微囊藻是我国大部分湖泊蓝藻水华的优势种,微囊藻水华形成的机理研究是蓝藻水华防治的基础,其中一些方面已经研究得相当的深入,但关于微囊藻群体形成的机理研究却不多,野外的群体形态的微囊藻分离纯化转入室内培养后,群体形态往往消失,转变为单细胞。采取很多理化、营养等方法调控,即使生物量达到很大,仍保持单细胞形态,难以形成类似野外水华藻类群体。室内微囊藻的研究大都是利用单细胞进行的,这样的研究结果往往与野外的实际情况有着较大的差异；而单细胞微囊藻不能模拟水华的形成,这大大制约了蓝藻水华形成的机理研究,使得蓝藻水华的预测、防治工作不能有效开展。因此,开展微囊藻形成群体的机理研究有着重大的理论意义和实际意义。胞外多糖是藻类群体形成的物质基础,大量研究结果表明,营养盐浓度和光照强度会影响藻类胞外多糖的产量,因此,这两种非生物因子对群体的形成可能会起到一定的调控作用。已有研究证实,生物因子--鞭毛虫的牧食压力能诱导单细胞的微囊藻转变成群体形态的微囊藻,但由于所诱导出的微囊藻群体,其形态、大小与野外群体都存在着较大差异,所以还不能确定捕食行为就是野外微囊藻群体形成的主要诱导因子。浮游动物信息物质诱导栅藻群体形成已经得到证实,而捕食诱导微囊藻群体的形成也可能具有相似的机理。本文就以下几个方面进行研究:　　 通过改变培养基的营养盐浓度(主要是C、N、P)、温度和光照强度,观察这三种非生物因子对铜绿微囊藻胞外多糖含量以及群体形成的影响；利用鞭毛虫长时间的直接捕食压力,诱导铜绿微囊藻大型群体的形成,同时比较诱导大群体与单细胞铜绿微囊藻生理、生化成分的差异；向单细胞铜绿微囊藻中添加鞭毛虫滤液,观察群体形成情况,并讨论捕食诱导铜绿微囊藻群体形成的机理；比较单细胞和诱导群体在防御、抗Cu胁迫、沉降率、生长率以及光合活性等方面的差异。具体的研究结果和分析如下:　　 单独的改变培养基营养盐浓度、温度或光照强度后,各处理组中的微囊藻仍以单细胞的形态出现。将培养基中P浓度降低或C浓度升高后,微囊藻胞外多糖的含量与对照没有明显的差别(P>0.05)。而将N浓度降低至1.98mg·L-1后,微囊藻胞外多糖含量明显高于其它处理(P<0.05),培养在C↑ NP↓(N、P、C浓度分别为1.98、0.65、28.9 mg·L-1)中微囊藻胞外多糖含量为所有处理组中最高。不同温度培养条件下的铜绿微囊藻胞外多糖含量没有明显差异。对于5、40、100μmol quanta m-2 s-1(PAR)三种光照强度,100μmol quanta m-2 s-1高光强条件下微囊藻胞外多糖含量最高。同时调节了营养盐浓度(N、P、C浓度分别为1.98、0.65、28.9 mg·L-1)和增加光照强度(100 PAR)后,单细胞的铜绿微囊藻在第4天便出现了肉眼可见的大群体,这些群体的胞外多糖含量大大高于单细胞铜绿微囊藻(P<0.05)。　　 向单细胞铜绿微囊藻中添加鞭毛虫,混合培养10天后观察到由几个藻细胞聚集而成的铜绿微囊藻群体,随后群体直径和细胞数都慢慢增加。50天后,出现了大量肉眼可见的铜绿微囊藻群体,它们普遍由数千个藻细胞聚集而成,群体直径达200μm以上。铜绿微囊藻形成群体后藻细胞Chla和胞外多糖EPS的含量明显增加(P<0.05)。而群体与单细胞铜绿微囊藻的蛋白质和胞内多糖含量则没有明显的差异(P>0.05)。铜绿微囊藻多糖水解后生成8种单糖,群体微囊藻和单细胞微囊藻单糖的组成却没有明显的差异。单细胞铜绿微囊藻相对伪空泡含量(Relative Gas vesicle Volume,RGV)为112.47,形成群体后RGV明显增加,达190以上。鞭毛虫捕食诱导形成的铜绿微囊藻群体一部分漂浮于液面,另一部分则沉降在瓶底,上浮群体的细胞聚集比较松散,有些群体还具野外群体的穿透结构,而下沉的群体细胞则聚集得非常紧密。我们推测,群体微囊藻的浮力除受伪空泡的调节外,还受细胞聚集紧密程度的影响。　　 用捕食了铜绿微囊藻的鞭毛虫的滤液培养单细胞铜绿微囊藻,在3天后观察到了一些含3个或4个细胞的小微囊藻群体,随着培养时间的延长,群体的数量逐步地增多,体积也逐步地增大。在未捕食铜绿微囊藻的鞭毛虫的滤液中,与BG11培养基中的对照一样,微囊藻大部分都以单细胞或双细胞形态出现,几乎未见由3个以上藻细胞聚集的个体。鞭毛虫滤液的诱导效果与鞭毛虫的密度有关,滤液的添加比例也影响着群体的诱导效果。随着鞭毛虫含量的增加与添加滤液比例的增加,微囊藻平均每个体细胞数和群体比例也跟着增加,且呈现出良好的相关性。这表明微囊藻形态的改变是由鞭毛虫在捕食铜绿微囊藻后释放的信息物质所诱导的,诱导微囊藻群体形成的信息物质并不是鞭毛虫或微囊藻本身所含物质,也不是鞭毛虫必然的生理代谢物,而是在捕食了微囊藻后,微囊藻在其体内被消化后激活而形成的。根据我们的初步研究,鞭毛虫诱导铜绿微囊藻群体形成的信息物质分子大小在1000-16000Da之间,该物质热稳定性高,亲水性较高,但对酸、碱较为敏感,在长时间的自然条件下活性会消失。　　 单细胞铜绿微囊藻经鞭毛虫滤液诱导形成群体后,大大提高了对鞭毛虫捕食的防御能力,鞭毛虫对群体微囊藻消除率明显低于对单细胞微囊藻的消除率(P<0.05),而鞭毛虫在群体微囊藻中的生长率也明显低于在单细胞微囊藻中的生长率(P·<0.05)。0.25mg·L-1CuSO4处理48h后,单细胞微囊藻处理中藻液泛黄,而群体微囊藻处理颜色无异常,流式细胞仪FDA染色测定细胞酯酶的结果表明单细胞微囊藻大部分死亡,存活率仅剩2.31％。而群体微囊藻则仍有80.52％的细胞存活。代价方面,经鞭毛虫滤液诱导形成群体后,微囊藻沉降速率明显增加(P<0.05),而实际光量子产量φPSⅡ则下降了。另外,在新的培养基中后,单细胞微囊藻在第6天即进入对数生长期,经过21天的培养,其密度由初始的4.5×105 cell·ml-1增长到1.43×107cell·ml-1,生长率达0.165 d-1,而鞭毛虫捕食诱导形成的群体微囊藻整个生长曲线较为平缓,21天后密度仅达4.93×106 cell·ml-1,生长率为0.114d-1。