浅水湖泊水下光强时空变化对微囊藻表型转换的作用及其机制- - 以太湖为例

在太湖典型湖区开展一周年每月一次野外调查，通过测定水体中不同水深的光照强度、微囊藻以及相关环境因子，弄清太湖野外水下光强的时空变化特征和太湖微囊藻不同表型的时空变化规律及其相互关系；以太湖优势微囊藻作为研究对象，开展一周年每季度一次太湖原位不同水深纯培养单细胞微囊藻控制实验，测定水下光强时空变化，通过计数微囊藻群体大小确定表型改变的程度，观察单细胞与群体微囊藻两种表型在形态结构和超微结构的差异，检测微囊藻胞外多聚糖含量的变化；以太湖优势微囊藻作为研究对象，开展室内模拟野外变化光强纯培养单细胞微囊藻控制实验，分析对照组和实验组微囊藻的表型改变程度、形态结构和超微结构差异以及胞外多聚糖的变化。通过开展太湖水下光强时空变化对微囊藻表型转换的作用及其机制的研究，不仅对深刻认识微囊藻的生理生态特性有重要意义，而且对揭示浅水湖泊微囊藻水华形成机理从而达到有效防治具有重要的现实意义。

本课题主要是探讨浅水湖泊变化光强在改变微囊藻表型中的作用。本课题包括三个部分。. 第一部分为野外调查研究，该调查选择在太湖胥口湾（草型湖区）和梅梁湖（藻型湖区）进行。从2012年9月至2013年8月结束，每月开展一次浮游植物和理化指标（包括总氮，总磷，水温，水下光强等）调查分析。调查研究显示两个湖区野外都发现有微囊藻出现，梅梁湖微囊藻数量和大小显著大于胥口湾。而胥口湾水下光强显著高于梅梁湾水下光强，该研究表明野外水下变化光强可能是导致微囊藻数量和大小的重要环境因子之一。. 第二部分为室内模拟研究。本研究目的是探讨在不同的光照强度以及变化光强下，太湖三种水华优势种包括水华微囊藻﹑铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的单细胞是否会转换为群体形态的微囊藻。 实验中发现少量3-6细胞的群体，其形态与细胞数量与野外的微囊藻群体差别很大，说明室内变化光强以及变化光强不会诱导单细胞的微囊藻形成群体微囊藻。另外，我们开展了不同光强以及变化光强对小群体水华微囊藻增大效果研究，研究结果显示高光强和变化光强有利于小群体水华微囊藻增大，而低光强不利于小群体水华微囊藻增大。光强增加引起微囊藻胞外多糖分泌增加可能是高光强和变化光强引起微囊藻群体增大的原因之一. 第三部分为太湖原位控制研究。本研究选择在太湖梅梁湾原位，利用自然条件下水下变化光强探讨太湖三种水华优势种包括水华微囊藻﹑铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的单细胞是否会转换为群体形态的微囊藻。研究结果显示，原位水下变化光强没有诱导太湖三种微囊藻单细胞形成群体微囊藻。研究还发现，水华微囊藻在水体表层比表层以下水层生长得好，而铜绿微囊藻则在水下0.5m 的深度生长比在水体其他水层生长得好。该研究表明水华微囊藻比铜绿微囊藻更加适应高光照强度，而铜绿微囊藻适应相对低的光照强度，该研究结果可以解释太湖微囊藻存在优势种演替的原因之一。