多糖结构和组分对微囊藻群体形成及表型转变的影响

The processes and mechanisms of colony formation and morphological changes are important to understand the mechanisms of Microcystis blooms formation. Only one species (Microcystis aeruginosa) was used in most previous studies and the colonial morphology of Microcystis induced in laboratory differed significantly from the morphology of M. aeruginosa colony under natural condition. Based on the phenomenon that solubilisation of mucilage induces changes in Microcystis colonial morphology, the composition and structure of extracellular polysaccharide (EPS) will be focused on in this study. The aim of this study is 1) To analyze the morphological responses of different Microcystis species to different environmental factors and to induce flocculent colonies change to the inherent morphology of the special species. The composition and structure of EPS will be also analyzed to explain these processes. 2) To compare the composition and structure of EPS of colonial and unicellular Microcystis and get insight into the influencing factors. This study will answer following questions: 1) What are the differences in the composition and structure of EPS between colonial and unicellular Microcystis? 2) What is the relationship between colony formation of Microcystis and the composition and structure of EPS? 3) How do the composition and structure of EPS influence changes in Microcystis colonial morphology?

微囊藻群体形成和群体表型转变的过程和机制对于揭示水华发生的机理起到重要的作用。目前对于微囊藻群体形成的研究主要用铜绿微囊藻单个藻种进行，且室内诱导形成的群体大都为絮团状，没有表现出铜绿微囊藻所具有的典型群体形态。本研究以申请人所在团队发现的胞外多糖溶解诱导微囊藻群体表型转变这一现象为基础，以多糖的组分和结构为切入点，一方面要明确生物及非生物因素对不同藻种群体形成的影响，通过改变培养条件，诱导微囊藻形成典型的群体形态，并进一步观察典型群体形态变化过程和相应的胞外多糖的变化；另一方面比对单细胞及不同群体表型及群体表型变化前后微囊藻胞外多糖的组成，并据此研究群体形态转变的影响因素。通过本项目的研究最终回答下列三个问题：(1) 微囊藻群体和单细胞多糖结构、组分的特征及不同种微囊藻种间有何异同？(2) 多糖结构、组分与群体形成之间的关系如何？(3) 多糖结构、组分对微囊藻表型变化的影响如何？

微囊藻群体形成和群体表型转变的过程和机制对于揭示水华发生的机理起到重要的作用。目前对于微囊藻群体形成的研究主要用铜绿微囊藻单个藻种进行，且室内诱导形成的群体大都为絮团状，没有表现出铜绿微囊藻所具有的典型群体形态。本研究培养不同微囊藻种单细胞诱导其形成群体，结果发现不同种微囊藻单细胞形成的群体形态相似，尽管其形态与太湖典型微囊藻群体形态不同，但是与太湖早春季节微囊藻群体形态相似。另外，利用三维荧光结合平行因子分析方法，将微囊藻EPS的组分进行分析，鉴定出三类腐殖酸类物质和一类蛋白类物质，其中腐殖酸类物质C1与微囊藻群体大小直接相关，但不影响微囊藻群体形态，而C2-C4则与微囊藻群体形态存在显著关联。将太湖采集的不同大小，不同群体形态组成的微囊藻群体进行分子鉴定，发现16S rDNA、16S-23S ITS和cpcBA-IGS都无法分辨不同形态微囊藻群体，而有关多糖合成的基因epsL和TagH能够清楚分辨不同形态微囊藻群体，这充分说明微囊藻多糖合成和组分对微囊藻群体形态有着直接的影响。通过太湖调查发现低温和低营养盐浓度有利于微囊藻群体大小的增加。本研究最后提出了分辨微囊藻群体形成积累的方法，即通过群体大小增长速率和细胞生物量增长速率的大小关系分辨微囊藻群体是单细胞分裂未分开形成还是已存在的单细胞粘连而成，在对太湖的微囊藻群体进行分析后，发现鱼害微囊藻是细胞分裂未分开形成的，而惠氏微囊藻是已存在的单细胞粘连而成。本研究对于微囊藻群体形成的影响因素、机理以及微囊藻群体形态变化的研究都有着重要的指导价值。