東北地理所在銅綠微囊藻越冬后復(fù)蘇過程與機(jī)制方面取得進(jìn)展
藍(lán)藻水華能帶來環(huán)境污染、水質(zhì)安全、景觀破壞等多方面問題，是威脅淡水生態(tài)系統(tǒng)功能的重要因素，也是全球性水生態(tài)環(huán)境問題。藍(lán)藻對(duì)低溫和黑暗環(huán)境具有一定的適應(yīng)性，在冬季下沉至沉積物中休眠，并在溫暖季節(jié)隨著氣溫升高而迅速繁殖，因此藍(lán)藻水華通常呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特征。然而，目前關(guān)于藍(lán)藻在冬季休眠后隨環(huán)境溫度上升的動(dòng)態(tài)復(fù)蘇過程、藻毒素生成與釋放特征，以及生物信號(hào)調(diào)控機(jī)制等科學(xué)問題的認(rèn)識(shí)仍顯不足，限制了季節(jié)性藍(lán)藻控制策略的科學(xué)制定。
為探索上述科學(xué)問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團(tuán)隊(duì)以最為常見的有毒藍(lán)藻—銅綠微囊藻（M.aeruginosa）為研究對(duì)象，模擬研究了藻體在越冬休眠后隨環(huán)境溫度升高的動(dòng)態(tài)復(fù)蘇過程。研究結(jié)果表明，隨環(huán)境溫度的逐步上升，越冬（4℃低溫及黑暗條件下休眠12天后，由10℃逐步上升至25℃）和非越冬處理組（直接由10℃上升至25℃）的藻密度均呈先下降（10-15℃區(qū)間）后上升（15-25℃區(qū)間）的變化趨勢(shì)。在整個(gè)培養(yǎng)期間，越冬處理組的藻密度始終低于非越冬處理組，當(dāng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，越冬處理組的藻密度相較于非越冬處理組降低了55.6%。在環(huán)境溫度為10-15℃區(qū)間時(shí)，越冬處理抑制了藻體光合效率和微囊藻毒素（MC-LR）的產(chǎn)生，激活了抗氧化系統(tǒng)，破壞了細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致部分細(xì)胞死亡；隨著環(huán)境溫度上升至20-25℃區(qū)間，藻體迅速增殖，光合效率升高，部分受損的細(xì)胞結(jié)構(gòu)也逐漸恢復(fù)。基于信號(hào)通路分析得出，越冬處理下調(diào)了與光合作用、核糖體、卡爾文循環(huán)和氧化磷酸化相關(guān)的基因表達(dá)，從而阻礙了M. aeruginosa的生長和代謝能力。
圖1 M. aeruginosa越冬后動(dòng)態(tài)復(fù)蘇過程機(jī)理框架
該研究為揭示M. aeruginosa在越冬后的動(dòng)態(tài)復(fù)蘇過程、藻毒素產(chǎn)生與釋放特征等提供了實(shí)證數(shù)據(jù)。相關(guān)結(jié)果可為科學(xué)探索和制定季節(jié)性藍(lán)藻防控策略以及早春季節(jié)水環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供科學(xué)參考。
相關(guān)成果發(fā)表在《Water Research》上，由已畢業(yè)碩士研究生符晨峻（共同第一作者）、特別研究助理王鑫壹（共同第一作者）和祝惠研究員（通訊作者）等人共同完成。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、吉林省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。
論文信息及鏈接如下：
Fu,C.J.,Wang,X.Y.,Yu,J.,Cui,H.,Hou,S.N.,Zhu,H.*,2024. From Winter Dormancy to Spring Bloom: Regulatory Mechanisms in Microcystis aeruginosa Post-Overwintering Recovery. Water Research,122807.
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