Microcystis aeruginosa - Microcystis aeruginosa

Microcystis aeruginosa
Microcystis aeruginosa.jpeg
Научная классификация редактировать
Домен:Бактерии
Тип:Цианобактерии
Учебный класс:Cyanophyceae
Заказ:Chroococcales
Семья:Microcystaceae
Род:Микроцистис
Разновидность:
M. aeruginosa
Биномиальное имя
Microcystis aeruginosa
Кютцинг, 1846 г.

Microcystis aeruginosa это разновидность пресноводных цианобактерии который может формировать вредоносное цветение водорослей экономического и экологического значения. Они являются наиболее распространенными токсичными цианобактериями в эвтрофный пресная вода. Цианобактерии продуцируют нейротоксины и пептидные гепатотоксины, такие как микроцистин и цианопептолин.[1] Microcystis aeruginosa производит многочисленные конгенеры микроцистина, наиболее распространенным из которых является микроцистин-LR.[2]. Цветение Microcystis было зарегистрировано как минимум в 108 странах, а образование микроцистина отмечено как минимум в 79 странах.[3].

Характеристики

NOAA Изображение крупного цветения цианобактерий на MERIS подтверждено как M. aeruginosa[4]
Вспышка Microcystis aeruginosa на Озеро Альберт в Wagga Wagga, Австралия

Как следует из этимологического происхождения, Микроцистис характеризуется мелкими ячейками (всего несколько микрометры диаметр), в которых отсутствуют отдельные ножны.[5]

Клетки обычно организованы в колонии (большие колонии, которые можно увидеть невооруженным глазом), которые начинаются в сферической форме, но теряют свою когерентность и со временем становятся перфорированными или неправильной формы в культуре. Последние данные свидетельствуют о том, что движущими силами образования колоний является перемешивание возмущения и водяного столба[6].

В протопласт светло-сине-зеленого цвета, который выглядит темным или коричневым из-за оптических эффектов газонаполненного пузырьки; это может быть полезно в качестве отличительной характеристики при использовании света микроскопия. Эти пузырьки обеспечивают плавучесть, необходимую для M. aeruginosa оставаться на уровне в пределах столб воды при котором они могут получить оптимальный уровень света и углекислого газа для быстрого роста.

Экология

M. aeruginosa благоприятствуют теплые температуры[7], но токсичность и максимальная скорость роста не полностью связаны[8], так как цианобактерии имеют самые высокие лабораторные скорости роста при 32 ° C, а токсичность наиболее высока при 20 ° C, что снижает токсичность при повышении температуры выше 28 ° C. Установлено, что рост ограничен ниже 15 ° C.

Водное растение Myriophyllum spicatum производит эллагический, галльский, и пирогалловые кислоты и (+) -катехин, аллелопатические полифенолы, подавляющие рост M. aeruginosa.[9]

Токсины

Смотрите также: Цианотоксин

M. aeruginosa может производить как нейротоксины (липополисахариды -LPS)[10] и гепатотоксины (микроцистины ).

Экономическое значение

Потому что M. aeruginosaПроизводство токсина микроцистина при правильных условиях окружающей среды, оно может быть источником загрязнение питьевой воды.[11] Меры по снижению качества воды в виде установок для фильтрации воды могут привести к увеличению экономических затрат, а также к ущербу для местного туризма, вызванному закрытием озер или других водных путей.[12] В последние годы в Китае произошли серьезные инциденты.[13] и США / Канада[14][15][16]

M. aeruginosa является предметом исследования естественного производства бутилированный гидрокситолуол (BHT),[17] антиоксидант, пищевая добавка и промышленный химикат.

Экологическое значение

В 2009 году беспрецедентная смертность млекопитающих в южной части Национальный парк Крюгера привело к расследованию, в котором M. aeruginosa. Среди погибших животных были травоядные и браузеры, которые предпочитали пить с подветренной стороны двух плотин, естественной точки накопления для дрейфа. Микроцистис цветет. Млекопитающие, такие как слоны и буйволы, которые обычно заходят в воду перед питьем, не пострадали, как и местные крокодилы. Источник питательных веществ, поддерживающий Микроцистис рост был сужен до навоза и мочи, выводимых в воду большой постоянной популяцией бегемотов, не затронутой цветением. Непосредственная проблема была решена прорывом стен дамбы и сливом воды. M. aeruginosa - самый распространенный род цианобактерий в Южной Африке, может быть токсичным или безвредным штаммом.[18] Некоторые водоемы в Южной Африке в настоящее время сильно загрязнены, в основном из-за возвратных потоков от нефункционирующих очистных сооружений, которые сбрасывают более 4 миллиардов литров неочищенных или, в лучшем случае, частично очищенных сточных вод в принимающие реки за день, причем плотина Хартебестпорт является одной из худших.[19]

Микроцистин был связан с гибелью каланов в 2010 году, находящихся под угрозой исчезновения в США.[20] Отравление, вероятно, произошло в результате поедания зараженных двустворчатых моллюсков, которых часто употребляли каланы и люди. Исследователи отметили, что такие двустворчатые моллюски в этом районе демонстрируют значительное биомагнификация (в 107 раз выше уровня воды в окружающей среде) микроцистина.[21]

