生物控藻技术
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赤潮过程中丰度显著升高的细菌种类远多于降 低种类
Caiyun Yang1, Yi Li1, Jizhong Zhou2*, Tianling Zheng1*， Illumina sequencing-based analysis of free-living bacterial community dynamics during an Akashiwo sanguinea bloom in Xiamen Sea Area, China，Scientific Reports，revised.
28
赤潮区与非赤潮区特有的功能基因数量
赤潮区相对于非赤潮区信号强度 显著变化的功能基因数量
赤潮区信号强度显著变化的基 因数量随着赤潮的持续而逐渐 增加，但是在赤潮最严重的第 5天，信号强度显著减弱的功 能基因数目却远多于增强的， 它们主要来自有机物修复 （27）、病原微生物（17）等。
29
赤潮期间C、N、S等元素循环相关基因的丰度及表达
Microbiology, Under review.
30
杀藻功能微生物资源 的深度挖掘！
31
Main genus：
Alteromonas, Pseudoalteromonas，Cytophaga，
Saprospira
Flavobacterium，Zobellia，Vibrio，Bacillus，
口
12 13 14
19 18 17 宁波
22 23 24 29°
29 28
27° 121°
123°
a
125°
19 18.5
18 17.5
17 16.5
16 15.5
15 14.5
14 13.5
13 12.5
12 11.5
11 108
109
Y52 Y53 Y54 YS1
Y60 Y61 Y62 Y63 Y64 Y65 Y66 Y67 Y68 YS5 TS1 YS2 YS3
导着整个细菌群落的演替。
细菌群落结构基于基于DGGE指纹图谱的主成分分析
Yang, C., Li, Y., Zhou, Y., Zheng, W., Tian, Y. & Zheng, T. (2012). Bacterial community dynamics during a
bloom caused by Akashiwo sanguinea in the Xiamen sea area, China. Harmful Algae, 20,132-141.
Halomonas，Idiomarina，Pseudidiomarina
Algicidal bacteria reported in the literature
32
从不同的生境深度挖掘杀藻功能微生物资源
南极白令海 杭州湾赤潮高发区
九龙江口红 树林湿地
厦门近海赤潮高发区
4
33°
2
9
7
长
31°
江 上海
赤潮样品中Gammaproteobacteria是主要菌群， Alphaproteobacteria位于其次。
20
主成分分析
通过主成分分析得出Prochlorococcus，Candidatus Pelagibacter，
Alteromonas，Pseudoalteromonas， Sulfitobacter donghicola， Sediminimonas qiaohouensis 以及Vibrio，这些细菌的丰度变化主
在赤潮期及赤潮过后 （5.23-27）海水样品。
赤潮现场
Bloom
赤潮区 非赤潮区
M1 M2 M3 S8
总细菌 PCR-DGGE
细菌和赤潮藻丰度变化
（A）细菌密度
（B）血红哈卡藻密度
• 在赤潮开始，细菌密度随着A. sanguinea（血红哈卡藻）密度升高而升 高，而当A. sanguinea密度快速下降的时候，细菌密度仍处于较高水平。
Pictures from http://www.whoi.edu/redtide/ 5
藻华的危害
Planktivores
Suspension-feeding bivalves
藻华不仅制约着海洋经济的发展、破坏
海洋生态系统，也严重危害人类的健康！
Human sea food
Vertebrate feeders
27
赤潮期间游离微生物功能基因分析
赤潮与非赤潮区功能基因多样性比较，差异不显著。
赤潮发生以后，赤潮营造 的特殊环境刺激了Байду номын сангаас游微 生物种类的增加以及多样 化；在赤潮持续过程中， 微生物在这种特殊环境下 被筛选，种类以及多样性 趋于稳定。
赤潮和非赤潮区域功能基因的降趋对应分析（DCA） 功能基因Simpson均匀度变化
“以菌治藻”已成为 国内外生物法治理 赤潮的研究热点！
……
生物方法
成本较高， 不易操作超声波
赤潮治理
危化学害生态环境 及药品非赤潮生物
紫外线
物理方法
化学方法 凝聚剂
活性炭 ……
天然 矿物
……
9
赤潮的生物防治研究
细菌/
病毒
放线菌 赤 潮
藻
大型水生 植物
原生动物 及鱼贝类
“Bacteria are ultimate clean, green and eco-friendly HABs-control system.”
