结果


温度和沉积层对凯发在线客户端下载网址中不同种类微囊藻菌落存活的影响


微电极分析表明，含有微囊藻菌落的表层为需氧层，深层为厌氧层（支持材料中的图S1）。


微囊藻菌落在不同沉积条件下的存活能力如图2所示。通过三因素重复方差分析，分析了温度、微囊藻种类和沉积层对微囊藻菌落存活的影响。温度是显着影响底栖微囊藻菌落存活的唯一因素（P<0.001，表1）。具体而言，25°C的温度对长期存活不利，如相应的事后测试所示。此外，存在显着的温度-层相互作用（P=0.003），表明层间差异取决于所讨论的温度，反之亦然。三次重复的单因素方差分析显示，在15°C（P=0.007）和25°C（P<0.001）时，凯发在线客户端下载网址深层微囊藻菌落的存活率显着大于表层微囊藻菌落的存活率，而在5°C时，微囊藻菌落的存活率无显着差异（P=0.260）。在5°C时，卫森伯格支原体的存活率显着高于铜绿支原体（P=0.018）。然而，在15°C和25°C时，卫森伯格支原体和铜绿支原体的存活率没有统计学差异（分别为P=0.740和0.981）。



图2不同温度下凯发在线客户端下载网址表层和深层微囊藻菌落的存活率，表示为存活百分比：5℃下铜绿微囊藻a、5℃下魏森伯格微囊藻b、5℃下微囊藻C、15℃下铜绿微囊藻d、15℃下魏森伯格微囊藻e、15℃下微囊藻f、25℃下铜绿微囊藻g，h M.wesenbergii在25°C下，i.微囊藻在25°C下。根据凯发手机官网的实验前结果，针对不同的温度设置了不同的采样间隔


如表1所示，时间的处理内效应以及时间与三个因素（温度、微囊藻种类和层数）之间的关系都是显着的，表明凯发在线客户端下载网址中存活微囊藻细胞的密度随时间而变化。此外，变化模式因微囊藻种类、温度和沉积层而异。因此，通过单因素重复方差分析和Tukey事后检验，分别研究了不同沉积条件下不同微囊藻群的变化规律。


表1重复测量了14周内温度（5、15和25°C）和沉积层（表层和深层）对不同种类微囊藻菌落（铜绿假单胞菌、魏森伯格微囊藻和这两种微囊藻的1:1混合物）存活率影响的方差分析


在5°C温度下，凯发在线客户端下载网址表层和深层中存活的铜绿假单胞菌的丰度在前18周内没有显着变化，仅在第22周下降（分别为P=0.048和0.044）。在整个实验过程中，表层魏森伯格支原体和微囊藻的丰度没有显着差异（分别P=0.134和0.191）。在深层，在整个实验过程中，细胞数量具有可比性，但卫森伯格支原体在第18周（P=0.020）和混合微囊藻菌落在第10周（P=0.003）除外。当比较初始（第0周）和最终（第22周）细胞密度时，仅发现表层中的铜绿假单胞菌存在显着差异。


在15°C下，在初始滞后期后，表层微囊藻丰度的减少变得相当迅速，此后从第12周到试验期结束，存活率稳定在约25%。铜绿微囊藻的滞后期为4周（第4周与第6周的P值为0.015），而威森伯格微囊藻的滞后期为2周（第4周与第6周的P值为0.013）。在深层，所有三个系列的微囊藻菌落在前8周保持稳定，仅在第8周至第12周（铜绿假单胞菌）或第14周（维森贝格氏微囊藻菌落和混合微囊藻菌落）出现明显损失。随后，未发现显着下降，试验结束时，所有三个系列的微囊藻的存活率均保持在50%以上（铜绿假单胞菌为64.58%，韦森贝基微囊藻为59.22%，混合微囊藻菌落为50.80%）。


在25°C下，所有三个微囊藻系列的动力学表现出相似的趋势。经过2周的滞后期后，表层微囊藻的存活率降至接近零，直到第12周。在深层，5周的滞后期显着延长。铜绿假单胞菌和混合微囊藻菌落的存活率在第14周降至接近零，而卫森伯格假单胞菌的存活率在第12周降至接近零。


底栖微囊藻群体中微囊藻毒素总含量和微囊藻毒素配额的动态


计算并比较了凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落的总MC含量。MCLR和MC-RR的浓度在所有条件下均表现出良好的相关性（皮尔逊相关性，N=192，R=0.980，P<0.001）（图3）。因此，在本研究中，凯发手机官网没有将它们分开，而是将它们统称为BMC^。凯发手机官网比较了三组微囊藻菌落的存活率：毒性铜绿假单胞菌、无毒魏森伯格微囊藻菌落和两种微囊藻的1:1混合物（表示为微囊藻属）。仅分析了铜绿假单胞菌和微囊藻组的MC含量。MC含量的动态表现在两个层面：表层或深层凯发在线客户端下载网址中所有存活微囊藻菌落的MC总含量和MC配额，其计算方法为总MC含量除以细胞计数的商。微囊藻群的MC配额可能受到铜绿假单胞菌和威森伯格假单胞菌丰度比的影响。因此，仅使用铜绿假单胞菌的MC配额来反映每个细胞间MC含量的变化（图4）。

