太湖是我国长江三角洲的大型浅水湖。随着水体富营养化程度日趋恶化,太湖水华爆发的频率和强度都在增加,引发严重的环境和社会问题。水华爆发多为蓝藻引起,铜绿微囊藻是最为常见的有毒蓝藻。为了解蓝藻爆发时微水生生物群落变化驱动因素和调节因子,水华蓝藻和水生微生物之间的相互作用需要严格评估。自20世纪80年代以来,微囊藻(Microcystis spp.)水华一直是太湖水华的重要组成部分。微囊藻泛滥已造成严重的环境和社会问题,对水质、渔业和人类生产生活产生了长期的负面影响,限制了旅游业和其他经济活动,严重影响了人类的正常活动。经我们研究发现,铜绿微囊藻是太湖蓝藻水华发生时的主要蓝藻物种。蓝藻水华的发生对微生物的组成必然产生强烈的影响。本研究中,取太湖自然水体微生物在实验室条件下培养,建立微宇宙体系。以接近自然条件下太湖溶解性无机氮和溶解性无机磷浓度的共培养体系为培养条件,应用16S和18S rRNA基因测序和代谢组学等手段研究微宇宙体系中微生物群落结构变化、水生微生物和铜绿微囊藻代谢反应。研究发现,在共培养体系中,培养基理化性质如pH、电导率、溶解氧等发生显著变化。尤其是pH影响最为明显。通过RDA环境因子与组间关系分析显示,溶解性无机磷,总磷和藻毒素含量变化与共培养组(Treat-AM4和Treat-AM8)呈正相关。当溶解性无机磷被基本耗尽时,水生微生物生长受到胁迫,而铜绿微囊藻通过诱导产生碱性磷酸酶,水解从水生微生物分泌的有机磷来促进其生长,从而提高相关能量代谢通路(如糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环、糖代谢和甘油代谢等)。此外,铜绿微囊藻的存在抑制了水生微生物糖酵解,三羧酸循环和糖代谢等与能量有关的代谢途径,破坏微生物正常代谢,对细菌和真核微生物的丰富度和多样性产生负面影响,其中细菌丰富度和多样性有下降趋势,真核微生物的丰富度和多样性产生显著性下降。而且共培养体系中稀有微生物(相对丰度小于1%)的种类出现下降。通过验证实验可得,铜绿微囊藻中微囊藻毒素的产生能够降低水生微宇宙浮游植物的总生物量。总之,与单一培养相比,铜绿微囊藻在共培养体系中生长速度更快;但是,水生微生物(如拟杆菌,隐秘菌物和许多相对丰度小于1%的稀有微生物)总体生长受到抑制。铜绿微囊藻是太湖水华的主要物种。与原核生物相比,铜绿微囊藻降低真核微生物组成和多样性更为强烈。因此,本研究对于探究有毒蓝藻(铜绿微囊藻)与水体微生物之间的相互作用关系具有指导意义。