全球变暖和形态氮耦合作用下淡水藻类演替过程及其响应机制

Frequent algae blooms occurrence under the background of global warming, makes it urgent to understand the micro-ecological mechanism affected by coupling effect of global warming and nitrogen load. Nine typical freshwater algae were selected in this project, under the control condition of artificial climate chamber, two forms of nitrogen (ammonium and nitrate) were used to simulate different nutrient levels, combined with setting of five temperature gradient, to study the coupling effect of temperature and nitrogen on algae growth and population succession process; high resolution microscopy of transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscope (AFM), combining with the determination of the physiological and biochemical indexes, were applied to measure algae biomass, species abundance, antioxidant enzyme activity, cell morphology and intracellular ultrastructure changes, to reveal the interaction effect on algal structure and physiological function in multi-angle characterization, to understand the response mechanism of freshwater algae succession process to the coupling effect. Further analysis by multiple correlation statistics method will be conducted to find population and functional indicators that sensitive to algae community variation and succession, to give reference for evaluation of micro-ecological effects caused by the coupling effect, to provide basic research data for understanding algae blooms evolution mechanism.

针对全球变暖背景下藻类水华频发的现状，亟需探明升温效应和形态氮耦合作用对微生态的影响机制。本项目拟以9种代表性淡水藻类为研究对象，在人工气候室控制条件下，以NH4+和NO3-两种形态氮模拟不同的水体营养水平，结合全球变暖极端温度设定5个梯度，研究温度效应和形态氮的耦合作用对藻类生长和种群演替过程的影响；同时采用透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等高分辨率显微技术结合生理生化指标的测定，通过生物量、藻类种群丰度、抗氧化酶活性、细胞形态结构和胞内超微结构的变化，多角度表征温度和形态氮交互作用对藻类结构和生理功能的影响，从而明确淡水藻类演替过程对全球变暖和形态氮耦合作用的响应机制。通过多元相关统计方法，进一步筛选对藻类群落变异和演替过程敏感的种群和功能性指标，从而为全球变暖和形态氮耦合作用下的微生态效应评价提供参考，为藻类水华发展演变机制的研究提供基础数据。

针对全球变暖背景下藻类水华频发的现状，亟需探明升温效应和形态氮耦合作用对微生态的影响机制。本项目以9种代表性淡水藻类（Microcystis aeruginosa等蓝藻，Scenedesmus obliquus等绿藻，和Gomphonema parvulum等硅藻）为研究对象，在人工气候室控制条件下，以NH4+和NO3-两种形态氮模拟不同的水体营养水平（0.01，0.10，1.00，5.00和10.00 mM），结合全球变暖极端温度设定5个梯度（20，25，30，35和40℃），研究温度效应和形态氮的耦合作用对藻类生长和种群演替过程的影响；同时采用透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等高分辨率显微技术结合生理生化指标的测定，通过生物量、藻类种群丰度、抗氧化酶活性（SOD、CAT和POD酶）和MDA的浓度水平、细胞形态结构和胞内超微结构的变化，多角度表征温度和形态氮交互作用对藻类结构和生理功能的影响，从而明确淡水藻类演替过程对全球变暖和形态氮耦合作用的响应机制。单一藻类培养条件下，5.00mM的硝氮和30℃的培养温度耦合作用下，Scenedesmus obliquus、Chlorella pyrenoidosa和Chlorella vulgaris的藻类生长促进作用最明显。在混合培养时相对丰度极显著大于蓝藻（p<0.01），说明在该条件下，几种典型的淡水绿藻具备跟有害蓝藻竞争成为优势种的条件。本实验条件下，几种常见藻类都保持着正常的细胞结构，叶绿体的片层结构也完好。因此选取一部分野外原位水体的复杂水样进行耦合作用研究，筛选出了一种对氨氮较敏感的硅藻Nitzschia sp.。耦合作用下藻细胞虽然保持着完整性，但是叶绿体中出现大量的电子密集型的黑色颗粒，可能是对氨氮胁迫的一个适应机制。通过多元相关统计方法（PCA等），进一步明确实际水体中TP和水温的耦合作用是调控藻类演替的关键，从而为全球变暖和形态氮耦合作用下的微生态效应评价提供参考，为藻类水华发展演变机制的研究提供基础数据。