基本信息
- 项目名称：
- 放线菌JXJ 0071对铜绿微囊藻的溶藻活性
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 筛选到一株强溶藻活性放线菌新菌株，其孢子、菌丝体和代谢产物均具有较好的溶藻活性；活性成分能够抑制藻细胞光合作用和呼吸作用，引起藻细胞壁和细胞膜穿孔，最终导致藻细胞破裂死亡；活性成分对温度、pH值和紫外线处理等较稳定。该菌在蓝藻水华防治方面具有较好的潜在应用价值。
- 详细介绍：
- 以铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）为指示藻，采用固体平板法和液体培养法分别进行初筛和复筛；研究活性菌株JXJ 0071的孢子、菌丝体和代谢产物的溶藻活性、溶藻活性成分的稳定性和溶藻机理等，并根据菌株培养特征、生理生化特性和16S rRNA基因序列的系统发育分析等结果对活性菌株进行初步鉴定。结果表明：孢子具有一定的溶藻活性，加少量葡萄糖时孢子溶藻活性更强；在藻液中加入的菌丝体越多溶藻活性越强；胞外水溶性成分溶藻活性最强达到97.6%，胞内水溶性成分溶藻效率只有20.5%，脂溶性成分均无溶藻活性；活性成分能够抑制藻细胞光合作用和呼吸作用，导致细胞壁和细胞膜穿孔，最终导致藻细胞破裂死亡；活性成分对温度、pH值和紫外线处理等具有较好的稳定性；JXJ 0071属于链霉菌属（Streptomyces），与S. rectiviolaceus相似性最高达99%，但该菌能在纤维素上生长，不能以木糖、鼠李糖、蔗糖、肌醇和醋酸钠等为唯一碳源生长，而S．rectiviolaceus却正好相反，该菌的种一级分类学地位还需要其他实验数据加以确定。 该菌对铜绿微囊藻具有很强溶藻活性，是未报道的溶藻放线菌新菌株。活性成分是胞外水溶性物质，对高温和有机溶剂处理均有较好的稳定性，因此推测活性成分是小分子物质而不是蛋白质酶类。水溶性特点使其在水环境中能迅速扩散开来，充分接触藻细胞而发挥溶藻作用。对紫外线稳定性较好，在较广的pH值范围内均有极显著（P<0.01）的溶藻效率。因此活性成分在蓝藻水华防治方面的具有较大的潜在应用价值，值得进一步深入系统研究。菌丝体和孢子也有一定的溶藻活性，这可能是与铜绿微囊藻竞争氮源等营养成分，产生少量溶藻活性物质，导致藻细胞溶解死亡。因此，该菌孢子或菌丝体在制备防治蓝藻水华的活菌制剂中可能也具有潜在价值。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 1、目的：从生理活性物质最多的产生菌——放线菌中，寻找在蓝藻水华防治中具有应用价值的菌株，为高效环保的蓝藻水华防治产品的研发提供材料，促进蓝藻水华的防治。 2、基本思路：采用有效方法筛选强溶藻活性的放线菌，研究其孢子、菌丝和代谢产物的溶藻效率及作用机制，并初步研究溶藻活性成分的稳定性等，分析菌株在蓝藻水华防治方面的应用潜力，为今后进一步利用该菌研发新型环保蓝藻水华防治产品提供前期工作基础。
科学性、先进性及独特之处
- 本文实验方法可行，结果可靠，分析合理，具有较强的科学性。溶藻放线菌的研究是目前国内外较少涉及的领域，开展这方面的系统研究工作，有望建立蓝藻水华防治的新方法，开发新型环保蓝藻水华防治剂，促进蓝藻水华的防治，并弥补国内外在该研究领域的不足。论文具有较强的创新性和潜在的实际应用价值。
应用价值和现实意义
- 蓝藻水华是日趋严重的世界性环境污染问题，我国尤为严重。研究表明，放线菌JXJ 0071的孢子、菌丝体和胞外水溶性物质均具有较好的溶藻活性，在蓝藻水华防治中具有潜在的应用价值，本文研究工作为今后利用该菌研发高效环保的蓝藻水华防治产品奠定了良好基础，在蓝藻水华防治上具有较大的意义。
学术论文摘要
