科大团队发现蓝藻“天敌”寻找治藻新思路

  微囊藻

冷冻电镜下的噬藻体

冷冻电镜下的噬藻体

据江淮晨报报道每年夏季,巢湖蓝藻会进入快速生长期,当前,合肥全面打响巢湖蓝藻防控攻坚战。

 巢湖蓝藻有何特性?为何如此难治理?它是一种什么样的存在?在自然界中有没有“天敌”?带着这些问题,记者专访了中国科大生命科学学院教授、博士生导师周丛照,“解密”巢湖蓝藻。

周丛照长期从事蓝藻研究,现主要研究方向为蓝藻水华的形成机制和干预策略。通过多年的研究取得新突破,寻找到了巢湖蓝藻水华的天敌——“噬藻体”,它可以“吃掉”蓝藻。

这一成果给蓝藻治理提供了一种全新思路和途径。下一步,科研人员将加速推动蓝藻研究从基础性研究走向实际应用,让科研成果更快“走出”实验室。

 湖水发臭“真凶”“微囊藻”在疯狂生长和腐烂

7、8月份,气温升高,巢湖的局部水面会出现一层油漆状的绿色,散发着一阵阵刺激性的味道,这是人们俗称的“蓝藻”。

多年来从事蓝藻研究的周丛照向记者介绍,蓝藻有着极强的生命力,大约产生在25亿—35亿年前,是最古老的自养生物之一。

“在漫长的进化过程中,蓝藻获得了极强的生存力和适应力。它只需要有营养元素就可以生存繁殖,不像其他生物的生存需要依赖于食物链。”周丛照说。

“蓝藻”是一个统称,已知种类就有3000多种。其中,在巢湖,夏天以“微囊藻”为主,秋冬季又转变为“鱼腥藻”为主。

“这两种藻在巢湖共生,有着不同的形态,微囊藻是一种单细胞,鱼腥藻是多细胞形态,呈现链状,这两种藻类占到巢湖蓝藻的90%以上。”周丛照介绍,当前巢湖水面局部增多的蓝藻其实主要就是“微囊藻”,这种单细胞微生物在气温升高时能疯狂生长,并分泌出胶状物质,类似糖浆一样,将一个个细胞粘在一起,聚集成大至肉眼可见的群体,所以人们看到的蓝藻呈现出粘液状。

“上千个微囊藻聚集成胶被包裹的藻团后,一般的鱼虾无法吃掉它们,它们还能对外分泌出毒素,加上它们自身腐烂,就形成了一股难闻的腥臭味,对水质和鱼虾生存也带来破坏性的影响。”周丛照说。

研究新突破找到了蓝藻水华的“天敌”

找到了蓝藻水华的“真凶”,有没有抑制水华的“武器”?这也是周丛照科研团队多年来一直在寻找和探索的答案。

8月10日,记者走进中国科大生命科学学院的结构生物化学实验室。在一间低温实验室,摆放着一桶桶的水样。为了研究蓝藻,研究人员会定期到各个河流的入湖口收集样本,南淝河、十五里河、派河、兆河……一桶桶水样瓶上写着他们的足迹。

从2007年开始,周丛照带领团队从事蓝藻研究。近年来经过不断的实验,他们的科研取得了突破,寻找到了巢湖蓝藻水华的天敌——“噬藻体”。“通俗来讲,噬藻体是一种病毒,它的本事是能够‘吃掉’蓝藻。”周丛照说,噬藻体是一种DNA病毒,本身就是存在于自然界,宿主就是蓝藻,理论上不会对其他生物产生影响。如果找到微囊藻的噬藻体,那么就能有效干预巢湖蓝藻水华的发生。

可在实际运用中,科研人员发现蓝藻很“狡猾、善变”,想治理它还存在许多亟待解决的难题。

“目前,我们在实验室已经分离出了15株噬藻体,其中针对巢湖微囊藻的噬藻体有四五株,但噬藻体的特异性很强,一种噬藻体只吃某种特定的微囊藻。”周丛照说,蓝藻的生命力极强,适应性极强,仅微囊藻就可以在环境因素的诱导下突变成“无穷种”。

