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水华蓝藻能够通过释放有害物质干扰水体其他生物的生长、发育和繁殖,从而影响水生生态系统的生物多样性。近来有报道发现蓝藻也能通过合成和释放内分泌干扰物影响水生动物的繁殖,如产生雌激素效应,但其干扰程度、影响范围和效应机制尚不明确。浮游动物在水生生态系统的物质转化和能量传递中扮演着重要的角色,其对环境变化的响应会进一步影响水体食物链的稳定性。为了探究水华蓝藻对浮游动物繁殖的影响,本研究以蓝藻水华的优势种—铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为供体藻种、浮游动物的模式物种大型溞(Daphniamagna)作为受体动物,采用初始添加法探究铜绿微囊藻胞外分泌物(M.aeruginosa exudates,MaE)的慢性和急性暴露对大型溞繁殖特征、种群增长、蛋白和酶与基因表达的影响。研究内容与结果如下:(1)在MaE慢性暴露实验中,将大型溞分别暴露于藻密度为2 X 104 cells/ml和4X 105 cells/ml的MaE中,同时以无添加组为阴性对照组,以不低于常见环境浓度的代表性雌激素一雌二醇(Estradiol,E2,10μg/1)作为阳性对照组,连续观察21天,结果发现与阴性对照相比,两个藻密度的MaE显著促进了大型溞怀卵的数量,并且与10μg/l雌二醇作用下怀卵总数无显著性差异,表明MaE对大型溞的怀卵过程产生了类似于雌二醇的促进效果。通过对初次生殖溞的数量所占总溞的百分比、21天幼溞总数与幼溞生殖促进率的统计,发现高藻密度的MaE处理下大型溞21天总幼溞数显著多于空白对照组,且在生殖促进率上两个藻密度MaE的作用甚至强于雌二醇的阳性对照组。(2)在大型溞种群层面,通过计算大型溞种群的内禀增长率、周限增长率和净生殖率,发现MaE不仅缩短了种群的增长时间,造成种群大小和空间资源压力的迅速增加,还提高了大型溞生产幼溞的能力,从而提高了整个种群的增长率与繁殖潜力。(3)在大型溞蛋白和酶方面,通过MaE急性暴露对24h、48h和96h的大型溞体内参与繁殖的关键蛋白含量和酶活性进行测定,发现卵黄蛋白原(VTG)的含量在MaE作用48h和96h时发生极显著增加(p<0.01)。而同样,MaE处理下大型溞的17β-羟化类固醇脱氢酶(17β-HSD)的活性在48h显著增强(p<0.05),在96h发生极显著地增强(p<0.01)。表明MaE可能促进了大型溞体内雌激素的水平从而增强卵黄蛋白原的合成。(4)在大型溞基因表达水平上,通过MaE急性暴露对48h和96h两个时间段大型溞体内卵黄蛋白原编码基因(VTG1、VTG2)、蜕皮激素合成基因CYP314表达量变化的测定发现:在MaE处理48h的条件下,CYP314和VTG2基因的表达量显著下调(p<0.01),VTGl基因无显著性变化(p>0.05),而MaE处理96h时,除CYP314基因无显著性差异外(p>0.05),VTG1和VTG2基因均发生上调:其中低藻密度的MaE处理组的VTG1基因显著上调(p<0.05)。VTG2基因的表达量在低藻密度的MaE处理下发生显著上调(p<0.05),在高藻密度下极显著上调(p<0.01),表明MaE的作用促进了大型溞编码卵黄蛋白的VTG1和VTG2基因的表达,而与蜕皮激素合成相关的CYP314基因的表达受到了抑制。(5)此外还发现48h处理条件下,雌二醇和MaE处理下大型溞的解毒基因CYP360A8的表达量均显著下调,而在96h处理条件下,高藻密度的MaE作用使得解毒基因发生了显著上调,表明铜绿微囊藻胞外分泌物对大型溞可能有潜在的毒害作用。上述实验结果从繁殖特征、种群增长、蛋白和酶、基因表达几个层面的变化反应了铜绿微囊藻对大型溞繁殖的影响及作用机理,揭示了水华蓝藻对水生浮游动物繁殖的潜在风险,为评估蓝藻水华的生态危害提供有力的支持,并为相应的风险防范提供了科学依据。