- 从庐山土样中分离得到一株放线菌JXJ0071，研究了该菌的孢子、菌丝体和代谢产物对铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）的溶藻活性、溶藻活性成分的稳定性和溶藻机制，并对其分类地位进行鉴定。结果表明，放线菌JXJ0071的孢子和菌丝体均能使铜绿微囊藻细胞浓度显著降低。该菌代谢产物对铜绿微囊藻具有很强的溶藻活性，在藻浓度为1.0×107 /mL的藻液中加入体积分数φ 为2%的该菌发酵上清液，3 d 后溶藻效率达98%。溶藻活性成分显著抑制藻细胞的光合作用和呼吸作用，并使藻细胞壁和细胞膜穿孔，最终使藻细胞裂解死亡。活性成分主要来自水溶性胞外产物，其对高温、pH和紫外线处理均具有较好的稳定性。60 ℃以下的温度处理发酵液2 h，溶藻活性成分的溶藻效率基本不变，保持在95%以上；pH 7.0~9.0条件下，其溶藻效率仍很高，达93.8%以上；经波长为254 nm的紫外线照射2 h，其溶藻效率仍达85.7%。基于16S rRNA基因序列的系统发育分析表明，该菌株属链霉菌属，与S. rectiviolaceus的序列相似性达99%，但JXJ0071与S．rectiviolaceus的部分生理生化特性有所不同，需要进一步的实验数据确定其种一级分类学单元。
获奖情况
- 本论文内容被《生态与农村环境学报》（CSCD核心期刊）接受（稿件编号20101011）；本论文筛选的菌株产生的溶藻活性成分的后续研究工作得到了2011年国家自然科学基金的资助（项目编号：31060010）。
鉴定结果
- 经各专家评委评审认为：该论文系统开展了溶藻放线菌的筛选鉴定、溶藻效率、溶藻活性成分的理化性质和作用机制等研究，为放线菌防治蓝藻水华的应用提供了良好的前期工作基础，具有较强的创新性和实际应用价值。
参考文献
- [1] 关英红, 马军, 雷国元, 等. 一株溶藻菌株的分离鉴定及溶藻特性[J]. 环境科学学报, 2008, 28(7): 1288-1293. [2] 崔妍, 李建宏, 汪燕, 等. 高效抑藻放线菌的筛选和活性[J]. 生态学报, 2008, 28(11): 5691-5697. [3] YAMAMOTO Y, KOUCHIWA T, HODOKI Y, et al. Distribution and Identification of Actinomycetes Lysing Cyanobacteria in a Eutrophic Lake[J]. Journal of Applied Phycology, 1998, 10(4): 391-397. [4] CHOI H J, KIM B H, KIM J D, et al. Streptomyces Neyagawaensis as a Control for the Hazardous Biomass of Microcystis Aeruginosa (Cyanobacteria) in Eutrophic Freshwaters[J]. Biological Control, 2005, 33(3): 335-343. [5] 华秀红. 特异性抑杀铜绿微囊藻的放线菌的研究[D]. 南京：南京师范大学, 2005.
同类课题研究水平概述
- 溶藻放线菌的系统研究工作在国内外很少开展。虽然目前已经发现许多放线菌具有较好的溶藻活性，如不产色链霉菌（Streptomycetes achromogenes）、生暗链霉菌（Streptomyces phaeofaciens）、脱叶链霉菌（Streptomyces exfoliatus）、寝屋川链霉菌（Streptomyces neyagawaensis）、灰色变异链霉菌(Streptomyces griseovariabilis)、球孢链霉菌黄褐变种（Streptomyces globisporus var. flavofuscus)、灰霉素链霉菌（Streptomyces griseinus）和色黄链霉菌（Streptomyces chromoflavus）等，但无论国内还是国外，溶藻放线菌的研究工作基本集中在菌株筛选鉴定、溶藻效率、溶藻活性成分是大分子蛋白质还是小分子物质、是脂溶性成分还是水溶性成分等表层工作上，且多数文献只是涉及其中部分研究内容，而很少系统开展从菌株筛选鉴定、孢子、菌丝体和代谢产物等的溶藻效率，到溶藻活性成分的性质及稳定性和溶藻机制等较全面的前期基础研究工作，从而制约了后期部分研究工作的进展。本文较全面系统地开展从菌株相关工作，特别是溶藻机制的相关研究，弥补了国内外这方面研究的不足，对利用放线菌研制高效、环保的蓝藻水华防治产品具有一定的参考价值。
