生物种群可以通过迁移、表型可塑性和进化来应对变化的环境。理解生物种群能否适应环境变化是进化生物学的核心问题。城市建设会造成严重的栖息地丧失和碎片化,这些影响在水生系统中尤为明显。比如城市建设会降低河流网络的连通性,形成许多小微水体,增加生境异质性。本研究的主要目的是探究城市化造成的生态环境变化是否会引起栖息在其中的生物种群产生微地理适应。主要包括以下内容:城市建设引起的水体富营养化和蓝藻水华正在全球范围威胁着生态环境和生态系统服务。研究生物种群如何适应快速变化的环境对于理解其进化命运和生物多样性的未来至关重要。滤食性浮游动物在控制水体中过量的浮游植物和能量传递等方面起着重要作用。本研究以小型水溞角突网纹溞（Ceriodaphnia cornuta）为模型,探究城市化是否会造成水溞的微地理适应。此外,生物种群适应新环境时,表型可塑性和遗传变化（包含结构性进化和表型可塑性的进化）的相对重要性一直没有得到充分的评估。本研究利用新开发的微卫星标记对黄浦江9个空间跨度约为60公里的水溞群体进行遗传学分析,以探索河流景观精细遗传结构。采用同质园实验分析了不同地理群体在有无蓝藻处理时的多特征反应规范,基于特征变化分解模型量化了表型可塑性与遗传变化的相对贡献。结果显示,黄浦江各样点的城市化程度与沉积物中的微囊藻毒素含量呈显著正相关,且不同城市化水平地域中的水溞呈现微地理尺度显著遗传分化。同质园实验中的多特征进化反应为微地理适应性进化提供了可靠证据,表型可塑性和可塑性的进化在总特征反应中起主要作用。利用复活生态学实验从时间尺度直接追踪水溞历史种群快速适应产毒蓝藻的过程,并量化表型可塑性、结构性进化和表型可塑性的进化在总特征变化中的相对贡献。20世纪90年代以来,作为上海最大的淡水湖,淀山湖的富营养化水平不断增加（沉积物中的微囊藻毒素含量增加约7倍）。本研究利用复活生态学技术从淀山湖沉积柱样中成功分离并复活了水溞的历史种群,分别对应过去30年以来的低、中、高3个富营养化时期。同质园实验结果显示,不同历史种群对产毒蓝藻具有明显不同的形态、生活史和行为等多特征反应规范。与低、中富营养化时期相比,高富营养化时期的个体在出生和成熟时的体型更小,并且繁殖力显著下降。表型轨迹分析（PTA）显示,不同历史种群在应对产毒蓝藻时具有明显不同的多元反应轨迹。高富营养化时期的变化幅度最小,说明其对蓝藻的抗性最强。表型可塑性在总特征反应中的贡献最大（22%～86%）,但所有特征变化中皆存在结构性进化和可塑性的进化的贡献（1%～64%）,说明在多数情况下,仅靠可塑性是不够的。以上结果表明,浮游动物自然种群可以通过多特征进化反应快速适应水体中不断增加的产毒蓝藻。面对快速变化的环境,种群通过整合可塑性,结构性进化和可塑性的进化来实现多特征转变。这对种群的持续和局部生态系统的稳定具有重要意义。以往关于快速进化的研究主要集中于特定自然选择压力如何驱动生物种群的适应,但对自然选择压力的减弱或消失（即“松弛选择”）所带来的进化后果所知甚少。通过比较樱桃河和尚义湖中水溞对蓝藻的多特征反应规范,探究了松弛选择下水溞的多特征进化后果。2003年,由于道路建设,樱桃河的一段被隔离出来形成独立水体尚义湖。由于不再受到城市废水等的污染,尚义湖中的蓝藻丰度大幅下降。群体遗传学分析显示不同水体中的水溞群体呈现显著遗传分化,且不同群体间的基因交流明显受限。同质园实验显示尚义湖中的水溞群体对蓝藻的适应能力显著降低,说明其对蓝藻的适应性进化已经反转。结果证实松弛选择可驱动水溞的适应性特征快速退化。利用人工选择和恢复实验分别验证产毒蓝藻的存在和随后的移除是否会导致水溞的多元生活史和形态特征产生快速的适应性进化和恢复。结果表明,在选择实验中,处于两种不同蓝藻选择水平下的水溞种群的多个生活史和形态特征在2个月以内皆产生了显著的进化反应。处于高选择水平的种群比处于低选择水平的种群进化出对产毒蓝藻更高的抗性。多维特征空间中的协同变化模式为水溞种群的快速适应性进化提供了可靠证据。通过对多元特征的总变化进一步分解发现,进化反应（结构性进化和表型可塑性的进化）在不同特征和选择水平上占总反应的0%～32%,且可塑性的进化总是先于结构性进化。在恢复实验中,当食物中的蓝藻被移除6个月以后,几乎所有进化了的特征都能恢复到原来未经蓝藻选择时的状态。选择实验中进化出的对蓝藻的抗性在所有种群中皆完全消失。基因型动态分析结果表明,非对称种内竞争可能是进化快速反转的主要驱动力。本研究表明,产毒蓝藻的存在和移除能导致水溞种群产生快速的多特征适应性进化和恢复,这对应用生物学具有重要意义,比如恢复一些对生态系统服务不利的进化反应（病原体耐药性的进化和鱼类的小型化等）。