微囊藻毒素在微囊藻群体形成中的作用及机制研究

微囊藻群体的形成、增大和形态的持久维持是其获得种群优势进而形成水华的前提之一。因此，对群体形成机理的认识将有助于深层次揭示微囊藻水华暴发机理和优势维持的机制。本项目针对微囊藻越冬、复苏和早期水华过程，原位观测和分析微囊藻群体尺寸演变及其胞内外毒素的变化；通过模拟越冬、复苏过程，跟踪微囊藻群体变化，探讨群体变化与毒素浓度变化的相关性；在环境剂量微囊藻毒素暴露下，研究单细胞或小群体微囊藻的形态和生理响应。上述研究将从生理生态学角度探寻微囊藻毒素与微囊藻群体形成及放大的相关性。在此基础上，进一步以模式藻株研究微囊藻毒素与微囊藻群体形成相关性的内在机制。通过研究，阐明毒素在群体形成中的作用及其机理。本项目的完成可望为深入认识微囊藻群体形成和水华暴发机理提供的理论依据。

完成了该项目的各项任务，达到了预期目标，完成研究论文三篇并已在相关国际期刊发表，获授权专利1项，主要表现在以下三个方面: (1) 微囊藻是全球性广泛分布的水华蓝藻，是我国水体中蓝藻水华的主要构成种类，自然水体中，微囊藻水华多以群体（colonial, aggregates）形态出现。大量野外观测表明，群体的形成、增大和形态的持久维持是微囊藻获得种群优势进而形成水华的前提之一，我们研究发现产毒微囊藻细胞在生长过程中释放到胞外的微囊藻毒素（MCs）具有第二信使的功能，它可通过激活产毒及非产毒微囊藻细胞中部分与多糖合成相关基因的表达，诱导一系列胞外多糖产物的释放，进而促进微囊藻群体的聚集。更有趣的是，当及时清除掉释放到胞外的微囊藻毒素分子，微囊藻群体的尺寸显著减小。该项研究说明微囊藻毒素在微囊藻群体形态的维持中具有重要作用，从一个新的角度揭示微囊藻水华能够持续维持种群优势的机制。该研究结果已在Environmental Microbiology上发表。(2) 光照能促进微囊藻群体尺寸的增大，两种漂浮类型的群体微囊藻对光照响应的浮力调节存在异质性，且这种异质性与微囊藻的光合活性、伪空胞和镇重物含量、群体大小的相互作用有关；漂浮性微囊藻增大群体尺寸以快速下沉躲避高光强的伤害，而非漂浮微囊藻增大群体尺寸以减小细胞密度快速上浮至表层。研究结果表明群体微囊藻可能由于漂浮异质性的存在而更适应不断变化的外界环境，从而成为持久维持的优势种群。相关研究结果已在Hydrobiologia上发表。(3) 合成了一种凝胶离子材料用于去除水体中微囊藻毒素，该技术克服了传统工艺在处理微囊藻毒素中耗时长，选择性比较差，以及处理过程中可能带来的二次毒性产物的不利影响，提供了一种新型高效快速去除微囊藻毒素的可靠选择。通过将离子固定到无毒廉价的凝胶表面，离子和水体中的毒素发生快速的络合反应。由于微囊藻毒素比较特性的结构（环状七肽化合物，有2个自由羧基和7个羰基及众多氨基处于同一个环结构上），凝胶离子材料表现出一定的强毒素选择性吸附能力，对毒素的选择性较常规活性碳技术有着显著的提高，受水体中的有机质影响也较常规方法小。相关研究结果已在Water Research上发表，并获得一项发明专利。