Метаболизм глифосата

Цветение водорослей цианобактерий процветает при высоком содержании фосфора в сельскохозяйственных стоках. Помимо потребления фосфора, M. aeruginosa процветает на глифосате, хотя высокие концентрации могут его подавлять.[22]M. aeruginosa продемонстрировал устойчивость к глифосату в результате преселективных мутаций, и присутствие глифосата служит преимуществом для этого и других микробов, которые способны переносить его эффекты, убивая при этом менее устойчивых.[23]. Напротив, исследования в озере Эри показали, что глифосат может привести к цветению другой цианобактерии - Планктотрикс - на месте Микроцистис. [24]

Рекомендации

  1. ^ Тооминг-Клундеруд, проспект (2007). «Об эволюции кластеров генов нерибосомальной пептид синтетазы у цианобактерий». Университет Осло. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  2. ^ Харке, Мэтью Дж .; Steffen, Morgan M .; Гоблер, Кристофер Дж .; Оттен, Тимоти Дж .; Вильгельм, Стивен В .; Вуд, Сюзанна А .; Паерл, Ханс В. (2016). «Обзор глобальной экологии, геномики и биогеографии токсичных цианобактерий Microcystis spp». Вредные водоросли. 54: 4–20. Дои:10.1016 / j.hal.2015.12.007.
  3. ^ Харке, Мэтью Дж .; Steffen, Morgan M .; Гоблер, Кристофер Дж .; Оттен, Тимоти Дж .; Вильгельм, Стивен В .; Вуд, Сюзанна А .; Паерл, Ханс В. (2016). «Обзор глобальной экологии, геномики и биогеографии токсичных цианобактерий Microcystis spp». Вредные водоросли. 54: 4–20. Дои:10.1016 / j.hal.2015.12.007.
  4. ^ «Экосистемные исследования и вредоносное цветение водорослей». Центр передового опыта в области Великих озер и здоровья человека. NOAA. Архивировано из оригинал 27 сентября 2011 г.. Получено 27 июн 2011.
  5. ^ «Цианобактерии: Microcystis». Диск Секки из кремнезема. Колледж Коннектикута: Диск SilicaSecchi. Архивировано из оригинал 26 марта 2008 г.. Получено 24 июн 2011.
  6. ^ Чунни, Чжун; Гуйцзюнь, Ян; Боцян Цинь; Вильгельм, Стивен У .; Ю, Лю; Лихуа, Хан; Чжэн, Руи; Хунвэй, Ян; Чжоу, Чжан (2019). «Влияние интенсивности перемешивания на размер колонии и рост Microcystis aeruginosa». Annales de Limnologie - Международный журнал лимнологии. 55: 12. Дои:10.1051 / limn / 2019011. ISSN  0003-4088.
  7. ^ Paerl, H.W .; Хейсман, Дж. (4 апреля 2008 г.). "Цветет как жарко". Наука. 320 (5872): 57–58. Дои:10.1126 / science.1155398. ISSN  0036-8075.
  8. ^ Пэн, Готао; Мартин, Робби М .; Dearth, Стивен П .; Сунь, Сяоцунь; Boyer, Gregory L .; Campagna, Shawn R .; Лин, Сиджи; Вильгельм, Стивен В. (2018-04-03). «Сезонные низкие температуры взаимодействуют с химией азота, увеличивая количество микроцистинов, продуцируемых в лабораторных культурах Microcystis aeruginosa NIES-843». Экологические науки и технологии. 52 (7): 4127–4136. Дои:10.1021 / acs.est.7b06532. ISSN  0013-936X.
  9. ^ Выделяемые Myriophyllum spicatum аллелопатические полифенолы, подавляющие рост сине-зеленых водорослей Microcystis aeruginosa. Сатоши Накай, Ютака Иноуэ, Масааки Хосоми и Акихико Мураками, «Исследования воды», том 34, выпуск 11, 1 августа 2000 г., страницы 3026–3032, Дои:10.1016 / S0043-1354 (00) 00039-7
  10. ^ Майер, Алехандро М. С .; Джонатан А. Клиффорд (май 2011 г.). «Липополисахарид Cyanobacterial Microcystis aeruginosa вызывает высвобождение супероксидного аниона, тромбоксана B2, цитокинов, хемокинов и матриксной металлопротеиназы-9 микроглией крыс». Токсикологические науки. 121 (1). Получено 25 июн 2011.
  11. ^ «Цианобактериальные токсины: Микроцистин-LR в питьевой воде». Справочный документ для разработки Руководства ВОЗ по качеству питьевой воды. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Получено 24 июн 2011.
  12. ^ Сомек, Хасим. «Отчет о клиническом случае: Цветение водорослей Microcystis aeruginosa в водоеме с питьевой водой, озеро Эгирдир, Турция» (PDF). Турецкий журнал рыболовства и водных наук. Архивировано из оригинал (PDF) 4 октября 2011 г.. Получено 27 июн 2011.
