甲藻是一类广泛分布于各类水体的真核藻类,由于其多数种类具有鞭毛,能够运动,因而相比于其他不能运动的藻类而言,具有更大的竞争力。同时,在不利的环境下甲藻能够形成孢囊避免受到伤害,待到环境适宜时孢囊再度萌发回归水体,并大量繁殖形成水华。由于甲藻水华对自然环境、水产养殖和人类健康带来巨大危害,因而,甲藻水华常被记录或报道。也因此甲藻水华发生机制及防控策略的研究一直是藻类学和生态学的重点和难点。自然状态下,藻类水华的发生、持续和消退阶段均受如:温度、光照、营养盐等生态因子的影响。磷是组成生物体大分子物质的重要成分,参与多个关键代谢通路,并直接影响着藻类的生长和环境中浮游植物的群落组成,因此被认为是水体浮游植物生长的关键限制因子之一。水体中的溶解性磷（DTP）主要包括溶解性无机磷（DIP）和溶解性有机磷（DOP）。然而,浮游植物能够直接利用的磷源为DIP(主要成分为PO43-)。大量的研究表明,DIP的增加,导致了浮游植物水华的发生。然而,对甲藻的研究发现,在DIP浓度较低的水体中,甲藻也可以形成大面积的水华,由此推测,DOP可能也在甲藻生长、水华形成中起着重要的作用。然而,关于DIP与DOP在甲藻水华各时期间究竟扮演着何种角色,目前尚未有深入研究,尤其是在淡水甲藻方面。因此,为了探究磷在淡水甲藻水华过程中作用,本论文拟从孢囊萌发、藻类增长期、种群竞争和水华消退开展室内模拟甲藻水华进程研究,同时结合野外原位水华高通量测序,从生理和分子水平来探究磷对淡水甲藻的影响,旨在揭示磷在淡水甲藻水华中的作用。主要研究结果如下:1.将孢囊等量转接入不含磷（P-free）、含有无机磷（DIP）和含有有机磷（DOP:C-O-P、C-P）的培养基中,结果表明:（1）不同磷源下甲藻孢囊的萌发情况不同。在P-free条件下,前2-5天甲藻孢囊的萌发率低于其余三种有磷处理,有机磷（C-O-P、C-P）处理下甲藻孢囊萌发率介于P-free组和DIP组之间,DIP处理下甲藻孢囊萌发率最高,说明DIP的存在会促进甲藻孢囊快速萌发,而磷限制会使得孢囊萌发出现延滞现象,有机磷可以补偿磷胁迫对孢囊萌发的抑制作用;（2）在实验后期,DIP条件下甲藻的营养细胞比例和萌发率均高于P-free组,而DOP处理下的甲藻的营养细胞比例和萌发率与P-free组无显著差异,说明DIP是甲藻孢囊维持萌发率的最优磷源;（3）在P-free条件下,在实验前期、中期和后期甲藻细胞80%以上均处于G1期,说明磷胁迫条件下,甲藻细胞分裂被阻断在G1期,而在DIP和DOP处理下可以观察到不同分裂期细胞比例的变化,说明DIP和DOP均可以推进细胞分裂进程;（4）不同磷源条件下,甲藻各时期细胞比例的不同,或许是因为不同磷源对甲藻细胞分裂节律存在一定影响,C-P或许会改变甲藻的分裂节律。2.通过对甲藻进行不同浓度DIP培养和不同磷源（DIP、C-O-P、C-P）培养下的光合和生长状况以及不同磷源下甲藻的转录组分析,结果表明:（1）随着磷浓度的增加,甲藻的生长和光合效率显著增强,说明磷浓度显著影响甲藻的光合作用,高磷浓度促进甲藻细胞密度的增加;（2）在有磷存在的条件下（DIP、C-O-P、C-P）,甲藻的比生长速率显著高于P-free处理,说明不管是DIP还是DOP均可以促进甲藻的生长,而无磷处理则显著抑制了甲藻的生长。在DIP处理下,甲藻的光合效率显著高于P-free处理。荧光参数结果显示,DOP缓解了磷胁迫对甲藻光合的影响。此外,通过对P-C曲线分析得出,在DIP和DOP处理下的甲藻Vmax显著高于P-free组,而半饱和常数K0.5（DIC）则显著低于P-free组,说明DIP和DOP的存在提升了甲藻对无机碳的亲和力;（3）在P-free处理下,甲藻受到了磷胁迫,通过增加对含硫氨基酸的代谢,同时加强对铵的转移,增强氮代谢来缓解缺磷导致的胁迫;而DIP促进了甲藻NADH的产生和TCA过程;C-O-P的存在同样增强了甲藻的对有机物的分解和能量代谢;C-P处理下,甲藻激发了乙醛酸循环,间接支援了能量代谢的关键过程—TCA。3.水体中存在多种藻类,硅藻和绿藻常与甲藻同时存在水体中,并且硅藻和绿藻也能形成水华,甲藻的种群维持跟自身与其他藻类的竞争力息息相关。