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富营养化湖泊生态系统中微生物的地位和作用

杨柳燕  孔倩  肖琳  曾巾  蒋丽娟  
【摘要】:微生物是湖泊水生态系统的重要组成部分,在湖泊的物质循环和能量流动,以及水生态系统的相对稳定和演替等方面都起着非常重要的作用。在富营养化湖泊碳素循环中, 藻类通过光合作用将 CO_2等固定成细胞内的含碳化合物。这些含碳化合物或被异养微生物分解,或参与湖泊食物链循环,最终通过呼吸或发酵作用生成无机碳。因此,异养微生物在碳素的分解过程中发挥着不可替代的作用。微生物是氮循环的驱动泵,一方面使氮循环不被中断,另一方面维持生态系统的氮素平衡。在没有人为活动干扰的湖泊中,微生物在氮素的输入和向大气释放过程中起着非常重要的作用,在富营养湖泊中微生物氮循环作用中作用更加明显。利用纯培养铜绿微囊藻对氮的转化能力发现,微囊藻生长过程中,NO~-_3含量逐渐降低,NO~-_2含量先升高再降低,且 NO~-_3和 NO~-_2的浓度最终都会降至零左右。体系中总氮含量有所降低,这说明化合态氮经反硝化作用溢出湖泊水环境。富营养化湖泊蓝藻爆发后,水体处于厌氧状态下,氧化还原电位较低,这些都有利于细菌的反硝化作用。水不溶性无机磷和有机磷不能被浮游植物直接利用,但能被无机磷溶解菌和有机磷分解菌转变成可溶性的形式,由此可见微生物在释磷过程中也起着非常重要的作用。附生菌的存在能够促进藻的生长并加速藻体内磷的释放,并可以将微囊藻不易直接吸收的磷形态转化为磷酸盐等物质供微囊藻利用,碱性磷酸酶在微囊藻和假单胞菌利用大分子有机磷的过程中起重要作用。微生物之间及其与环境之间有着特定的关系,彼此影响,相互依存,构成微生物生态系统,基于分子生物学方法的群落分析得到了迅速的发展,如 PCR 扩增技术,克隆文库法,荧光原位杂交法,限制性酶切片段长度多态性法,变性和温度梯度凝胶电泳法,这些方法克服了传统微生物培养技术的限制,能在遗传本质的层面上对微生物群落进行较客观的分析,较精确地揭示了微生物群落结构和遗传多样性。太湖不同湖区沉积物柱芯剖面的微生物群落结构显示了明显的空间分布多样性差异,相邻深度沉积样品群落结构相似性大,微生物群落结构在25 cm 深度左右变化明显。将宏观的湖泊富营养化治理与微观的微生物营养盐代谢及生理生化特征结合起来,将传统的生物化学、生态学与现代基因组学、分子生物学研究结合在一起,加快对湖泊中微生物的研究,同时推动湖泊污染控制的进程。

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