在富营养化湖泊中,有害蓝藻水华频繁发生,且大部分蓝藻水华能够产生微囊藻毒素,严重威胁人类健康和饮用水安全。微囊藻毒素的产生受微囊藻毒素合成酶基因(microcystin biosynthesis gene cluster,mcy)的调控。有毒微囊藻细胞(基因组中含有mcy基因)和无毒微囊藻细胞(不含mcy基因)在水体中共存。其中有毒微囊藻种群丰度及其相对比例是决定微囊藻毒素浓度的重要因素。野外研究表明,水体中有毒微囊藻种群丰度及其在微囊藻种群中的比例有显著的时空差异性,且具有湖泊特异性,并受多种环境因子的影响。室内研究表明,两者在遗传、生长、生理和光合活性等方面存在差异。因此,探讨环境因子对有毒微囊藻和无毒微囊藻竞争的影响,有助于深入认识蓝藻水华发生机理,评价其带来的生态灾害。本文应用荧光定量PCR技术分析了太湖和巢湖有毒微囊藻种群丰度及其比例的时空变化规律,并分析了它们与环境因子之间的关系；在室内采用批次培养的方法开展了多种环境因子对有毒微囊藻和无毒微囊藻竞争的影响,提出了有毒微囊藻和无毒微囊藻竞争的基本规律。主要研究内容和结果如下:　　 1.分析了太湖4个湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和湖心)有毒微囊藻种群丰度及其相对比例的周年变化(2009年8月-2010年9月)。同时应用PCR-DGGE技术分析了4个湖区在4个季节(秋季:2009年10月；冬季:2010年1月;春季:2010年4月；夏季:2010年7月)的有毒微囊藻群落变化,同时构建了mcyA基因克隆文库,分析了太湖有毒微囊藻基因型多样性。荧光定量PCR结果表明,有毒微囊藻种群丰度及其相对比例具有显著的时空差异性:在4个湖区中,有毒微囊藻种群所占的比例分别为8.52％～65.86％、6.82％～64,36％、0.21％～30.35％和0.31％～20.59％。相关分析表明,有毒微囊藻与总磷和温度呈极显著正相关(P＜0.01),与正磷酸盐呈显著正相关(P＜0.05),与TN/TP和硝态氮呈极显著负相关(P＜0.01),与溶解氧呈极显著负相关(P＜0.05)。有毒微囊所占的比例总磷和温度呈极显著正相关(P＜0.01),与TN/TP和硝态氮呈极显著负相关(P＜0.01)。胞内微囊藻毒素与有毒微囊藻、总微囊藻、温度和总磷呈极显著正相关(P＜0.01),与溶解氧呈显著负相关(P<0.05)。水体中溶解性微囊藻毒素与总微囊藻和总磷呈显著正相关(P＜0.05),与总氮和氨态氮呈显著负相关(P＜0.05),与硝态氮和溶解氧呈极显著负相关(P＜0.01)。DGGE指纹图谱显示,有毒微囊藻基因型组成具有空间和季节性差异,所有样品中占优势的基因型是一致的,但4个湖区之间多样性指数并无显著差异(P＞0.05)。样品聚类分析表明,竺山湾、梅梁湾和贡湖湾聚为一支,湖心为一支。序列分析表明,所有mcyA基因片段长度为291bp,碱基组成相似性超过97％。mcyA序列系统进化树表明,太湖中有毒基因型均属于微囊藻属。　　 2.应用色素定量法和荧光定量PCR分析了太湖4个湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和湖心)底泥样品中藻蓝素浓度和有毒微囊藻种群丰度及其所占百分比的周年变化,同时应用PCR-DGGE技术分析了底泥样品中有毒微囊藻基因型组成的季节变化。结果表明,从夏季到冬季,底泥中色素含量逐渐增加,竺山湾、梅梁湾和贡湖湾在2010年2月份藻蓝素浓度最高,而湖心在2010年1月份浓度最高,然后呈现出波动性下降。定量PCR结果表明,竺山湾和梅梁湾底泥样品中有毒微囊藻种群丰度及其所占百分比在3月份达到最大值,而湖心和贡湖湾在2月份达到最大值。竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和湖心底泥样品中有毒微囊藻所占的百分比分别为5.5％～43.1％、5.6％～38.1％、1.8％～28.0％和1.5％～20.5％。