新鉴定细菌黄假单胞菌 EH5 (Pseudomonas fulva) 对铜绿微囊藻 (Microcystis aeruginosa) 的杀藻特性及机制

《Journal of Hazardous Materials》：Algicidal characteristics and mechanism of a newly identified bacterium Pseudomonas fulva EH5 against Microcystis aeruginosa

　　

摘要

铜绿微囊藻 (M. aeruginosa) 水华威胁着水生生态系统和饮用水安全。杀藻细菌提供了一种生态友好的控制微囊藻水华的方法，但很少有菌株能同时抑制藻类生长和减少微囊藻毒素的产生。在此，我们分离出了一种高效的杀藻细菌黄假单胞菌 EH5，并探讨了其对的抑制作用及潜在机制。菌株 EH5 主要通过分泌活性物质发挥显著的杀藻活性，在第 5 天以 4% 的接种比例达到 97.33% 的抑制率。EH5 对有害蓝细菌表现出高杀藻活性，同时对非目标藻类和斑马鱼的影响有限。EH5 并非导致细胞广泛裂解，而是对细胞内类囊体结构造成严重损害。此外，EH5 显著抑制了微囊藻毒素合成基因的表达并减少了微囊藻毒素含量。EH5 的杀藻物质推测为具有强酸碱稳定性的靶向细胞内多肽。EH5 对的杀藻作用可能主要归因于其对光合作用系统的损害。同时，EH5 诱导的轻度氧化应激可能作为协同因素加速藻类抑制。综上所述，菌株 EH5 是微囊藻水华和微囊藻毒素污染生态控制的潜在候选者。

引言

人为驱动和气候变化正在加剧全球有害蓝细菌水华（HCBs）的流行 [1]。HCBs 的爆发不仅降低水体透明度、降低溶解氧水平并产生难闻气味，还会释放大量蓝藻毒素，从而对水生生态系统和人类健康构成严重威胁 [2]。作为有害蓝细菌水华中最普遍的优势属，铜绿微囊藻 (M. aeruginosa) 是微囊藻毒素（MCs）的主要生产者 [3]。在众多已表征的同系物中，MC-LR 分布最广且毒性最高 [4]。MCs 是具有环肽结构的强效肝毒素，可导致人类肝衰竭和肝癌 [5]。因此，能够同时实现有效生物量减少和安全 MCs 缓解的藻类控制技术，对于微囊藻水华的预防和管理是急需的。

目前典型的藻类控制方法包括物理、化学和生物方法 [6]。机械清除和超声波处理等物理技术可以根本解决水华，但劳动强度大且成本高。混凝和预氧化等化学方法能迅速杀死藻类，但容易造成二次污染。此外，物理和化学策略都可能导致藻细胞无差别裂解和微囊藻毒素的大量突然释放，引发严重的生态风险。相比之下，生物藻类控制因其环境兼容性、长期疗效和稳定性而受到广泛关注。具体而言，基于细菌的藻类抑制通常表现出物种特异性和目标选择性 [7]，赋予其巨大的实际应用潜力。

目前，研究人员分离出了多种多样的杀蓝藻细菌，其中大多数属于变形菌门，假单胞菌属 spp.、希瓦氏菌属 spp. 和 交替单胞菌属 spp. 极具代表性 [8]。此外，厚壁菌门的芽孢杆菌属 spp. 和放线菌门的链霉菌属 spp. 也经常作为有效的杀蓝藻细菌被报道 [7]。杀藻细菌通过直接接触导致细胞裂解或分泌杀藻物质进行间接抑制来抑制藻类，后一种策略更为常见 [9]。已鉴定的细菌杀藻物质包括生物碱、蛋白酶、多肽和多糖 [10]。假单胞菌属 spp. 在环境中分类学多样，可通过分泌生物活性物质抑制蓝细菌 [7]，[11]，[12]，是蓝细菌控制中杀藻细菌和化合物的重要来源。

细菌杀藻物质主要通过直接裂解细胞或靶向不破坏细胞膜的细胞内过程发挥作用 [8]。研究揭示，杀藻物质可以靶向细胞内蛋白质、酶、核酸和其他生物分子，诱导光合作用抑制、活性氧（ROS）过量产生和细胞周期紊乱，最终导致藻细胞死亡 [8]。细菌靶向细胞内杀藻物质既具有物种特异性又具有非裂解特性，使其成为开发安全抑制微囊藻水华的候选者的理想选择 [13]。然而，目前关于细菌靶向细胞内杀藻化合物及其抑制机制的报道仍然有限。

在此，本研究调查了新分离自洱海的黄假单胞菌 EH5 (P. fulva EH5) 对的杀藻作用及机制。据我们所知，这是首次报道P. fulva的杀藻活性。值得注意的是，菌株 EH5 抑制藻类生长和微囊藻毒素合成，而未导致藻细胞广泛裂解。本研究预计将为微囊藻水华和微囊藻毒素污染的生态控制提供科学基础。

章节摘要

藻类和细菌培养

M. aeruginosa (FACHB-905), 微囊藻属 sp. (FACHB-915), 念珠藻属 sp. (FACHB-596), 拉比氏鱼腥藻 (R. raciborskii, FACHB-1503), 鱼腥藻属 sp. (FACHB-82), 小环藻 (C. meneghiniana, FACHB-2828) 和 小球藻 (C. vulgaris, FACHB-2338) 均获得自中国科学院水生生物研究所淡水藻类保藏中心。盖氏多甲藻 (P. gatunense) 由中国环境科学研究...慷慨提供

菌株 EH5 显著抑制铜绿微囊藻的生长

在本研究中，从洱海水样中分离出几株纯菌株。菌株 EH5 (图 1a–b) 对表现出高杀藻活性 (图 1c)，在第 5 天的抑制率为 97.33% (图 1g)。在固体培养基上培养 2 天后，菌株 EH5 形成淡黄色、圆形、边缘整齐且表面湿润光滑的菌落 (图 1a)。SEM 显示 EH5 细胞呈短杆状，平均大小约为 0.5 × 2.2 μm (图 1b)。这些

结论

P. fulva EH5 主要通过分泌杀藻物质对表现出强效杀藻活性。这些物质推测为不引起藻细胞广泛裂解的靶向细胞内多肽。菌株 EH5 有效抑制了多种形成水华的蓝细菌，同时对非目标藻类和斑马鱼的影响有限。此外，EH5 处理显著下调了微囊藻毒素合成基因的表达并减少

环境意义

由铜绿微囊藻主导的有害蓝细菌水华对水生生态系统和饮用水安全构成严重威胁，急需生态友好的预防和防控策略。黄假单胞菌 EH5 通过分泌靶向细胞内杀藻物质对铜绿微囊藻表现出强效抑制作用，同时对非目标藻类和斑马鱼的影响有限。此外，菌株 EH5 显著抑制了微囊藻毒素合成，且没有

CRediT 作者贡献声明

向荣：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿，可视化，验证，软件，资源，方法学，形式分析，数据管理，概念化。贾同鹏：写作 – 原稿，可视化，方法学，形式分析，数据管理，概念化。张格琦：写作 – 原稿，验证，形式分析，数据管理。孙雪：写作 – 原稿，资源，方法学，概念化。许年军：写作 – 审阅与编辑，

竞争利益声明

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致谢

本研究得到了生态环境部饮用水水源保护重点实验室开放研究基金（中国环境科学研究院，编号 2024YYSYKFZD03）的资助。

向荣|贾同鹏|张格琦|孙雪|许年军|郑冰辉

教育部水产生物技术重点实验室，宁波大学海洋科学学院，中国 宁波 315211