【摘要】：全球氣候變暖和水體富營養化加劇了藍藻水華的暴發,對水生態系統造成極大的危害。一方面,藍藻缺乏必要的營養物質,無法滿足初級消費者的正常生長和繁殖活動;其次,藍藻中的有毒種類會產生藻毒素,枝角類、輪蟲和魚類等都不具有徹底降低藻毒素的能力,因而會直接受到藻毒素的毒害作用。此外,這些藻毒素在自然水體中難以被快速降解,還會隨食物鏈傳遞,在高營養級的生物體內富集,這對水生態系統安全及人類健康造成了極大威脅。生物操縱控制有害藻類是基于水體中原有生物攝食能力的一種環境友好型控藻手段。在自然水體中,原生動物是浮游植物的主要捕食者,其中許多種類可以耐受和攝食有毒藍藻,并對藻毒素有一定降解能力,從而可以在以有毒初級生產者為主的食物網中有效地疏通物質和能量流動通道,降低有毒藻類造成的水體安全風險。因此,相對于枝角類、橈足類等后生浮游動物,這些原生動物在控制有毒藍藻中具有一定的優勢。然而,目前有關原生動物控藻的環境效應及解毒機制的研究尚缺乏系統性的認識,如在自然水體中哪些種類的原生動物可以清除微囊藻并降解藻毒素?如何快速培養這種原生動物?主要環境因子是如何影響原生動物控藻和降解藻毒素的?在原位環境中原生動物的控藻效果如何?原生動物耐受和降解藻毒素的機制是什么?由于微囊藻是最常見以及最主要的水華藍藻種類之一,本研究圍繞以上科學問題,結合實驗室模擬和原位實驗的方法,分別從種群、群落和分子水平探討一種來源于自然水體中可耐受藻毒素的原生動物攝食有毒微囊藻和降解藻毒素的環境效應及分子機制。本論文的主要研究結果包括以下五個方面:1.棕鞭毛蟲的分離鑒定與快速培養從太湖采集的水樣中通過篩選、分離和純化獲得了一株可高效攝食產毒銅綠微囊藻的原生動物,經形態和分子手段鑒定出這株原生動物屬于金藻門金胞藻目棕鞭藻屬的Ochromoas gloeopara(定為YZ1株)。其次,通過對該棕鞭毛蟲在不同營養條件下的生長和光合能力的分析,確定該棕鞭毛蟲為混合營養型生物,且其在混合營養模式下生長速率和光合效率最大。此外,本實驗以葡萄糖為碳源,通過連續補充有機碳的培養模式可以在6天內獲得高豐度的棕鞭毛蟲。該研究結果為采用原生動物控制微囊藻提供了一種可能途徑,同時也為棕鞭毛蟲O.gloeopara控藻的后續研究奠定了基礎。2.溫度和CO_2(非生物因素)對棕鞭毛蟲攝食產毒微囊藻和降解藻毒素的影響氣候變暖加劇了藍藻水華的暴發,本實驗探究了升溫和CO_2濃度升高對棕鞭毛蟲攝食微囊藻及降解藻毒素的影響。首先,在升溫實驗中設置了 3個溫度條件:20、25和30℃。該實驗結果表明,溫度升高可以顯著促進棕鞭毛蟲對微囊藻的清除及對藻毒素的降解。其次,在升溫和CO_2濃度增高的實驗中設置了 5個溫度(19、22、25、29和33℃)和2個CO_2水平(400和750ppm)。該實驗結果表明,在高溫和高濃度CO_2處理下,棕鞭毛蟲的攝食率顯著下降,且清除微囊藻種群的時間延長。本實驗結果體現了環境因子相互作用對捕食者—獵物種間關系影響的復雜性,并為預測未來氣候變化下的原生動物控藻效果提供了一定參考。3.常見藻類(生物因素)對棕鞭毛蟲攝食產毒微囊藻和降解藻毒素的影響本實驗探究了不同溫度下(20、25和30℃)兩種綠藻(蛋白核小球藻和斜生柵藻)對混合營養型棕鞭毛蟲攝食產毒微囊藻和降解藻毒素的影響。該實驗結果顯示,綠藻的添加抑制了混合營養型棕鞭毛蟲的攝食,延緩了其清除微囊藻種群和降解藻毒素的時間。伴隨著微囊藻種群的下降,綠藻種群逐漸增大,并最終占據優勢。本實驗結果表明,棕鞭毛蟲的食物選擇性促使優勢藻類種群由微囊藻向綠藻轉變,這將有利于有益藻類種群的恢復以及浮游植物群落結構的改善。4.添加棕鞭毛蟲對半原位/原位水體浮游植物群落結構的影響本實驗分別設置了以小群體微囊藻和單細胞微囊藻為主的2種浮游植物群落,探究在半原位和原位微宇宙實驗條件下,棕鞭毛蟲對微囊藻種群的控制效果以及對浮游植物群落結構的影響。該實驗結果表明,棕鞭毛蟲在半原位和原位環境下均可以有效地抑制小群體微囊藻和單細胞微囊藻種群,同時促使以藍藻為主的浮游植物群落向以綠藻和硅藻為優勢種的群落結構演替,提高了浮游植物群落的生物多樣性和物種豐富度。該研究結果體現了混合營養型棕鞭毛蟲在原位控藻中的可行性和優勢,這對改善以有害藍藻為主的浮游植物群落具有重大的實際意義。5.