N元素向大气中转 运，降低海水中的 营养盐，可能加速 了赤潮的消亡。
Caiyun Yang, Yi Li, Jizhong Zhou*, Tianling Zheng* GeoChip-based comparison of free-living
microbial functional gene in Akashiwo sanguinea bloom area and control area. Environmental
26
小结
2010年赤潮生消群落结构
赤潮生消关键菌群 Prochlorococcus, Candidatus， Pelagibacter, Alteromonas, Pseudoalteromonas, Rhodobacteraceae (S. donghicola and S. qiaohouensis)和Vibrio
赤潮消亡关键菌群 Pseudomonas 和 Pseudoalteromonas
本研究第一次证明了细菌群落在赤潮中的重要调控作用，确定了赤潮生消 过程中的关键菌群，特别是对赤潮有明显抑制作用的细菌群落，为后期有 害赤潮藻的微生物控制及杀藻机理的研究奠定了基础；也第一次对赤潮期 间以及赤潮过后海域中细菌群落的演替有了深入了解，为赤潮研究提供了 新的素材
25
赤潮比非赤潮区域相对丰度显著改 变的细菌类群
主要升高： SAR86、SAR116 clade、 Rhodospirillaceae、Alteromonadaceae和 Flavobacteriaceae
主要降低： Litoricolaceae、Vibrionaceae和 Oceanospirillaceae菌群丰度。
数量最多的10类菌各自所占比例（A）纲、（B）目、
（C）科、（D）属 绝对优势细菌：Alphaproteobacteria（54.8%）
Gammaproteobacteria（35.1%）
23
细菌多样性分析
稀疏曲线和Chao方法预测得出的细菌多样性
在赤潮第1天，赤潮区域游离细菌多样性高于非赤潮区；其 余时间非赤潮区的细菌多样性都高于赤潮区
21
2011年7-8月厦门海域赤潮采样站位 站位选择：
赤潮区（A1） 非赤潮区（H1）
样品处理：
水样
（3个重复）
游离微生物
Illumina高通量测序 功能基因芯片（Geochip）分析
研究目的：
厦门海域赤潮与非赤潮区游离细菌以及游离微生物的功能基因分析
22
厦门海域表层海水细菌群落分析
比对结果：
纲-75，目- 156 ，科 -292 ，属-542 。
Human diseases
6
有害藻华的分布
Distribution of HABs throughout the World HABs
Woods Hole Oceanographic Institution 7
藻华藻的种类
赤潮不仅爆发频繁且赤潮藻种种类繁多，危害严重。
赤潮防治策略
病毒 细菌
浮游 植物
24
细菌群落结构的降趋势对应分析（DCA）
赤潮与非赤潮区域游离细菌的 Simpson 均匀度
赤潮站位不同时间的游离细菌群落结构（圈内）较为集中；而非赤潮 区的则差异较大，不同天的样品更分散一些；赤潮区，随着赤潮的持 续，物种均匀度也随之升高；而非赤潮区则较低，并且越到采样后期 均匀度越低。这些都说明赤潮压力下的细菌群落组成较为稳定。
2
研究背景
3
海洋藻类有着十分重要的生态功能
1.驱动生物泵； 2.改变生物地球
化学循环； 3.提供主要的初
级生产力； 4.影响其他海洋
生物群落结构。
但是藻类的过度生长会形成有害藻华，因而给海洋 生态系统的稳定和生态环境的安全带来极大灾难。
4
藻华的危害
❶ 人类健康: The consumption of shellfish (e.g. mussels, clams) is one of the most common ways for algal toxins to impact human health; ❷ 赤潮对水生生物的影响: Animal mortality affect freshwater and marine aquaculture industries; ❸ 生态系统: Ecosystem impacts of many different types can be linked to toxic and non-toxic HABs; ❹ 赤潮给社会经济带来的灾难: Many millions of dollars are spent annually addressing the known HAB-related impacts; ❺ 淡水赤潮的危害: freshwater HABs, which form high biomass blooms and/or produce toxins, and have caused human illness, animal mortalities, and adverse ecosystem and economic impacts in the worldwide.
