入侵水华蓝藻－拟柱胞藻对溶解性有机磷酸盐（DOP)的响应及其生态效应研究

拟柱胞藻水华已经引发了水体生态和环境问题，对其研究也成为国内外水华蓝藻研究的热点之一。针对拟柱胞藻的入侵和水华形成问题，项目拟从水体中两种重要的分别含有C-O-P和C-P键的可溶性有机磷酸盐（DOP）着手，研究拟柱胞藻在不同条件下对这两种有机磷酸盐的摄取，探讨拟柱胞藻对溶解性有机磷酸盐的利用能力；重点研究拟柱胞藻对这两种溶解性有机磷的营养、代谢、光合等方面的生理应答及磷利用等相关基因的响应，揭示拟柱胞藻对溶解性有机磷酸盐的响应机制；在此基础上，通过实验室模拟研究溶解性有机磷存在下拟柱胞藻与其他藻类的竞争效应，同时结合野外原位监测数据进行比较分析，进而阐明拟柱胞藻对溶解性有机磷酸盐生态效应。最终揭示有机磷酸盐利用机制在拟柱胞藻的入侵、竞争和水华形成中的作用，为拟柱胞藻入侵机制这个世界性关注的蓝藻问题提供重要的理论和实验依据。

自19世纪90年代早期，拟柱胞藻迅速的扩张并在热带、亚热带及温带湖泊广泛分布。在许多湖泊，拟柱胞藻已经替代原先的蓝藻成为优势种类或者共优势种类，其形成的水华已经引发了水体生态和环境问题，对其研究也成为国内外水华蓝藻研究的热点之一。然而，拟柱胞藻扩张、水华形成的机制一直都不清楚，其对营养盐的利用机制也未阐明。因此，项目拟从水体中磷源着手，研究拟柱胞藻对不同形态磷的摄取和利用能力，分析拟柱胞藻对不同形态磷的营养、代谢、光合等方面的生理应答及磷利用等相关基因的响应，同时结合野外原位监测数据进行比较分析，探讨拟柱胞藻对溶解性有机磷酸盐的策略及生态效应。通过4年的研究，获得以下结果：1）随着无机磷酸盐浓度的增加，拟柱胞藻生长、光合均显著增加；2）在磷缺乏条件下，拟柱胞藻通过调节参与有机磷（DOP）水解(phoA1和 phoA2)、参与无机磷吸收(pstS和 sphX) 及有机磷分解（phnD、phnI、phnJ、phnK和phnM）等基因使其在缺磷条件下能维持较长的生长能力；3）拟柱胞藻对两种可溶性有机磷酸盐的摄取符合米氏方程，且拟柱胞藻能有效利用各种形态的有机磷酸盐；4）碱性磷酸酶相关的pho基因与有机膦酸盐代谢的相关基因 （phn操纵子及pstS）等的调节，使得拟柱胞藻能够有效利用含C-O-P和C-P键的有机磷酸盐；5）拟柱胞藻种群变化与N/P比、叶绿素a和COD的呈正相关，与NH4-N和SD呈负相关，且在拟柱胞藻种群数量最大的7-10月水体中监测到phnD基因。这些结果表明拟柱胞藻具有灵活的磷利用策略，即当无机磷不足或缺乏时，其可以利用外源有机磷作为磷源供其自身生长、繁殖及竞争，也暗示了磷的生理生态学策略在拟柱胞藻的入侵、竞争和水华形成中有着重要的作用。本项目的研究为阐明拟柱胞藻快速入侵、竞争及适应机制这个世界性关注的蓝藻水华问题提供了重要的理论和实验依据。