藻类的大量繁殖对饮用水源、 养殖业、 旅游业以及人类健康造成了极大的影响。 溶藻细菌作为一种生物控制手段, 在控制藻类爆发方面显示出了极大的潜力。 课题组前期分离获得一株金黄杆菌属溶藻菌Chryseobaterium sp.S7, 研究发现该菌株具有明显的溶藻作用, 作用方式为通过分泌溶藻物质进行间接溶藻, 为进一步揭示该菌的溶藻特征及机理, 以铜绿微囊藻为目标藻种, 运用UV-Vis, EEMs, FTIR和FCM技术, 分析Chryseobaterium sp.S7溶藻过程的光谱特性。 实验结论如下: 将菌株发酵液与藻液共培养7 d, 利用UV-Vis和EEMs技术对藻细胞Chla含量与PC荧光值变化趋势进行分析, 结果显示: 藻细胞Chla含量在第1 d便开始下降, 表明在短时间内, 细菌胞外溶藻物质便可快速作用于藻细胞, 第7 d时Chla去除率为59.37%。 藻细胞PC荧光值也呈现下降趋势, 与Chla变化趋势表现为一致性, 表明在溶藻过程中伴有Chla和PC的减少。 FTIR分析结果显示: 藻细胞结构中的CO, C—H, O—H键分别在1 647, 2 927和3 475~3 437 cm-1处的吸收峰强度明显减弱, 表明藻细胞内的多糖物质和蛋白质结构可能被破坏, 处于2 500~1 700 cm-1范围的若干小吸收峰则进一步表明藻细胞解体的现象。 分别在共培养第3 d和第7 d时对藻液进行PI特异染色, 应用FCM对藻细胞PI特异性荧光和Chla, PC自发荧光特性进行分析, 结果显示, 在细菌S7的溶藻过程中, 藻细胞PI特异性荧光逐渐增强, Chla、 PC自发荧光呈下降趋势、 表明藻细胞膜、 Chla、 PC三者破坏程度在溶藻过程中具有紧密的内在联系和较高的一致性。 溶藻过程中藻细胞表现为多种形式的损伤, 且损伤处于动态变化过程中, 由Q1（Q5）区细胞按顺序逐步向Q4（Q8）区细胞移动。 推测Chryseobaterium sp.S7可能的溶藻过程为: 细菌将溶藻活性物质释放到细胞外, 溶藻活性物质通过破坏铜绿微囊藻细胞膜中的多糖和蛋白质的结构, 增加膜的通透性, 进一步破坏胞体内的Chla, PC和DNA/RNA等物质, 使藻体裂解死亡, 最终形成细胞碎片。 通过对Chryseobaterium sp.S7溶藻过程藻细胞的光谱学特性的分析, 初步揭示了Chryseobaterium sp.S7的溶藻机理, 为微生物控藻及修复技术提供了理论依据。

以蛋白核小球藻、 铜绿微囊藻、 斜生栅藻为敏感藻, 研究了莠去津、 敌稗、 敌草隆、 灭草松四种除草剂及其混合剂对藻类光合特性的影响规律, 实验同时确定了三种微藻荧光对除草剂的最佳响应时间。 实验结果表明, 除草剂显著降低了藻细胞类囊体膜中光系统Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、 实际光合效率(Y(Ⅱ))、 绝对电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP), 而非光化学猝灭系数(qN)呈现上升趋势, 400 μg·L-1敌草隆使蛋白核小球藻Fv/Fm参数值下降了41%。 实验选用的三种实验藻在四种除草剂单独和混合胁迫下均发生了不同程度的光抑制效应, 表现出光合效率、 电子传递速率、 光合活性的降低和光保护能力的增强, 藻类自身具有一定的光保护机制可以降低除草剂的影响。 除草剂能够影响藻细胞叶绿素荧光强度, 其中灭草松对蛋白核小球藻的影响最为显著, 在400 μg·L-1灭草松影响下蛋白核小球藻的叶绿素荧光强度下降了44%。

以藻蓝蛋白标准品和室内培养的铜绿微囊藻、 鱼腥藻为参照, 于2011年春、 夏、 秋三季在太湖采集75个水样, 分析太湖水体中藻蓝蛋白的紫外-可见吸收光谱特征, 及其与标准品、 单一藻种光谱特征的区别和联系。 结果表明: 太湖水体中藻蓝蛋白的吸收光谱形态可根据500～700 nm的吸收峰个数划分为无峰型、 单峰型和双峰型三类。 无峰型光谱在500～700 nm间变化平缓, 620 nm附近无藻蓝蛋白的特征吸收峰出现。 根据300～450 nm的吸收差异, 无峰型可划分为无峰Ⅰ和无峰Ⅱ两个亚类。 峰型Ⅰ仅在260 nm附近出现吸收峰, 250～800 nm的谱型更接近于有色可溶性有机物（CDOM）; 峰型Ⅱ在260和330 nm处均有吸收峰出现。 单峰型光谱在620 nm的藻蓝蛋白特征吸收峰明显, 受藻种差异和提取纯度的影响, 其在250～300, 300～450和500～700 nm的吸收峰出现位置和峰值比与标准品、 单一藻种不同。 双峰型光谱在620和670 nm附近各具一个吸收峰, 同时在350～450 nm出现吸收肩, 兼具藻蓝蛋白和叶绿素复合蛋白的吸收特征。