第十七次全国环境微生物学学术研讨会
微生物调控有害藻华的 复杂性与新希望
郑 天 凌，张化俊
近海海洋环境科学国家重点实验室（厦门大学） 滨海湿地生态系统教育部重点实验室（厦门大学） 厦门大学生命科学学院应用与环境微生物研究所
2014. 11.8 成都
报告内容
• 研究背景 • 有害藻华治理—紧迫任务 • 藻-菌关系研究—复杂性 • 杀藻机理 探讨—新挑战 • 杀藻活性物质的发现—新希望 • 研究展望
18
细菌群落DGGE指纹图谱
M1、M2、M3和S8站位细菌群落结构的DGGE图谱
细菌Shannon-Weaver多样性指数 • 赤潮站位细菌多样性在赤潮初期上升，随着赤潮的持续下降，
在赤潮过后上升。 • 赤潮区细菌多样性低于非赤潮区
19
16S rRNA基因系统发育树
A&B以邻接法对DGGE图A和B中测序条带构建的16S rDNA系统发育树
10
在海洋微食物环中，海洋细菌扮演着重要的作用，影响和调控着藻类的生长
Stocker R. Marine microbes see a sea of gradients[J]. science, 2012, 338(6107): 628-633.
11
海洋细菌与藻有多种相互作用方式
寄生
竞争
协同
通过研究藻华生消过程中的细菌群落结构与变化，对于藻华的调控有重要作用
赤潮消亡关键细菌 首次证实 Sediminimonas qiaohouensis
2011年赤潮生消群落结构
赤潮生消关键菌群 Pseudoalteromonas、 Pseudomonas、 Wohlfahrtiimonas、 Actibacter、Oleibacter、 Hydrogenophaga
赤潮开始阶段关键细菌 Hydrogenophaga
12
揭示藻华期间菌藻的内在关系
阐析溶藻微生物 作用的过程与机理
研发溶藻菌制剂 及其应用技术
有害藻华治理—紧迫任务
14
厦门海域现场关键菌群 影响藻华生消的机理！
15
2010年5月血红哈卡藻赤潮采样站位图
前期-赤潮区
前期-非赤潮区
16
2010年5月厦门海域发生以血红哈卡藻为主的赤潮
Control
Caiyun Yang1, Yi Li1, Jizhong Zhou2*, Tianling Zheng1*， Illumina sequencing-based analysis of free-living bacterial community dynamics during an Akashiwo sanguinea bloom in Xiamen Sea Area, China，Scientific Reports，revised.
28
赤潮区与非赤潮区特有的功能基因数量
赤潮区相对于非赤潮区信号强度 显著变化的功能基因数量
赤潮区信号强度显著变化的基 因数量随着赤潮的持续而逐渐 增加，但是在赤潮最严重的第 5天，信号强度显著减弱的功 能基因数目却远多于增强的， 它们主要来自有机物修复 （27）、病原微生物（17）等。
29
赤潮期间C、N、S等元素循环相关基因的丰度及表达
Microbiology, Under review.
30
杀藻功能微生物资源 的深度挖掘！
31
Main genus：
Alteromonas, Pseudoalteromonas，Cytophaga，
Saprospira
Flavobacterium，Zobellia，Vibrio，Bacillus，
口
12 13 14
19 18 17 宁波
22 23 24 29°
29 28
27° 121°
123°
a
125°
19 18.5
18 17.5
17 16.5
16 15.5
15 14.5
14 13.5
13 12.5
12 11.5
11 108
109
Y52 Y53 Y54 YS1
Y60 Y61 Y62 Y63 Y64 Y65 Y66 Y67 Y68 YS5 TS1 YS2 YS3
导着整个细菌群落的演替。
细菌群落结构基于基于DGGE指纹图谱的主成分分析
Yang, C., Li, Y., Zhou, Y., Zheng, W., Tian, Y. & Zheng, T. (2012). Bacterial community dynamics during a
bloom caused by Akashiwo sanguinea in the Xiamen sea area, China. Harmful Algae, 20,132-141.
