微囊藻表型转化的野外原位研究

本项目研究内容主要包括三个方面：1、监测太湖原位水华形成过程中微囊藻群体大小的演变，确定微囊藻水华暴发的"群体大小"阈值；2、通过对野外原位综合环境条件中某些因素的改变，检测天然微囊藻表型转化的受影响程度；3、把实验室内已连续多代解离为单细胞的纯培养微囊藻回归于太湖不同营养水平湖区原位环境，在恢复了野外综合环境条件后，检测微囊藻的表型转化。在上述原位研究中，检测微囊藻表型改变过程以及群体大小演变过程中生理特征的变化、形态结构和超微结构的差异，比较表型转化前后以及群体大小演变过程中藻细胞的胞外多聚糖、蛋白质、叶绿素、光合作用能力、细胞整体活性以及抗氧化防御系统酶活性的差异等多种指标的变化。通过开展本项目的研究，一方面获取野外原位条件下"群体大小"阈值的科学数据对于预警水华的发生具有重要的现实指导意义，另一方面将全面揭示微囊藻表型转化的机制，为有效防治水华形成提供充足的理论根据和技术支持。

在太湖微囊藻复苏、水华形成及衰退过程中调查了微囊藻群体尺寸的演变，结果表明小于20个细胞的群体构成了复苏期种群的主要部分，大于20个细胞的较大群体在四月中旬出现。200个细胞以上的更大群体在五月开始出现，6月份湖水表面形成水华，多是数以万计藻细胞构成的大群体，它们所包含的细胞数占据了整个种群的90%以上。平均每个个体的细胞数自5月份显著上升，至6月可达120以上，可视为水华形成的群体大小阈值。在微囊藻群体增大的过程中，藻细胞的光合作用能力、漂浮性能、整体活性等逐步上升在。在秋冬季节，随着水温的下降，微囊藻水华由大群体逐渐解离为小群体，细胞整体活性等指标下降，进入12月份，大部分藻细胞死亡，小部分直径小于50μm下沉到底泥表面越冬，成为来年微囊藻复苏的种源。.为了探讨野外原位综合环境条件对微囊藻形态及生理生态特性的影响，实验室内纯培养的单细胞微囊藻和小球藻均采取三种不同的方式回归于不同营养水平的湖泊中：①置于透明的透析袋中（D-BG11）；②置在塑料瓶中(B-BG11)；③置于装有1.2 μm滤膜抽滤湖水的塑料瓶中(B-1.2)，结果显示野外环境对这微囊藻和小球藻的生长、表型、胞外多聚糖含量及抗氧化系统均产生了一定的影响，具体结果如下：1. 置于透析袋中的微藻细胞密度均出现了显著增加，塑料瓶中的微藻呈下降趋势。2．在铜绿微囊藻的实验中，短期内并没有形成群体；透析袋中的小球藻有群体出现，单细胞形态比例下降，二细胞及多细胞个体比例迅速上升，平均每个体细胞数升高至7.1957个。3．采月湖中铜绿微囊藻处理组BM-BG11和BM-1.2胞外多糖出现了一定程度的升高，太湖中铜绿微囊藻胞外多糖没有出现明显升高；采月湖和太湖中小球藻胞外游离多聚糖含量均有显著性增加。4．微囊藻随着时间的变化超氧化物含量明显的升高，过氧化氢酶未出现明显的改变，谷胱甘肽出现一定程度的上升。.本研究表明，微囊藻在复苏过程中群体逐步增大，大群体的聚集是水华形成的必要条件，同时伴随着细胞特性的变化，“群体大小”阈值对于微囊藻水华发生的预测预警具有一定的指导意义。单细胞微囊藻置于原位环境后在短期内不能形成较大的群体，而小球藻更容易聚集成大群体，藻类在置于野外原位环境条件后生长、多聚糖含量、抗氧化系统等均受到不同程度影响，这些结果对于认清藻类表型转化具有重要的科学意义，同时也显示出藻类表型转化的复杂性。