楊秋嬋，曾玉林

（1.廣東中微環(huán)保生物科技有限公司，廣東 東莞 523000；2.廣東東日環(huán)保股份有限公司，廣東 東莞 523000）

藍藻，又名藍細菌，是一種最原始、最古老的藻類植物，是光能自養(yǎng)型原核生物[1]。隨著城市化進程的不斷加快，水中富集了大量的營養(yǎng)元素（尤其是氮和磷），導(dǎo)致水體出現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)，發(fā)生藍藻藻華[2]。為了有效控制藍藻，目前國內(nèi)外主要采用的方法有物理法、化學(xué)法和生物法[3]。物理法是采用物理手段將藻與水體分離或者直接殺死藻類的方法?；瘜W(xué)法是通過投加化學(xué)藥劑如硫酸銅、過氧化氫、表面活性劑、次氯酸鈉等殺死藻體細胞。生物法是利用細菌、病毒、浮游動物、水生植物等殺死藻細胞。由于生物法具有高效、專一、無二次污染等優(yōu)點，成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。本文利用分析溶藻細菌控制藍藻藻華的研究進展及應(yīng)用過程中存在的問題，對溶藻細菌今后的研究方向和工程應(yīng)用提出了建議。

1 溶藻細菌

溶藻細菌是指可以抑制藻細胞生長或者溶解藻細胞的一類細菌。目前，研究報告顯示出溶藻細菌有黏細菌（Myxobacter）、交替假單胞菌（Pseudoalteromonas）、嗜胞菌屬（Cytophaga）、鞘廣醇單胞菌（Sphingomonas）、纖維弧菌屬（Cellvibrio）、反消化產(chǎn)堿桿菌（Alcaligenes denitrificans）、結(jié)桿菌屬（Arthobacter）、屈撓細菌屬（Flexibacter）、交替單胞菌（Alterononas）、蛭弧菌（Bdellovibrio bacterious）、弧菌（Vibrio）復(fù)生螺旋體屬（Saprospira）桿菌（Bacillus）、黃桿菌屬（Flavobacterium）等。這些細菌大部分為革蘭氏陰性菌，既可以對藍藻起到促進作用，也可抑制硅藻和甲藻的生長，還可以調(diào)節(jié)微型藻的種群密度。

2 溶藻方式

溶藻細菌的溶藻方式為：（1）直接溶藻，溶藻細菌直接接觸藻體細胞導(dǎo)致藻細胞溶解而死亡；（2）間接溶藻，是指溶藻細菌通過釋放某種化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致藻細胞死亡。

直接溶藻是基于溶藻細菌和藻類之間的接觸。其方式為：SHILO M[4]分離得到一株黏細菌在與支原體緊密接觸的前提下殺死單細胞和絲狀支原體。例如，細菌MY-1就是通過直接溶藻方式溶解魚腥藻（包括異細胞和靜息孢子）。

間接溶藻是通過分泌多肽、酶、蛋白質(zhì)、抗生素、氨基酸等胞外活性物質(zhì)來溶解藻體細胞，目前發(fā)現(xiàn)的的多數(shù)溶藻細菌都是通過間接方式來殺死藻細胞的，現(xiàn)已報道的溶藻細菌及其作用方式詳見表1。

表1 溶藻細菌種類及溶藻方式

3 溶藻機理

溶藻細菌抑制藻細胞的生長主要方式是：破壞藻細胞結(jié)構(gòu)、競爭營養(yǎng)物質(zhì)、抑制藻細胞進行光合作用，其作用機理詳見圖1[2]。

圖1 溶藻細菌作用機理

3.1 破壞藻細胞結(jié)構(gòu)

研究表明，部分溶藻細菌可以破壞藻細胞的結(jié)構(gòu)，如損傷葉綠體、固縮染色體、從而使線粒體液泡化，破壞細胞膜的完整性，最終導(dǎo)致藻體細胞死亡。李薔[5]研究發(fā)現(xiàn)B1芽孢桿菌可通過分泌胞外活性物質(zhì)對球形棕囊藻細胞壁產(chǎn)生侵蝕，使其出現(xiàn)漏洞，進一步對細胞質(zhì)進行消融，達到破壞細胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)。韓貝貝[6]等發(fā)現(xiàn)噬鹽桿菌作用于中肋骨條藻時，可使細胞鏈狀結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，然后使細胞以單細胞形態(tài)存在且增加其單細胞長度，最終導(dǎo)致細胞原生質(zhì)體在細胞一端形成泡狀后逐漸膨脹破裂。

3.2 競爭營養(yǎng)物質(zhì)

溶藻細菌可以吸收轉(zhuǎn)化水體中的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，促使自己快速繁殖等，從而降低水體中的氮、磷濃度，導(dǎo)致藻體因缺少營養(yǎng)而死亡。有研究表明，變形桿菌數(shù)量在共生環(huán)境中增加一倍，甲藻對營養(yǎng)元素的獲取能力會降低三分之一。Su等[7]研究表明，不動桿菌J25在去除硝酸鹽氮的同時，對銅綠微囊藻葉綠素a 的去除率為87.86%。

3.3 抑制光合作用

在溶藻細菌的脅迫下，藻細胞會產(chǎn)生大量的過氧化氫、羥基自由基、超氧陰離子自由基等活性氧機團（ROS），這些有害活性氧自由基可破壞藻細胞的完整性，誘導(dǎo)細胞發(fā)生過氧化反應(yīng)，使細胞受到損傷。例如，ROS也會干擾細胞內(nèi)多種物質(zhì)的合成，包括糖類、色素、脂類、蛋白質(zhì)、DNA等。其中，色素是藻細胞進行光合作用的保障。而葉綠素a和類胡蘿卜素是與光合作用密切相關(guān)的色素：①葉綠素a可通過吸收光能，將CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物，作為藻細胞生長的必需生長因子；②類胡蘿卜素具有傳遞光能的功能，在藻細胞光合作用中發(fā)揮著重要作用。