Halomonas，Idiomarina，Pseudidiomarina
Algicidal bacteria reported in the literature
32
从不同的生境深度挖掘杀藻功能微生物资源
南极白令海 杭州湾赤潮高发区
九龙江口红 树林湿地
厦门近海赤潮高发区
4
33°
2
9
7
长
31°
江 上海
赤潮样品中Gammaproteobacteria是主要菌群， Alphaproteobacteria位于其次。
20
主成分分析
通过主成分分析得出Prochlorococcus，Candidatus Pelagibacter，
Alteromonas，Pseudoalteromonas， Sulfitobacter donghicola， Sediminimonas qiaohouensis 以及Vibrio，这些细菌的丰度变化主
在赤潮期及赤潮过后 （5.23-27）海水样品。
赤潮现场
Bloom
赤潮区 非赤潮区
M1 M2 M3 S8
总细菌 PCR-DGGE
细菌和赤潮藻丰度变化
（A）细菌密度
（B）血红哈卡藻密度
• 在赤潮开始，细菌密度随着A. sanguinea（血红哈卡藻）密度升高而升 高，而当A. sanguinea密度快速下降的时候，细菌密度仍处于较高水平。
Pictures from http://www.whoi.edu/redtide/ 5
藻华的危害
Planktivores
Suspension-feeding bivalves
藻华不仅制约着海洋经济的发展、破坏
海洋生态系统，也严重危害人类的健康！
Human sea food
Vertebrate feeders
27
赤潮期间游离微生物功能基因分析
赤潮与非赤潮区功能基因多样性比较，差异不显著。
赤潮发生以后，赤潮营造 的特殊环境刺激了Байду номын сангаас游微 生物种类的增加以及多样 化；在赤潮持续过程中， 微生物在这种特殊环境下 被筛选，种类以及多样性 趋于稳定。
赤潮和非赤潮区域功能基因的降趋对应分析（DCA） 功能基因Simpson均匀度变化
“以菌治藻”已成为 国内外生物法治理 赤潮的研究热点！
……
生物方法
成本较高， 不易操作超声波
赤潮治理
危化学害生态环境 及药品非赤潮生物
紫外线
物理方法
化学方法 凝聚剂
活性炭 ……
天然 矿物
……
9
赤潮的生物防治研究
细菌/
病毒
放线菌 赤 潮
藻
大型水生 植物
原生动物 及鱼贝类
“Bacteria are ultimate clean, green and eco-friendly HABs-control system.”
N元素向大气中转 运，降低海水中的 营养盐，可能加速 了赤潮的消亡。
Caiyun Yang, Yi Li, Jizhong Zhou*, Tianling Zheng* GeoChip-based comparison of free-living
microbial functional gene in Akashiwo sanguinea bloom area and control area. Environmental
26
小结
2010年赤潮生消群落结构
赤潮生消关键菌群 Prochlorococcus, Candidatus， Pelagibacter, Alteromonas, Pseudoalteromonas, Rhodobacteraceae (S. donghicola and S. qiaohouensis)和Vibrio
赤潮消亡关键菌群 Pseudomonas 和 Pseudoalteromonas
本研究第一次证明了细菌群落在赤潮中的重要调控作用，确定了赤潮生消 过程中的关键菌群，特别是对赤潮有明显抑制作用的细菌群落，为后期有 害赤潮藻的微生物控制及杀藻机理的研究奠定了基础；也第一次对赤潮期 间以及赤潮过后海域中细菌群落的演替有了深入了解，为赤潮研究提供了 新的素材
25
赤潮比非赤潮区域相对丰度显著改 变的细菌类群
主要升高： SAR86、SAR116 clade、 Rhodospirillaceae、Alteromonadaceae和 Flavobacteriaceae
主要降低： Litoricolaceae、Vibrionaceae和 Oceanospirillaceae菌群丰度。
数量最多的10类菌各自所占比例（A）纲、（B）目、
（C）科、（D）属 绝对优势细菌：Alphaproteobacteria（54.8%）
Gammaproteobacteria（35.1%）
23
细菌多样性分析
稀疏曲线和Chao方法预测得出的细菌多样性
在赤潮第1天，赤潮区域游离细菌多样性高于非赤潮区；其 余时间非赤潮区的细菌多样性都高于赤潮区
21
2011年7-8月厦门海域赤潮采样站位 站位选择：
赤潮区（A1） 非赤潮区（H1）
样品处理：
水样
（3个重复）
游离微生物
Illumina高通量测序 功能基因芯片（Geochip）分析