利用叶绿素荧光技术, 对受相同浓度Cu2+胁迫的蛋白核小球藻、斜生栅藻、铜绿微囊藻的最佳暗适应时间进行研究.通过对三种供试藻在光照和暗适应时间分别为30 s、1 min、3 min、5 min、10 min和20 min条件下的光合荧光参量进行测定, 以光化学淬灭参量值为主要参考依据, 结合t检验方法对暗适应时间进行显著性差异分析, 结果表明: 暗适应条件下三种供试藻的潜在最大量子效率值略有增加, 实际量子效率值基本保持不变；蛋白核小球藻和斜生栅藻的光化学淬灭参量值和非光化学淬灭参量值随暗适应时间的延长显著增加；铜绿微囊藻光化学淬灭参量值在光照1 min时达到最大, 无需进行暗适应, 这可能与蓝藻在暗适应时发生状态转换有关；藻类不是暗适应时间越长越好, 蛋白核小球藻和斜生栅藻的最佳暗适应时间分别为5 min和10 min.这将为采用叶绿素荧光技术进一步研究毒物对藻类的胁迫机理提供可靠依据.

铜绿微囊藻是我国内陆富营养化湖泊蓝藻水华的主要藻种。将铜绿微囊藻抽象为由细胞质和叶绿体构成的两层球形模型，通过循环迭代的方式确定两层球形模型中叶绿体的体积比例及其折射率的中心值，结合Kramers-Kronig关系最终确定两层球形模型细胞质及叶绿体的复折射率，通过Aden-Kerker理论结合粒径分布情况模拟出其吸收和散射效率光谱。对比模拟结果与实验结果发现：该模型估算得到的散射光谱与实验的散射光谱之间误差为3.4%，吸收效率误差为4.3%，在后向散射模拟实验中，相比均匀球形模型，两层球形模型表现出较好的优越性。

利用BG-11培养基对铜绿微囊藻进行100 d左右的实验室培养，研究了铜绿微囊藻不同生长阶段藻毒素MC-LR释放的动态变化规律。结果表明：BG-11培养基培养的铜绿微囊藻叶绿素a浓度最大值出现的时间比外藻毒素MC-LR浓度最大值出现的时间提前约10 d；铜绿微囊藻在各自不同生长阶段表现出一定的外藻毒素MC-LR释放的动态规律，即对数期时叶绿素a浓度和MC-LR浓度呈现正相关，稳定期前期叶绿素a和MC-LR浓度呈现负相关，衰亡期叶绿素a降低，而MC-LR浓度则先增加后降低。这种规律性可能与细胞体内色素释放到培养基中催化外藻毒素MC-LR的光降解的特性有着密切联系。对实验室培养的纯种产毒铜绿微囊藻各生长阶段叶绿素a浓度和外藻毒素MC-LR浓度进行了线性拟合，为进一步利用叶绿素a浓度粗略估计水体藻毒素MC-LR浓度提供理论依据。

基于奇异衍射近似理论和Kramers-Kronig关系, 通过实测铜绿微囊藻的吸收光谱数据和粒径分布估算出铜绿微囊藻折射率的实部和虚部, 结合Mie散射理论, 计算出铜绿微囊藻的吸收效率光谱、 散射效率光谱。 对比模拟结果与实验结果发现: 该模型估算得到的散射光谱与实验的散射光谱之间误差为10.08%, 吸收效率的误差为4.8%。 从模拟结果与实测结果来看, 均匀球形模型能够较好的重现铜绿微囊藻的吸收和散射特征。

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)是国内湖泊蓝藻水华中的常见藻种, 在实验室光照培养箱中对其进行培养, 使用GER1500光谱仪在自然光照下采集藻液的光谱数据, 研究了不同磷浓度培养基条件下铜绿微囊藻的生长规律以及培养周期内藻液的光谱变化特征, 结果表明, 其他条件相同情况下, 低磷浓度(≤10 μg·L-1)成为铜绿微囊藻生长繁殖的限制性因素, 随着培养时间的不断增加, 铜绿微囊藻藻液的光谱曲线在550, 610, 660, 700～710, 760 nm附近等一些波段呈现出明显的变化特征。

运用傅里叶红外光谱、 三维荧光光谱、 透射电镜等技术, 研究了溶藻菌株Streptomyces sp. HJC-D1抑制铜绿微囊藻过程中溶解性有机物(DOM)的组成与特性, 初步揭示了微生物溶藻机理。 结果表明, 溶藻菌株发酵液添加量5%(φ)时铜绿微囊藻去除率可达72.6%±5.5%; 溶藻产物DOM以类腐殖酸物质为主, 平均分子量在1 000 Da左右; 溶藻过程藻细胞结构遭到明显破坏, 推测可能的微生物溶藻机理为: 溶藻菌破坏铜绿微囊藻细胞壁, 导致藻细胞失活、 死亡。

中国淡水湖泊、水库众多, 富营养化问题严重。铜绿微囊藻是中国湖泊、水库及其他水域生态系统发生、形成富营养化危害的主要藻类。目前对铜绿微囊藻的研究主要集中在水华成因、生长的特点、作用机理等, 对其生命活动相关的分子机制研究不多。该文主要从生物节律、毒素合成、藻胆蛋白合成及其调控机制和ATP合成酶等四个方面综述了铜绿微囊藻的分子研究进展, 为今后进一步研究铜绿微囊藻的分子作用机理及其防治具有重要意义。