图3 5°C下铜绿假单胞菌a和微囊藻PP凯发在线客户端下载网址表层和深层微囊藻菌落中MC-RR总含量的动态。在5°C下，铜绿假单胞菌在15°C下，d微囊藻PP。在15°C下，铜绿假单胞菌在25°C下，微囊藻属在25°C下。根据凯发手机官网的实验前结果，针对不同的温度设置了不同的采样间隔

图4 5°C（a）、15°C（b）和25°C（C）条件下凯发在线客户端下载网址表层和深层中铜绿假单胞菌的微囊藻毒素配额。根据凯发手机官网的实验前结果，针对不同的温度设置了不同的采样间隔


温度和沉积层显着影响凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落的总MC含量（表2）。在较低温度下，微囊藻菌落的总MC含量在深层显着较高。此外，存在显着的温度-层相互作用（P=0.003），表明层间差异因温度而异。


表2重复测量温度（5、15和25°C）和沉积层（表层和深层）对微囊藻菌落（铜绿假单胞菌、1:1的铜绿假单胞菌和韦森伯格假单胞菌混合物）MC-RR总含量影响的方差分析

在不同温度下分别进行单向重复方差分析和Tukey的事后检验。在5°C下，整个试验期间，铜绿微囊藻和混合微囊藻菌落中的MC总含量没有显着差异（表层铜绿微囊藻，P=0.062；表层微囊藻属，P=0.065；深层铜绿微囊藻，P=0.137；深层微囊藻属，P=0.087）。通过两两比较，第22周表层菌落的总MC含量显着低于其他采样日期。在15°C和25°C时，铜绿假单胞菌中的总MC含量在实验期间显着下降（P<0.05）。在15°C的深层，铜绿假单胞菌和微囊藻菌落的总MC含量在前8周保持稳定（铜绿假单胞菌，P=0.167；微囊藻，P=0.088），并从第10周到实验结束显着下降。在15°C的表层中，MC的总含量在第二周或第四周开始显着降低，在其余的实验期间，这种降低趋势持续。在25°C时，铜绿假单胞菌和微囊藻菌落的总MC浓度在前5周迅速下降，随后在表层和深层均保持较低水平。表层铜绿假单胞菌细胞中MC浓度显着低于深层铜绿假单胞菌（P<0.001）。


温度和沉积层显着影响绿脓杆菌的MC配额（P<0.001，表3）。在较高温度（25°C）和表层，铜绿假单胞菌的微囊藻毒素配额显着降低。时间的内处理效应，以及时间与温度和层之间的关系都是显着的。


表3重复测量了14周内温度（5、15和25°C）和沉积层（表层和深层）对铜绿假单胞菌微囊藻毒素配额影响的方差分析


对每个温度进行单因素方差分析和Tukey的事后检验。与三因素方差分析的统计结果不同，根据单因素方差分析（5°C，P=0.062；15°C，P=0.449；和25°C，P=0.371），两层凯发在线客户端下载网址中铜绿假单胞菌的MC配额之间未发现显着差异。在5°C时，第一周铜绿假单胞菌的MC配额与第6、第10和第22周的MC配额相当，但显着低于或高于第2、第14和第18周的MC配额。在15°C时，只有第2周和第14周的MC配额与初始值显着不同。在5°C和15°C下采集的样品中，铜绿假单胞菌的MC配额没有显着差异。虽然在一些采样日期存在波动，但微囊藻毒素配额在5°C和15°C下在表层和深层凯发在线客户端下载网址中基本稳定。在25°C下，任何采样日期的MC配额都明显低于实验开始时。


凯发在线客户端下载网址中微囊藻群体光合活性的动态


使用三因素重复方差分析测试分析温度、微囊藻种类和层数对微囊藻菌落Fv/Fm的影响（图5）。温度和沉积层显着影响底栖微囊藻菌落的Fv/Fm（P<0.01，表4）。在所有沉积条件下，微囊藻的Fv/Fm逐渐降低，在较高温度（P<0.001）和表层（P=0.002）下，Fv/Fm的下降百分比增加。毒性铜绿假单胞菌和无毒韦森伯格假单胞菌的Fv/Fm无显着差异（P=0.320）。