对甲藻、硅藻和绿藻在不同磷源条件下的单培养和共培养体系中的生长趋势以及磷的消耗进行分析:（1）在单培养体系中,DIP和DOP处理下的三种藻细胞密度均高于P-free组,说明三种实验用藻都可以利用有机磷维持自身生长;（2）在三种含磷处理组,DIP组的磷浓度降低最快,说明DIP是藻类吸收的优先选择;（3）在单培养体系,三种藻中甲藻对磷的吸收最为快速,即使共培养体系中磷的消耗也快于单培养硅藻和单培养绿藻体系,说明甲藻具有更好的磷吸收能力,可以为后续的生长和繁殖快速累积物质基础,这可能是甲藻在水华现象中“脱颖而出”的重要原因;（4）在培养体系中,磷浓度降低后,硅藻和绿藻的生长也随之降低,而甲藻种群却维持在较为稳定的水平,说明与硅藻和绿藻相比,甲藻更能耐受低磷环境;（5）在不同培养体系中,绿藻和硅藻均在前期磷充足的时候呈现出较高的比生长率,继而出现种群快速增长,后期磷降低后,种群显著降低,培养体系中磷含量的变化,对硅藻和绿藻的影响更为剧烈。4.通过对甲藻在不同磷源条件消退现象进行观察,结果表明:（1）在不同磷源处理下,培养体系中的甲藻死细胞比例未有明显变化,在前期P-free组的甲藻孢囊形成率高于DIP组和C-O-P组,在后期DIP组的孢囊形成仍然显著低于P-free组,说明在磷胁迫下,甲藻大量形成孢囊来度过不良环境,而DIP和C-O-P的存在延缓了孢囊的形成;（2）在P-free组,实验后期甲藻的SOD、POD、CAT以及MDA含量显著高于DIP和DOP组,说明磷胁迫加剧了细胞膜脂过氧化,导致MDA积累增加,从而SOD、POD和CAT等抗氧化酶系统被激活,以应对细胞内氧化作用的加剧,而DIP,C-O-P和C-P可以在不同程度上缓解过氧化反应;（3）磷胁迫条件下,细胞端粒酶活性明显降低,可能导致端粒缩短,使得细胞复制受阻,而DIP和DOP的存在在一定时间范围维持了端粒酶的活性;（4）通过对不同磷源处理下甲藻DNA的提取以及DNA片段化情况的观察发现,在四种磷源条件下,甲藻均没有出现DNA降解的情况,说明甲藻主要通过孢囊的形成来应对环境变化。孢囊的形成使得水体中甲藻密度下降,从而造成甲藻消退。5.利用转录组技术并结合原位数据分析了甲藻水华不同时期和甲藻垂直迁移基因表达情况,结果发现:（1）在水华前期,水体磷含量较高,总磷约为0.23 mg/L,随着水华进程的延续,磷含量逐渐下降,在水华中期,总磷含量为0.1 mg/L,在水华后期降至0.05 mg/L;（2）在水华前期,水体磷含量较高时,捕光复合体相关基因上调,光合系统Ⅱ和光合系统Ⅰ大量关键基因上调,说明藻细胞增强了光合作用。在水华前期,细胞周期基因也显著上调,说明藻细胞加强了对DNA的复制和相关细胞周期激酶的磷酸化,正在进行大量繁殖。光合作用的顺利进行依赖于类囊体膜的完整性,而充足的磷含量保证了膜的完整性,不仅如此,磷也是DNA的重要组成成分,是细胞周期激酶磷酸化的必要元素,磷的存在支持了DNA的大量复制。此外在水华前期,藻细胞的转录、翻译过程和碳固定、糖酵解/糖异生以及TCA等通路均显著上调;（2）在水华中期,细胞运动、氧化磷化过程和核糖体相关基因表达均增强,说明在水华中期细胞运动加剧,能量生成增加,甲藻增加了对磷的需求,焦磷酸酶基因表达增强;（3）在水华后期,水体中磷被进一步消耗,后期细胞运动相关基因显著上调,此外氧化磷酸化过程也显著增加,RNA的转运和翻译过程相关基因均显著上调。其余上调的通路中涉及到ATP代谢,磷是ATP的必要成分,细胞的运动又伴随着ATP的消耗,间接增加了对磷的需求,使得细胞进一步增强了焦磷酸酶的表达,增加对胞内磷的调控;（4）通过对甲藻昼夜垂直迁移研究发现,在白天水体中磷含量较高,夜晚水体磷含量较低,白天甲藻聚集在上层水体,在晚上下移到较深水层,相对白天而言,晚上甲藻分布较为分散。对甲藻垂直迁移转录组进行WGCNA分析发现,基因可分为9个模块,其中与磷显著相关的模块有turquoise模块、black模块、pink模块、red模块、blue模块和green模块,相关模块的核心基因主要负责编码核糖体蛋白和光合作用等。这些核心基因在迁移过程中有着不同的表达模式,总体而言,在白天甲藻在上层水体进行光合作用,在夜间甲藻降至深层水体,大量消耗水体中的磷,依赖核糖体进行各种蛋白质合成,为第二天的生命活动做准备。综上所述,在甲藻水华期间磷发挥着重要作用。在水华初期,磷促进了甲藻孢囊萌发和细胞分裂;在甲藻快速增长时期,磷的存在提升了甲藻的光合作用和碳同化能力,显著促进甲藻的生长;在种群维持阶段,甲藻对磷的特殊响应使得甲藻种群维持在较为稳定的水平;在种群消退过程中,生理水平上磷缓解了过氧化胁迫,延缓了种群消退,在分子水平上,磷参与多个重要代谢通路,通过对不同通路的调控影响着水华的消退过程。