藻和拟柱孢藻混合藻培养中,接入初始浓度为104 cell mL-1和102 cell mL-1的Naegleria sp.TH8;10天可以使水华鱼腥藻的叶绿素去除率分别达到77.4%和57.0%,水华鱼腥藻得到很好的控制;而对水华鱼腥藻和拟柱孢藻混合藻水槽试验中,效果较差,这可能因为在混合藻中Naegleria sp.TH8首先摄食水华鱼腥藻,而随着拟柱孢藻的增长开始互相缠绕,抑制了Naegleria sp.TH8的摄食。Naegleria sp.TH8的孢囊可在4℃冰箱长期保存,加入新鲜藻液后仅2天就可复苏为食藻滋养体(Trophozoite)。
总的说来,实验分离得到的Naegleria sp.TH8,能利用假单胞菌或水华鱼腥藻细胞进行大量增殖培养,对水华鱼腥藻有强烈的摄食作用。但目前对变形虫食藻方面的研究不多。变形虫的食物选择性机制还需要进一步研究确定。同时,如何使投入到水体中的变形虫也具有食藻活性,避免被其他生物摄食,确定变形虫对环境因素如pH、BOD耐受性,食物浓度限制水平等,都有待进一步研究。