mcyA-DGGE指纹图谱分析表明,有毒微囊藻基因型组成具有时空差异性:在湖心,DGGE条带数和香农多样性指数在秋季和春季高于冬季和夏季；在竺山湾、梅梁湾和贡湖湾,DGGE条带数和香农多样性指数在冬季和春季高于秋季和夏季。　　 3.采用荧光定量PCR技术,分析了巢湖7个不同湖区有毒微囊藻种群丰度及其所占百分比在夏季(2010年7月)和冬季(2010年12月)的变化规律,应用HPLC法测定了微囊藻毒素浓度,同时采用PCR-DGGE分析方法研究了有毒微囊藻基因型组成的空间和季节变化。结果表明,有毒微囊藻种群丰度及其所占百分比在夏季显著高于冬季,富营养化严重的西湖区高于东湖区。胞内微囊藻含量在夏季高于冬季,胞外毒素含量在冬季高于夏季。相关分析表明,有毒微囊藻、总微囊藻和叶绿素a呈极显著正相关(P<0.01),胞内微囊藻毒素浓度与有毒微囊藻种群丰度及其所占百分比呈极显著正相关(P<0.01),与pH呈显著正相关(P<0.05)；胞外微囊藻毒素浓度与总磷、正磷酸盐、硝态氮、氨态氮呈极显著正相关(P<0.01),与总氮呈显著正相关(P<0.05),与电导率和pH呈极显著负相关(P<0.01)。DGGE指纹图谱分析表明,不同湖区有毒微囊藻基因型组成存在季节变化。聚类分析表明,在夏季和冬季,西巢湖3个样品和东巢湖3个样品各聚为一支,表明湖泊富营养化水平对有毒微囊藻基因型组成有一定的影响。　　 4.采用批次培养的方法,研究了不同氮浓度(0.2 mg L-1,1.0 mg L-1,4.0mg L-1)和温度(20℃和30℃)对有毒微囊藻(Ma915)和无毒微囊藻(Ma469)竞争的影响,同时测定了微囊藻细胞光合活性的变化。结果表明,氮和温度及其联合作用对微囊藻光合作用及其竞争产生显著影响:实验过程中,微囊藻光合活性呈现出先增加后下降的趋势。在氮浓为0.2mg L-1条件下,藻细胞光合活性受到抑制；随氮浓度增加和温度升高,光合活性也显著增强；在氮浓度为0.2mg L-1条件下,无毒微囊藻占有竞争优势。在氮浓度为1.0 mg L-1和4.0 mg L-1,有毒微囊藻占有竞争优势,温度升高,有毒微囊藻细胞所占百分也增加。培养基中微囊藻毒素浓度为(0-0.2μgL-1),不会影响有毒和无毒微囊藻竞争；胞内微囊藻毒素浓度与细胞生长率呈正相关性。　　 5.采用批次培养的方法,研究了不同磷浓度(0.05 mg L-1,0.2 mg L-1,1 mg L-1)和温度(20℃和30℃)对有毒微囊藻(Ma915)和无毒微囊藻(Ma469)竞争的影响。结果表明,磷和温度及其联合作用对微囊藻光合作用及其竞争产生显著影响。在磷浓度为0.05mg L-1的条件下,微囊藻细胞光合活性受到抑制,无毒微囊藻占有竞争优势；在磷浓度为0.2rag L-1和1.0mg L-1时,随温度升高,微囊藻光合活性增强,有毒微囊藻细胞竞争优势逐渐增强。培养基中微囊藻毒素浓度为(0.02-0.22μg L-1),不会影响有毒和无毒微囊藻竞争；胞内微囊藻毒素浓度与细胞生长率呈正相关性。　　 6.采用批次培养的方法研究微囊藻细胞生长不营养盐限制时光照(40μmolm-2s-1,80μmolm-2s-1和120μmolm-2s-1)和温度(20℃和30℃)对有毒微囊藻(Ma915)和无毒微囊藻(Ma469)竞争的影响。结果表明,光照强度对微囊藻光合活性有显著影响,而温度对光合活性影响不显著。在所有实验组中,有毒微囊藻细胞均占有竞争优势,在光照强度为40pmol m-2 s-1,温度为20℃条件下,有毒微囊藻所占比例在第18d开始下降,当温度为30℃时,而其它实验组有毒微囊藻所占比例持续增加。统计分析表明,在该实验条件下,温度对有毒微囊藻和无毒微囊藻竞争的影响大于光照。培养基中微囊藻毒素含量为0.15μg L-1到1.22μg L-1。