微囊藻毒素对微囊藻群体越冬和复苏的影响和作用机制

The benthic overwintering and recruitment of Microcystis from sediments may play an improtant role in its domination in the water column and bloom formation in the following summer. Unfortunately, the mechanism and factors affecting on these processes are still unknown. In order to investigate the role of microcystin (MC), a secondary metabolized product of cyanobacteria, on the process of overwintering or reinvasion of toxic Microcystis, we choose Microcystis aeruginosa as inoculum and carry out microcosm laboratory experiment and in situ investigation. The objectives of the study are (1) to elucidate the dynamics of the survival and invasion ability and its molecular mechanisms among toxic and nontoxic Microcystis colony during overwintering and recruitment, (2) to investigate the influence of the potential toxicity (MC cell quotas and types) on survival of Microcystis in overwintering and recruitment process, (3) to determine the relationship among MC amount, colony size and the ability of overwintering and recruitment of Microcystis and (4) to clarify the effect and mechanism of MC on the overwintering and recruitment of toxic Microcystis. We hope the program will promote the understanding of the biological role of MC producing and provide scientific basis for the control of Microcystis bloom.

微囊藻在沉积物中的越冬和复苏过程可能是微囊藻群体在水体中占据优势地位并形成水华的关键，然而对微囊藻群体越冬和复苏这一关键过程的维持机制及影响机理方面还很少被关注，因此，为探讨其主要次生代谢产物微囊藻毒素（MC）是否促进微囊藻群体的越冬和复苏这一关键问题，本研究选取优势种铜绿微囊藻为研究对象，采用室内模拟和野外调查相结合的手段，通过研究产毒/非产毒、毒性不同（毒素含量与种类不同）、群体大小不同的微囊藻群体及野外微囊藻在越冬和复苏中的动态变化及规律，阐明产毒和非产毒微囊藻越冬复苏能力的差异及分子机制，揭示产毒微囊藻的毒性大小对其越冬复苏的影响机理，明晰产毒、微囊藻群体大小与越冬和复苏能力三者间的内在关联，最终全面揭示MC对越冬和复苏的影响及作用机制。本研究有助于加深对MC的生物学意义的认识，并为微囊藻水华控制提供科学依据。

本课题主要研究影响沉积物中微囊藻群体越冬和复苏的因素及机制，同时探析微囊藻毒素（MCs）是否促进微囊藻群体的越冬和复苏。主要结果如下：.1.建立了一种能快速可靠的检测水和沉积物中微囊藻细胞数量和群体尺寸分布的方法。用Percoll细胞分离液从沉积物中将微囊藻群体分离，用碱解方法解离群体微囊藻，用FlowCAM快速测定微囊藻群体的尺寸分布和解离后细胞密度。.2.建立了一种检测水和沉积物中微量MCs的方法。通过优化的氧化条件，MCs能以稳定的产率（约35%）转化为MMPB。用Sep-pak小柱浓缩之后，MMPB用BDETS衍生化，衍生化产物用HPLC-FLD检测。该方法对水样和沉积物样品的检测限为10 ng和100 ng。.3.低温和厌氧环境有利于沉积物中微囊藻群体的长时间存活。产毒的铜绿微囊藻的存活能力强于不产毒的惠氏微囊藻。5°C和15°C下，沉积物中铜绿微囊藻MCs配额较稳定，25°C下会显著降低。沉积物中的微囊藻群体大部分能成功越冬，但是并不会在沉积物中逐年累积。.4.高活性的微囊藻群体复苏能力更强，扰动显著促进沉积物中微囊藻群体的复苏，说明沉积物中微囊藻的复苏包括主动和被动过程。复苏进入水柱中的微囊藻产毒基因含量整体呈现上升趋势，说明产毒微囊藻复苏能力显著高于不产毒微囊藻。试验末期沉积物中产毒基因的比例也显著高于试验初期。尽管更多产毒藻复苏进入水柱，沉积物中产毒藻与不产毒藻的比例依然增高，说明产毒藻的复苏能力和越冬能力都显著高于不产毒藻。实验末期从沉积物中复苏进入水柱的微囊藻MCs quota相较于实验初期有上升趋势，说明沉积物中毒素含量高的微囊藻能够复苏进入水柱。小尺寸的微囊藻群体更容易复苏。.5.在冬季，滇池草海水柱中微囊藻的总量高于沉积物，足够为微囊藻水华的暴发提供种源。部分区域，每平方米沉积物中微囊藻的生物量高于水柱。因此，部分区域沉积物中微囊藻的复苏可能显著促进水柱中微囊藻水华的暴发。在滇池外海，水柱和沉积物中微囊藻的生物量存在相同的时空分布规律，微囊藻会频繁的在水和沉积物之间交换。.