 实验成效在实验室实现“绿水”变透明

离大面积实际应用还有距离

尽管还面临着许多现实问题需要解决,但“噬藻体的组装机制”这一科研发现,是在研究蓝藻“克星”方面取得的重大进展,该研究成果已于2019年在线发表于《Structure》杂志。

这一成果,让周丛照萌生了一个治理巢湖蓝藻的全新思路:蓝藻突变需要一定时间,虽然在巢湖全流域的湖面上进行控制有现实难度,但在局部水域有操作的可能性。

“蓝藻很善变,但在一个局部水域环境中,只会形成以一种藻类为主的格局,并排挤掉其他藻类的生存空间,就像狮群中只有一个狮王一样。”周丛照说,在局部水域环境中藻种基本稳定,如果有针对性地投放与之相应的、大量的噬藻体,就可以将这一区域的蓝藻在一定时期内“杀死”。周丛照说,这是他们正在研究的重点方向,目前从实验室的效果来看,成效还是很明显。

“我们实验发现,当噬藻体放入实验瓶,三四个小时后,瓶里的蓝藻就消失了,原先绿油油的水变得透明。”周丛照说。不过,周丛照也坦言,目前他们以基础研究为主,对噬藻体的研究还停留在实验室阶段,距离大面积的实际应用还有一段路程要走。

科研计划推动实验室成果更快走向应用

用噬藻体“吃掉”蓝藻,短时间内能局部抑制蓝藻的发生,但很快蓝藻突变,变成另外一种具有“抗性”的蓝藻,好像形成了一个“闭环”。

这一难题如何破解?

在治疗艾滋病上有一种疗法“鸡尾酒疗法”,是这一种混合药物疗法,通过多种抗病毒药物联合使用来治疗艾滋病,以减少单一用药产生的抗药性,最大限度地抑制病毒。“这一疗法或许也可以用在蓝藻治理上,我们的想法是将多种噬藻体混合在一起,从而提高抑制蓝藻的效力。”

周丛照进一步表示,他们还计划对噬藻体进行人工改造和合成,增强噬藻体广谱性地“吃掉”蓝藻的能力。同时,通过建立蓝藻的预警机制,在蓝藻爆发前期,每天对水样进行监测,分析是哪一种藻类,提前增殖大量的噬藻体。

“这是我们当前开展噬藻体研究的一个思路和方向,希望借此能推动实验室成果走向应用。”周丛照说。

 ■专家建议

多种治理蓝藻途径:控污、清淤和引种沉水植物

8月1日以来,随着气温升高,巢湖蓝藻快速生长。受东南风影响,蓝藻水华在巢湖西北湖区即滨湖新区附近湖岸线集聚。对此,合肥市已全面打响巢湖蓝藻防控攻坚战,集中优势力量开展打捞工作,最大限度减轻对周边市民生活的影响。

对于巢湖蓝藻治理,周丛照也给出几点建议:

建议一:控污

“巢湖的富营养化是每年都发生水华污染的根本原因,从根本上来说,只有去湖水的富营养化才能控制蓝藻水华的爆发。”周丛照说,“消耗巢湖现有的营养源就需要一定的时间,去富营养化是一个长期的过程。”所以说,巢湖治理是一个攻坚战、持久战,不会在短短几年内就一下子把巢湖蓝藻治理好。

建议二:清淤

蓝藻一般在夏天爆发,在冬天会沉入水底,在湖底与泥土混合,等到第二年阳光照射,温度上升之时,又迎来生长期。“清淤也会是一种有效的方法。”周丛照说,在秋末冬初时,当蓝藻沉入湖底后,如果能将淤泥清理,将泥中藻种清走,有助于减少第二年蓝藻生长。

建议三:引种沉水植物

周丛照还建议在巢湖岸边引种沉水植物,因为沉水植物在生长过程中会吸收水体中的营养物质,与蓝藻“争夺食物”。“重建生态系统是一个长期过程,在种植沉水植物之时,也要注意移除营养源。”周丛照说,在巢湖北岸有一处芦苇荡,冬天腐烂在水中,也会产生一定的营养源,“建议在冬天对芦苇进行收割,减少营养源。”

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