入侵蓝藻-金孢藻的生长和产毒特征对磷波动和热浪的响应

The bloom forming cyanobacterium Chrysosporum is invading and spreading to various aquatic systems with the global warming, however, its invasion and bloom mechanism is still unclear. For Chrysosporum has bloomed in different water bodies in Shanghai City, our project will focus on the response of Chrysosporum to two key driving factors, phosphorus and water temperature. First, we will study the growth characteristics (phosphorus utilization, photosynthesis and biomass) and cylindrospermopsin production responses of Chrysosporum strains to the phosphorus and temperature varieties at molecular and physiological levels by simulating the phosphorus fluctuation and heat waves conditions in natural water bodies. Second, combined with the high frequency surveys and the in-situ mesocosm experiment studies, the relationship of Chrysosporum with the phosphorus and high temperature fluctuations and the competition with other phytoplankton taxa are studied at the population level, so as to clarify the physiological and ecological response mechanism of the Chrysosporum to the phosphorus and temperature changes in the invasion process to different aquatic systems. Our project may contribute importantly to the understanding of the potential spread and invasion mechanism of Chrysosporum, especially for the effective control of newly recorded cyanobacterial blooms in China under the background of global climate change.

随着全球气候变暖，水华蓝藻--金孢藻(Chrysosporum)正在向不同的水生态系统中扩散和入侵，但其入侵和暴发的机制还尚不明晰。针对金孢藻已在我国上海地区水体中暴发水华的现象，本项目拟从磷和温度两个关键性因子入手，通过模拟自然水体的非稳态条件(磷波动和热浪)，从分子和生理水平对金孢藻的生长特征(磷利用、光合作用和生长率)和产毒特征(基因表达、毒素产量)的响应进行研究，同时结合野外水体高频监测和原位大桶中型模拟实验，从种群水平对金孢藻与磷波动和高温波动的关系以及与其他浮游植物的竞争关系进行研究，以期阐明金孢藻对磷波动和高温热浪的生理生态响应机制。本项目对进一步了解金孢藻的入侵和扩散机理，特别是全球气候变化背景下我国新型蓝藻水华的有效防治具有十分重要的意义。

全球气候变暖导致源于热带地区的蓝藻，向不同的水生态系统中扩散和入侵，但其入侵和暴发的机制还尚不明晰。针对金孢藻已在我国上海地区水体中暴发水华的现象，本项目通过野外调查和模拟实验等方式，重点关注了磷波动和热浪效应对金孢藻的生长和产毒，以及与其他物种竞争的影响。结果表明：金孢藻主要分布在上海地区一些经过生态修复水体磷浓度相对较低的水体中；温度是影响其生长的重要因子，秋季水温低于27℃时，可产生大量厚壁孢子。浙江等地区亦有定性发现，但生物量极低。脉冲式磷添加实验表明，与单次脉冲添加相比，低磷酸盐浓度下多次脉冲处理组的卵孢金孢藻生物量前期下降速率较低。随着磷水平的提高，相比单次脉冲，五次脉冲对卵孢金孢藻生长的影响由促进转为抑制。高浓度磷酸盐条件下，多次脉冲则抑制了绿藻的生长，促进了蓝藻的生长。单次脉冲和五次脉冲磷酸盐添加，对卵孢金孢藻的拟柱孢藻毒素（CYN）的释放影响并不显著。脉冲条件下，竞争培养实验表明，多次脉冲条件削弱了铜绿微囊藻对卵孢金孢藻的竞争抑制作用。高温热浪研究表明，热浪3天和7天后，卵孢金孢藻在不同浓度的有机磷和无机磷条件下，都能维持自身的生长；有机磷环境中，藻类能产生比无机磷环境中更多的碱性磷酸酶，高温热浪能促进处于低磷环境中卵孢金孢藻碱性磷酸酶的产生。高温热浪会刺激金孢藻产毒基因表达，并随着磷浓度的降低，产生更多的拟柱孢藻毒素。混合竞争实验表明，卵孢金孢藻滤液对铜绿微囊藻的生长和叶绿素含量表现出明显的“先促后抑”的趋势，但对四尾栅藻的影响并不显著；最后，我们还发现金孢藻释放的拟柱孢藻毒素，可对滴水湖水体中微型生物群落结构和功能造成重大负面影响。本项目相关成果，对进一步了解金孢藻的入侵和扩散机理，特别是全球气候变化背景下我国新型蓝藻水华的有效防治具有十分重要的意义。