棕鞭毛蟲降解微囊藻毒素的機制:基于轉錄組學和代謝組學的整合分析基于本研究中的棕鞭毛蟲可耐受和降解微囊藻毒素,本實驗綜合利用轉錄組和代謝組技術手段,將攝食產毒和無毒微囊藻的棕鞭毛蟲的轉錄組和代謝組檢測結果進行差異比較,并分析棕鞭毛蟲耐受和降解藻毒素的分子機制。該實驗數據顯示,差異表達基因和差異代謝物主要與翻譯、碳水化合物代謝和能量代謝等相關。本研究結果揭示了,棕鞭毛蟲對藻毒素的耐受性與其胞內抗氧化活動和修復能力的增強以及胞外基質的增加有關;棕鞭毛蟲降解藻毒素的過程主要依賴于細胞內溶酶體中的代謝活動,如ROS的強氧化作用,同時也與GST和GSH解毒過程有關。綜合上述各章節的研究結果得出,從太湖水體篩選、分離和純化得到的這株棕鞭毛蟲可以高效清除產毒微囊藻;高溫能夠促進其對微囊藻種群的清除及對藻毒素的降解,但在高溫下的高濃度CO_2會抑制棕鞭毛蟲的控藻能力;盡管綠藻的存在延緩了棕鞭毛蟲對微囊藻種群的清除,但棕鞭毛蟲的食物選擇性促進了綠藻種群的恢復;尤其是在原位實驗中,該棕鞭毛蟲對微囊藻種群的抑制有效地改善了浮游植物群落的結構,并提高了浮游植物群落的生物多樣性和物種豐富度;通過對棕鞭毛蟲轉錄組和代謝組學的分析,揭示了混合營養型棕鞭毛蟲對藻毒素的耐受性與其能量合成、修復能力、抗氧化活動的增強有關,細胞內溶酶體代謝活動的加強是棕鞭毛蟲降解藻毒素的主要機制。
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序列的信息，真核生物進化樹的基本拓撲結構逐漸穩定，Ｂｕｒｋｉ進一步將原生生逡逑物與藻類、植物、真菌和動物分為不同類群［３］，因此原生生物類群中也有了更為逡逑具體的種類分支，如變形蟲界、有孔蟲界和不等鞭毛蟲界等（圖１．１）。從種系發逡逑育樹上不難發現藻類與原生動物界存有共同分枝，這表明它們之間存在一定的近逡逑緣關系，因此對于它們的分類一直存在爭議。逡逑在現代真核藻類物種起源上，原生動物起著重要的作用。系統發育相關的研逡逑宄結果表明，藍藻是現存最古老的一種放氧光合作用的原核生物類群，現代真核逡逑藻類的出現是由原生動物和藍藻的內共生而來（圖１．１）。在內共生起源假說中，逡逑最早的產氧光合真核生物是由一株可有絲分裂的真核宿主細胞（鞭毛蟲）吞噬原逡逑始藍藻而產生，因此吞噬性鞭毛蟲是理論上的第一個真核生物。在初級內共生過逡逑程中，真核宿主細胞獲得了線粒體和質體，原始藍藻細胞的細胞壁退化，質膜變逡逑為質體內膜

邐［邋Ｄｉｎｏｆｌａｇｅｌｌａｔｅｓ邋Ｄｉａｔｏｍｓ邋Ｅｕｇｌｅｎｏｉｄｓ邋．．．邋｜逡逑｜邋Ｂｕｒｋｉ．邋２０１４邋［逡逑圖１．１原生動物系統發育圖（引自Ｃａｒｏｎ邋ｅｔａｌ．，２０１６）邋［７］和真核浮游植物色素體遺傳的基本逡逑模式．圈．（仿邋Ｆａｌｋｏｗｓｋｉ，邋２００４）邋［５］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｐｈｙｌｏｇｅｎｅｔｉｃ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｐｒｏｔｏｚｏａｎｓ邋（ｒｅｆｅｒｒｅｄ邋ｔｏ邋Ｃａｒｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，，邋２０１６）邋［７邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ｂａｓｉｃ邋ｐａｔｔｅｒｎ逡逑ｏｆ邋ｃｈｒｏｍａｔｉｄ邋ｉｎｈｅｒｉｔａｎｃｅ邋ｉｎ邋ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ邋ｐｈｙｔｏｐｌａｎｋｔｏｎ邋（ｒｅｆｅｒｒｅｄ邋ｔｏ邋Ｆａｌｋｏｗｓｋｉ，邋２００４）邋［５１逡逑隨著現代測序技術的發展，由內共生產生新物種的進化機制被廣泛研究，如逡逑寄主基因水平徖移和類核體的保留等問題得到了很好的解釋［８＿１（＼內共生中基因逡逑轉移使得真核藻類核基囡組重塑，寄主類核體的保留使得在宿主中這些蛋白可以逡逑表現出新功能及新功能的定位；這體現了新物種在進化過程中獲得更多潛在的代逡逑謝能力和特征以適應環境變化。事實上，原生生物與原核微生物之間的共生現象逡逑十分普遍［１１］，共生能夠使宿主原生生物獲得厚核寄主的某些功能，因而增強對其逡逑它環境資源的利用能力
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X52;X171.5


本文編號：2607474