研究亮点
• 铵态氮比硝态氮更易促进氮限制蓝藻的初始生长。
• 硝态氮供应的蓝藻可获得更高的细胞密度和微囊藻毒素。
• 过量的铵氮供应会引起光系统II的损伤。
• 光合环式电子流和CO2浓缩机制在细胞内过剩光能的耗散中起重要作用。
• 鸟氨酸-尿素循环促进了细胞的氮储存。
研究背景
过量的氮磷输入是造成目前全球地表水体有害藻华爆发的根本原因。过去几十年来，人们已在TN和TP的浓度及二者比例对藻华形成的影响上开展了广泛的研究。包括中国在内的许多国家都投入巨资，通过底泥疏浚、控源节流等工程或生态措施来控制和削减水体中的氮磷营养物，虽取得了一定效果，但仍不能控制水华爆发。近年来研究发现，营养物的不同化学形式在藻华形成上存在差异影响，但蓝藻对不同营养物的光合生理响应及分子响应并不十分清楚。特别是，对于那些处于中营养或贫营养的湖泊，保护它们不受藻华侵袭，刻不容缓。因此，只有明确蓝藻对不同形式营养物的响应机制，才能对湖泊进行精准、有效地的营养输入控制。
蓝藻作为光合生物，光合作用是其一切生命活动的能量源泉，而光合作用又与氮代谢过程相互偶联，密不可分。因此，本研究着重关注了氮限制蓝藻对不同氮素形式的响应，并从光合作用与氮同化的关系及分子调控机制方面进行了深入研究，揭示了其响应机理（图1）。研究的藻株为FACHB-905，来源于国家水生生物种质资源库淡水藻种库。
图1 不同氮素形式下铜绿微囊藻的调控策略
研究结果
与硝态氮相比，铵氮能更好地促进氮限制铜绿微囊藻的初始生长。然而，过量的铵氮供应下，细胞由于吸收的光能在胞内累积导致其光合作用和生长显著下降。反观，充足的硝态氮供应下，藻的细胞密度和微囊藻毒素的产量均显著较高。利用比较转录组分析手段，发现硝态氮下参与精氨酸合成、鸟氨酸-尿素循环和光合作用的基因被上调去增加细胞内的氮储存和细胞生长，而铵氮下围绕PSI的环式电子流和CO2浓缩机制被上调去耗散细胞吸收的过剩能量，保护细胞免受损伤（图2）。
图2铜绿微囊藻的光合氮代谢调控网络
研究团队
第一作者：杨小龙博士，校聘副教授，南通大学生命科学学院。研究方向为蓝藻的光合氮同化及其调控机制、氮转换菌群的除氮过程等，主持江苏省“双创博士”高校创新类项目、南通市科技计划项目、复旦大学“卓越博士生科研促进计划”等项目，以第一或通讯作者在Journal of Hazardous Materials、Bioresource Technology、Environmental Sciences Europe、Frontiers in Plant Science、Marine Biotechnology、微生物学报、环境科学学报等发表学术论文8篇，是Environmental Sciences Europe、Frontiers in Microbiology、浙江农业学报等期刊的审稿人。
通讯作者：王寿兵教授，博士，博士生导师，复旦大学环境科学与工程系。研究方向为生态评价与修复。主持国家水污染控制科技重大专项任务、国家重点研发项目子课题、国家自然科学基金等各类项目30余项。以第一作者/通讯作者发表论文90余篇，主编大学教材1部，授权国家发明专利6项。
本文转载自国家水生生物种质库淡水藻种库微信公众号