图5不同温度下凯发在线客户端下载网址表层和深层微囊藻的有效量子产率（单位：PSII（Fv/Fm））。铜绿假单胞菌在5°C时，铜绿假单胞菌在5°C时，铜绿假单胞菌在5°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在25°C时，铜绿假单胞菌在25°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在15°C时，铜绿假单胞菌在25°C时，铜绿假单胞菌在25°C时，铜绿假单胞菌在25°C时，铜，根据凯发手机官网的预实验结果


表4重复测量了14周内温度（5、15和25°C）和沉积层（表层和深层）对绿脓杆菌光合活性影响的方差分析


治疗时间内的疗效显着。微囊藻菌落的丰度开始下降之前有一段滞后期。然而，在整个实验过程中，Fv/Fm值显着降低。时间与三个因素（温度、微囊藻种类和层）之间的关系显着，表明下降速度受微囊藻种类、温度和沉积层的影响。


讨论


在这项研究中，凯发手机官网考察了在受控实验室条件下，考虑温度和氧气的影响，底栖微囊藻菌落的存活能力。凯发手机官网不打算在不同温度下模拟底栖微囊藻群落的整个寿命，因为浅水湖泊中凯发在线客户端下载网址的温度是周期性的，并随季节变化。相反，凯发手机官网采用了为期4-6个月的模拟试验来评估底泥中微囊藻菌落的存活能力。


在5°C条件下，表层和深层凯发在线客户端下载网址中的微囊藻菌落丰度在实验结束时（第22周）没有显着减少，表层中的铜绿假单胞菌除外。在15°C和25°C时，凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落的丰度在初始滞后期后迅速下降，随后存活率稳定下来，直到实验结束。物流模型（方程式1）大致符合凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落在15°C和25°C下存活百分比的动态：


其中t、y、t0和p分别代表采样时间、凯发在线客户端下载网址中微囊藻的存活百分比、中心时间和功率。A1和A2代表存活率稳定的初始值和最终值。通过对模型进行一阶导数，得到了变化过程的开始时间和结束时间，分别用t1和t2表示。也就是说，微囊藻细胞的存活率在t1的初始滞后期后开始下降，此后存活率从t2到试验期结束稳定在A2（表5）。


表5根据逻辑模型计算的15或25°C条件下不同凯发在线客户端下载网址层中微囊藻菌落的存活百分比


较大的初始延迟时间（t1）和最终存活率（A2）可以反映较高的存活率。由于在5°C下22周的实验过程中几乎没有发现任何显着的下降，t1和A2可分别被视为22周和100%。通过比较不同条件下微囊藻菌落的t1和A2，凯发手机官网得出以下结论：（1）低温有利于微囊藻菌落在凯发在线客户端下载网址中更长的存活时间，（2）铜绿假单胞菌的最终存活百分比（表5中的A2）在15℃和25℃时高于卫森伯格微囊藻，深层微囊藻的存活率显着高于表层微囊藻。微囊藻菌落的存活能力可与植物种子的存活能力相比较，植物种子埋在土壤中时，可作为下一季萌发的种子库；硬壳种子可以在土壤中存活数十年，同时在适当条件下保持发芽能力。因此，沉积微囊藻菌落也可以被认为是一种种子库；在野外条件下，微囊藻形成由数十个、数百个或数千个细胞组成的菌落，细胞被厚厚的鞘覆盖。就像种子的外壳一样，微囊藻菌落的鞘可以保护微囊藻细胞免受不利的底栖条件的影响。低温和厌氧条件促进了种子和底栖微囊藻群体的长期存活（Andrade，2001年）。


温度是影响凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落存活的最重要因素。在5°C温度下22周的实验过程中，微囊藻数量几乎没有显着减少，而在25°C温度下，超过90%的底栖生物种群在3个月内消失。这些结果与现场调查结果一致。例如，微囊藻菌落可以在格兰根特湖（法国）的凯发在线客户端下载网址中存活长达6年，那里的温度总是低于10℃（Misson等人，2012a）。在德国Quitzdorf水库的另一个湖泊的凯发在线客户端下载网址中，当温度在再侵入阶段持续高于12°C时，65%到85%的底栖微囊藻群落死亡（Ihle等人，2005年）。本研究定量揭示了凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落的存活情况。根据凯发手机官网的研究结果和亚热带浅水湖泊温度的实际季节变化，大多数底栖微囊藻群落能够成功越冬，因此有可能在第二年春天接种水柱，但它们不能在亚热带浅水湖泊的凯发在线客户端下载网址中积累多年。


氧气水平是决定底栖微囊藻菌落存活的另一个因素。微囊藻菌落在好氧表层凯发在线客户端下载网址中的存活率显着低于厌氧深层凯发在线客户端下载网址。如表1所示，在15°C下放置17周后，上层凯发在线客户端下载网址中微囊藻菌落的丰度下降，存活率低于20%，而深层凯发在线客户端下载网址中的种群减少率低于50%。其他研究人员也报告说，凯发在线客户端下载网址表层中有更高比例的微囊藻菌落消失（Brunberg和Blomqvist，2002年；Ihle等人，2005年），这可能是再侵入和细胞溶解的结果。其他蓝藻，如圆柱状振荡藻，也对氧敏感，在还原条件下比有氧条件下存活更长（Richardson和Castenholz 1987）。