有研究表明，在溶藻細菌的作用下，藻細胞內(nèi)色素含量會降低，由此，藻細胞光合作用受到限制。于海濤等[8]研究表明，蠟樣芽孢桿菌（Bacilluscerus）的胞外活性物質(zhì)可改變水華魚腥藻光合色素的相對含量，降低其葉綠素a，增加類胡蘿卜素和藻藍蛋白，從而影響光系統(tǒng)Ⅰ（PS?）和PSП中的分配，導(dǎo)致光合作用效率降低。

4 溶藻物質(zhì)

大多數(shù)溶藻細菌通過分泌胞外活性物質(zhì)來間接溶解藻細胞。截止目前，已經(jīng)分離得到的溶藻活性物質(zhì)有抗生素、多肽、氨基酸、蛋白質(zhì)、表面活性劑等。

4.1 抗生素

Nakashima[9]等發(fā)現(xiàn)γ-變形桿菌MS-02-063可分泌靈菌紅素，對赤潮異彎藻有強烈的溶藻作用。銅綠假單胞菌可產(chǎn)生一系列抗生素物質(zhì)，如吩嗪色素、糖脂類、PYO（膿化合物），有研究表明，銅綠假單胞菌通過釋放瓊脂擴散性吩嗪色素抑制藻細胞的生長。Qian[10]等研究發(fā)現(xiàn)0.28 μg/mL的鏈霉素能有效抑制綠藻的生長，低濃度的鏈霉素可促進藻體細胞產(chǎn)生大量活性氧，增加抗氧化物酶的合成，增加丙二醛含量，導(dǎo)致細胞膜破壞而引起細胞的死亡。此外，鏈霉素也會對藻類的呼吸作用產(chǎn)生影響，妨礙藻細胞進行光合作用。

4.2 多肽

Seong-Yun Jeong等[11]提取芽孢桿菌SY-1分泌的胞外活性物質(zhì)，再通過二維NMR技術(shù)進行分析，最后鑒定為一種多肽，該物質(zhì)對環(huán)旋溝藻有顯著的溶藻效果。而Imamura[12]分離出一株鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas sp.），該菌株通過分泌一種五肽（C32H62N12O8）來溶解微囊藻細胞，它在12 ng/mL和100 ng/ mL時對綠色微囊藻和銅綠微囊藻具有很強的溶藻活力。

4.3 蛋白質(zhì)

盧露[13]等從廣州流花湖分離獲得一株腸桿菌屬，該菌株是通過分泌胞外活性而間接溶藻。三維熒光光譜表明，活性物質(zhì)為類腐殖酸、類富里酸和類蛋白類物質(zhì)，在該活性物質(zhì)作用下，藻細胞膜脂過氧化損傷嚴重，SOD、CAT、APX活性先上升后下降。而Lee等[14]分離得到的細菌A28是一株假交替單胞菌，能抑制骨條藻的生長，其上清液經(jīng)過10000 MW超濾、加熱、離子交換層析和制備凝膠電泳等技術(shù)方法獲得均一的蛋白酶，分子量為50 KDa，并經(jīng)鑒定是一種胞外絲氨酸蛋白酶。

4.4 氨基酸

Zhao等[15]從B1芽孢桿菌胞外活性物質(zhì)中分離得到四種氨基酸：鄰酪氨酸、尿氨酸、N-乙酰組胺酸和L-組氨酸，這四種氨基酸對中肋骨條藻、東海原甲藻、球形棕囊藻、赤潮異彎藻等具有很強的溶藻活性。K.Yoshikawa等[16]從日本西南的海域水樣中分離出一株弧菌C-979，其菌株胞外活性物質(zhì)經(jīng)質(zhì)譜、紅外光譜及核磁共振光譜（NMR）等鑒定分析，確定這種活性物質(zhì)為親水性的B-氰基-L-丙氨酸。

4.5 生物堿

Kodani[17]等從假單胞菌（Pseudomonas sp K 44-1）分泌的胞外活性物質(zhì)中提取出胞外活性物質(zhì)，經(jīng)紫外、核磁共振等手段鑒定為哈爾滿堿（Harmane），該物質(zhì)能夠特異性殺死多種藍藻。Nodularia harveyana 和 Nostoc insulare可分泌出溶藻活性物質(zhì)生物堿9H-吡啶（3，4-b）吲哚和4，4’-二羥基聯(lián)苯，能有效溶解螺旋藻 Laxissima細胞[18]。

4.6 含氮化合物

Paul等[19]分離獲得的一株溶藻細菌硝化細菌—節(jié)桿菌（Arthrobacter sp.），該細菌通過氧化胺或其它還原性的含氮化合物時釋放羥胺對小球藻起抑制作用。

5 總結(jié)

近年來，國內(nèi)外對溶藻細菌、溶藻方式、胞外活性物質(zhì)等研究更加深入，但在試驗階段能起到很好的溶藻效果，可在實際應(yīng)用中卻效果欠佳。為推動溶藻細菌在實際工程中的應(yīng)用特此提出幾點建議：（1）力爭通過誘變篩選、高通量篩選等技術(shù)獲得效果高、環(huán)境耐受力更強的菌種；（2）增強菌株發(fā)酵產(chǎn)能，充分利用發(fā)酵工程技術(shù)，提高發(fā)酵過程微生物量及活性物質(zhì)的含量；（3）利用固定化技術(shù)來提高菌種的濃度，提升菌種在環(huán)境中的抗沖擊能力。