  13. ^ Цинь, Боцян; Сюй, Пэнчжу; У, Цинлун; Ло, Ляньцун; Чжан, Юньлинь (2007). «Экологические проблемы озера Тайху, Китай». Гидробиология. 581 (1): 3–14. Дои:10.1007 / s10750-006-0521-5. ISSN  0018-8158.
  14. ^ Steffen, Morgan M .; Дэвис, Тимоти У .; McKay, R. Michael L .; Bullerjahn, George S .; Krausfeldt, Lauren E .; Stough, Joshua M.A .; Neitzey, Michelle L .; Гилберт, Наоми Э .; Boyer, Gregory L .; Johengen, Thomas H .; Gossiaux, Duane C. (2017). «Экофизиологическое исследование цветения Microcystis озера Эри в 2014 году: взаимосвязь между биологией и прекращением подачи воды в Толедо, штат Огайо». Экологические науки и технологии. 51 (12): 6745–6755. Дои:10.1021 / acs.est.7b00856. ISSN  0013-936X.
  15. ^ Крамер, Бенджамин Дж .; Дэвис, Тимоти У .; Мейер, Кевин А.; Розен, Барри Х .; Голески, Дженнифер А .; Дик, Грегори Дж .; О, Генесок; Гоблер, Кристофер Дж. (2018). Миллер, Тодд (ред.). «Ограничение азота, потенциал синтеза токсинов и токсичность популяций цианобактерий в озере Окичоби и устье реки Сент-Люси, Флорида, во время чрезвычайного положения 2016 года». PLOS ONE. 13 (5): e0196278. Дои:10.1371 / journal.pone.0196278. ISSN  1932-6203. ЧВК  5965861. PMID  29791446.
  16. ^ Steffen, Morgan M .; Чжу, Чжи; Маккей, Роберт Майкл Л .; Вильгельм, Стивен У .; Буллерджан, Джордж С. (2014). «Таксономическая оценка сдвига токсичных цианобактерий в гиперэвтрофном Гранд-Лейк-Сент-Мэрис (Огайо, США)». Вредные водоросли. 33: 12–18. Дои:10.1016 / j.hal.2013.12.008.
  17. ^ Бабу Б., Ву Дж. Т. (декабрь 2008 г.). «Производство природного бутилированного гидрокситолуола в качестве антиоксиданта пресноводным фитопланктоном» (PDF). Журнал психологии. 44 (6): 1447–1454. Дои:10.1111 / j.1529-8817.2008.00596.x. PMID  27039859.
  18. ^ Пол Дж. Оберхолстер, Ян Г. Майбург, Дэнни Говендер, Рой Бенджис, Анна-Мария Бота Идентификация токсигенных штаммов Microcystis после случаев гибели диких животных в Национальном парке Крюгера, Южная Африка. Экотоксикология и экологическая безопасность (2009 г.), Elsevier Дои:10.1016 / j.ecoenv.2008.12.014
  19. ^ Тертон, А. 2015. Сидя на рогах дилеммы: вода как стратегический ресурс в Южной Африке. В @Liberty, № 6, выпуск 22. Йоханнесбург: Южноафриканский институт расовых отношений. Доступно онлайн http://irr.org.za/reports-and-publications/atLiberty/files/liberty-2013-sitting-on-the-horns-of-a-dilemma-2013-water-as-a-strategic-resource- в Южной Африке В архиве 2017-10-04 в Wayback Machine
  20. ^ Стивенс, Тим (10 сентября 2010 г.). «Смерть каланов связана с токсином пресноводных бактерий». UC Santa Cruz Newscenter.
  21. ^ Миллер, Мелисса (10.09.2010). "Свидетельства нового вредоносного цветения морских водорослей: перенос цианотоксина (микроцистина) с суши на каланы". PLOS ONE. 5 (9): e12576. Bibcode:2010PLoSO ... 512576M. Дои:10.1371 / journal.pone.0012576. ЧВК  2936937. PMID  20844747.
  22. ^ Цю, Хуйминь (2013-03-15). «Физиологические и биохимические реакции Microcystis aeruginosa на глифосат и его состав Roundup®». Журнал опасных материалов. 248–249: 172–176. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2012.12.033. PMID  23357506.
  23. ^ Лопес-Родас, Виктория; Флорес-Моя, Антонио; Манейро, Эмилия; Пердигонес, Ньевес; Марва, Фернандо; Гарсия, Марта Э .; Костас, Эдуардо (2007-07-01). «Устойчивость к глифосату у цианобактерий Microcystis aeruginosa в результате предварительных селективных мутаций». Эволюционная экология. 21 (4): 535–547. Дои:10.1007 / s10682-006-9134-8.
  24. ^ Сакстон, Мэтью А .; Morrow, Elizabeth A .; Bourbonniere, Richard A .; Вильгельм, Стивен В. (2011). «Влияние глифосата на структуру сообщества фитопланктона в озере Эри». Журнал исследований Великих озер. 37 (4): 683–690. Дои:10.1016 / j.jglr.2011.07.004.