毒性铜绿假单胞菌和无毒维森伯格假单胞菌具有相似的存活能力，尽管铜绿假单胞菌在15°C和25°C下的最终存活效率（表5中的A2）高于维森伯格假单胞菌。一些研究人员发现，MCs可能参与了底栖微囊藻的存活机制。因此，有毒微囊藻菌落可能比无毒菌落更容易越冬（Ihle等人，2005年；Misson等人，2012a）。然而，在凯发手机官网的研究中，毒性铜绿假单胞菌和无毒维森伯格假单胞菌的存活率没有显着差异。覆盖鞘的厚度可能是影响微囊藻生存能力的关键因素。在凯发在线客户端下载网址中，有鞘光养生物比无鞘光养生物寿命更长（J?rgensen等人，1988年）。铜绿假单胞菌的鞘比维森伯格假单胞菌的鞘薄得多。因此，有毒铜绿假单胞菌中的MC可能有利于其长期存活。然而，这一优势可能被铜绿假单胞菌较薄的鞘层所抵消。在另一项研究中，在沉淀物中埋藏6年和33年的底栖微囊藻种群之间，未发现有毒和无毒细胞比例的显着差异（Rinta Kanto等人，2009年）。需要进一步的研究来揭示细胞内MC在底栖微囊藻菌落存活中的生理作用。


在5℃和15℃下，微囊藻细胞中的MC含量在实验期间基本保持稳定。因此，可以推断，在黑暗条件下，凯发在线客户端下载网址中不会产生MCs。此外，底栖微囊藻保存的MCs没有作为碳源消耗或释放到周围环境中。然而，在25°C时，微囊藻细胞的MC配额显着降低。在此温度下，微囊藻细胞的光合活性显着降低。微囊藻细胞膜也可能受损，细胞间MC可能从细胞中释放，导致MC配额下降。Wu等人（2015年）还发现，新鲜蓝藻样本中的细胞内MC在细胞破裂之前不会迅速减少。对于野生样本，微囊藻种群包括有毒和无毒两种形式。因此，现场样本中MC配额的波动可能主要取决于有毒和无毒细胞的相对比例，而不是有毒细胞的细胞内MC含量水平。在凯发手机官网的研究中，定量测定了群体微囊藻菌株纯培养物中细胞内MC的动态，从而消除了群落组成的任何潜在影响，并提供了更具针对性的结果。底栖微囊藻群体的光合活性逐渐下降，在较高温度下下降幅度较大。凯发手机官网的研究结果和其他研究结果表明，在没有光照的情况下，凯发在线客户端下载网址中PSII的光化学效率逐渐降低（Sch?ne等人，2010）。当温度低于15°C时，毒性细胞和无毒细胞的存活率没有显着差异，细胞内含量稳定。因此，在越冬和再入侵期间，底栖微囊藻种群的毒性没有显着变化。


结论


在这项研究中，凯发手机官网系统地研究了微囊藻菌落在表层和深层凯发在线客户端下载网址中，在不同季节对应的不同温度下的存活能力。低温和厌氧条件促进了底栖微囊藻菌落的长期存活。毒性铜绿假单胞菌和无毒魏森伯格假单胞菌表现出相似的存活能力，在实验期间，底栖微囊藻细胞的MC含量在5℃和15℃下保持稳定。因此，在越冬和再入侵期间，底栖微囊藻种群的毒性没有显着变化。凯发手机官网的研究表明，大多数底栖微囊藻群体能够成功越冬，微囊藻毒素得以保存，光合活性得以维持，显着增加了水华形成的风险。因此，需要采取疏浚或覆盖凯发在线客户端下载网址等人工措施，以避免凯发在线客户端下载网址中累积微囊藻菌落的不利影响。在夏季，当亚热带浅水湖泊的温度较高（例如25°C）时，底栖生物种群的存活率在3个月内降至接近零。因此，底栖微囊藻种群不能在亚热带浅水湖泊的凯发在线客户端下载网址中积累多年。


致谢


中国国家自然科学基金（31270509和31370504）、中国水污染防治与治理重大科学技术计划（2013ZX07102005）、国家淡水生态与生物技术国家重点实验室（2016FB10）等国家科学基金资助项目（41561144008和）。作者感谢有害藻类团队的所有成员，特别是中国科学院水生生物研究所的李仁辉教授，感谢他们对微囊藻菌株的纯培养和仪器的帮助。凯发手机官网还要对袁晓博士（中国科学院水生生物研究所分析测试中心）的仪器支持表示最深切的感谢。