长江是我国第一大河流,三峡工程的修建对有效减少洪涝灾害、避免长江中下游地区的生态环境遭受破坏起到了举足轻重的作用,但其建设及运行不可避免的导致了一系列的环境问题。三峡成库后库区的水位上升,原先的河流变成“湖泊”,水流速度减缓,水体自净能力减弱,水体营养盐大量囤积,库区的水质状况呈下降趋势,这些变化最终将导致浮游植物迅速繁殖,甚至引起水华。针对三峡库区水华的发生,国内外已经开展了一些研究,但是,对三峡库区甲藻水华的发生机制的研究仍然较少。在自然状态下,藻类水华的发生、持续和消亡的不同阶段都涉及不同的物理、化学和生物因素;而且,由于发生水华所处的具体环境千差万别,导致各类因素所起作用的程度也不尽相同。因此,关于水华发生机制的研究一直是藻类学和水域生态学研究的重要热点。水体中微生物主要参与了有机质的分解矿化、生物体所必需元素的转化以及污染物的自然降解等过程,加上其本身的种群多样性、生理生化类群多样性、生态功能多样性、遗传特征多样性等特点,使得微生物在水华生消过程中有着极其重要的作用,因此菌藻关系己经成为当前水华研究的重点和热点。然而,水体微生物的多样性以及绝大部分的不可培养性,导致了藻菌方面的研究的复杂性和环境中的不可预见性,这些都对水华的研究提出了更高的要求。近年来,宏基因组技术出现,使得以水华水体中所有微生物为研究对象,用以准确地了解其生境的生态状况,揭示群落结构与功能的联系,指导微生物群落功能的定向调控,获得可应用于环境保护和修复且具有特殊功能的微生物资源成为可能。汝溪河位于长江上游地区,地处三峡库区腹心地带,是三峡库区长江重要一级支流之一,水库蓄水后,长江水淹没至涂井乡以上,受水库回水顶托影响,水文条件发生了根本的变化,水位上升,流速变缓,氮磷等营养盐在库湾及底泥中累积。富营养化现状调查结果显示汝溪河春、夏季水质均处于中营养水平。自2013年春季起,连续监测到春季甲藻水华的暴发。为了探讨细菌对甲藻水华的影响,本研究于2014-2015年比较了三峡库区汝溪河甲藻水华过程中（前期、中期和后期）的浮游藻类群落和微生物群落结构的组成;对不同阶段的微生物群落功能及代谢通路进行了宏基因组测序比较,分析水华甲藻与环境微生物的变化关系及其次级代谢物的作用;并用酶联免疫法测量水华期间微生物碳水化合物酶的含量以此来野外验证水华期间微生物次级代谢物的动态变化。以此对甲藻水华与微生物之间的相互关系进行进一步的生理生态研究,探究引起水华发生和消退有关的微生物生态系统因素,为甲藻水华的预测提供资料。结果显示:（1）监测时段内,汝溪河涂井乡段爆发了甲藻水华,水体呈现酱油色。叶绿素浓度最高可达64.76 mg·m^-3,甲藻生物量最高可达2.46*10⁶ cell·L^-1,已达到轻度水华标准。就营养盐含量（氮磷等营养盐）而言,涂井乡段水华中期的水质整体已经达到中-富营养化水平。（2）随着水华的发生,微生物生物量随着浮游植物生物量的增加而增加,水华消退时,微生物的生物量也随之减少。水华不同时期微生物的群落多样性表现出与水华强度相反的特征。微生物基因相对丰度聚类结果表明,水华暴发之前与水华基本消退时微生物群落关系相似,而水华中期差别较大,尤其表现在,水华中期非光合细菌中Deinococcus-Thermus、Bacteroidetes、Chlorobi和Deferribacteres等厌氧不喜运动的微生物的生物量明显增加,Actinobacteria、Proteobacteria、Firmicutes等或好氧或运动的微生物生物量明显减少。（3）基于eggNOG和KEGG数据库功能模块的注释分析,结果表明,水华中期水体微生物宏基因组中大量富集了有关细胞过程和遗传信息处理以及信号转导的基因;而水华前后期主要富集有关能量代谢、氨基酸代谢、次级代谢物代谢、碳水化合物代谢、细胞膜运输以及细胞运动等类型的基因。相比水华中期,水华前后期基因类型的多样性和相对丰度明显多于水华中期,说明水体微生物在水华前后期的生命活动要强于在水华中期。微生物群落功能的变化也在一定程度上反映了微生物群落的变化,这也说明了水华发生所体现的浮游植物物种组成的变化影响了水体微生物群落中各成员的功能变化。（4）为了深入了解微生物对水华过程潜在的调节作用,我们通过KEGG具体分析微生物在水体营养循环,尤其是C、N、P循环中的作用。结果表明,碳固定在整个水华期间都保持活跃状态,而将有机物降解形成能量的CO₂再生过程则在水华前后期比较活跃;谷氨酸脱氢酶（NADP⁺）、一氧化二氮还原酶和谷氨酸脱氢酶基因,氰酸酶基因,硝酸还原酶基因,亚硝酸还原酶（NADH）基因在水华中期代谢活跃。而谷氨酰胺合成酶、碳酸酐酶和谷氨酸合酶（NADPH/NADH）,以及和铁有关的谷氨酸合成酶在水华前后期大量富集;鸟苷三磷酸、磷酸激酶和磷酸盐转运酶蛋白等的基因在水华前期和后期调节微生物在水体中的P代谢;而信号转导机制和磷饥饿诱导蛋白相关蛋白等基因在水华中期富集较多。与这些代谢通路相关的微生物优势类群各有不同,但演替变化的趋势类似。水华中期的微生物主要有:Bacteroidetes、Proteobacteria、Spirochaetes、Deinococcus-Thermus、Cyanobacteria、Armatimonadetes和Firmicutes等。（5）利用CAZy数据库研究微生物次级代谢产物中碳水化合物酶代谢,结果表明,水华中期,糖苷水解酶基因相对丰度明显增加而碳水化合物模块基因相对丰度明显减少,这与验证实验中多糖含量明显下降而糖苷水解酶（多糖水解酶、葡萄糖苷酶和溶菌酶）含量明显上升的结果相符合。这体现了水华期间水体微生物对于营养物质的需求:水体中的多糖被大量分解利用,而分解糖类的水解酶浓度大大增加。总而言之,不同的浮游植物群落组成,促进形成不同的细菌群落,这可能对水华期间生态系统中的有机物质的流动有重要影响,反过来,微生物群落结构的变化对浮游植物生长形成反馈机制,并刺激藻菌间次级代谢物的质量和数量发生变化。