研究目的：
厦门海域赤潮与非赤潮区游离细菌以及游离微生物的功能基因分析
22
厦门海域表层海水细菌群落分析
比对结果：
纲-75，目- 156 ，科 -292 ，属-542 。
Human diseases
6
有害藻华的分布
Distribution of HABs throughout the World HABs
Woods Hole Oceanographic Institution 7
藻华藻的种类
赤潮不仅爆发频繁且赤潮藻种种类繁多，危害严重。
赤潮防治策略
病毒 细菌
浮游 植物
24
细菌群落结构的降趋势对应分析（DCA）
赤潮与非赤潮区域游离细菌的 Simpson 均匀度
赤潮站位不同时间的游离细菌群落结构（圈内）较为集中；而非赤潮 区的则差异较大，不同天的样品更分散一些；赤潮区，随着赤潮的持 续，物种均匀度也随之升高；而非赤潮区则较低，并且越到采样后期 均匀度越低。这些都说明赤潮压力下的细菌群落组成较为稳定。
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研究背景
3
海洋藻类有着十分重要的生态功能
1.驱动生物泵； 2.改变生物地球
化学循环； 3.提供主要的初
级生产力； 4.影响其他海洋
生物群落结构。
但是藻类的过度生长会形成有害藻华，因而给海洋 生态系统的稳定和生态环境的安全带来极大灾难。
4
藻华的危害
❶ 人类健康: The consumption of shellfish (e.g. mussels, clams) is one of the most common ways for algal toxins to impact human health; ❷ 赤潮对水生生物的影响: Animal mortality affect freshwater and marine aquaculture industries; ❸ 生态系统: Ecosystem impacts of many different types can be linked to toxic and non-toxic HABs; ❹ 赤潮给社会经济带来的灾难: Many millions of dollars are spent annually addressing the known HAB-related impacts; ❺ 淡水赤潮的危害: freshwater HABs, which form high biomass blooms and/or produce toxins, and have caused human illness, animal mortalities, and adverse ecosystem and economic impacts in the worldwide.
第十七次全国环境微生物学学术研讨会
微生物调控有害藻华的 复杂性与新希望
郑 天 凌，张化俊
近海海洋环境科学国家重点实验室（厦门大学） 滨海湿地生态系统教育部重点实验室（厦门大学） 厦门大学生命科学学院应用与环境微生物研究所
2014. 11.8 成都
报告内容
• 研究背景 • 有害藻华治理—紧迫任务 • 藻-菌关系研究—复杂性 • 杀藻机理 探讨—新挑战 • 杀藻活性物质的发现—新希望 • 研究展望
18
细菌群落DGGE指纹图谱
M1、M2、M3和S8站位细菌群落结构的DGGE图谱
细菌Shannon-Weaver多样性指数 • 赤潮站位细菌多样性在赤潮初期上升，随着赤潮的持续下降，
在赤潮过后上升。 • 赤潮区细菌多样性低于非赤潮区
19
16S rRNA基因系统发育树
A&B以邻接法对DGGE图A和B中测序条带构建的16S rDNA系统发育树
10
在海洋微食物环中，海洋细菌扮演着重要的作用，影响和调控着藻类的生长
Stocker R. Marine microbes see a sea of gradients[J]. science, 2012, 338(6107): 628-633.
11
海洋细菌与藻有多种相互作用方式
寄生
竞争
协同
通过研究藻华生消过程中的细菌群落结构与变化，对于藻华的调控有重要作用
赤潮消亡关键细菌 首次证实 Sediminimonas qiaohouensis
2011年赤潮生消群落结构
赤潮生消关键菌群 Pseudoalteromonas、 Pseudomonas、 Wohlfahrtiimonas、 Actibacter、Oleibacter、 Hydrogenophaga
赤潮开始阶段关键细菌 Hydrogenophaga
12
揭示藻华期间菌藻的内在关系
阐析溶藻微生物 作用的过程与机理
研发溶藻菌制剂 及其应用技术
有害藻华治理—紧迫任务
14
厦门海域现场关键菌群 影响藻华生消的机理！
15
2010年5月血红哈卡藻赤潮采样站位图
前期-赤潮区
前期-非赤潮区
16
2010年5月厦门海域发生以血红哈卡藻为主的赤潮
Control