滇池铜绿微囊藻春化作用原理及其基因控制模型改进

生态环境学报2016，25(12)：2028—2034EcologyandEnvironmentalScienceshttp：／1wwwdeesci．comE—mail：editor@jeesci．tom滇池铜绿微囊藻春化作用原理及其基因控制模型改进郭蔚华，刘青香，彭习武2，刘晨茜1．重庆大学城市建设与环境5-_程学院，重庆400045；2．深业置地有限公司，广东深圳518035摘要：为更好地阐述滇池铜绿微囊藻(MicrocystisaeruginosainDianchiLake)需求低温的原因、增长与低温高温之间的关系等，对长期的藻春化作用研究所获得的成果进行了梳理、归纳、凝练、提升，形成了藻春化作用原理。在此基础上，对旧的藻春化作用基因控制模型(假说)进行了改进。滇池铜绿微囊藻春化作用原理是：(1)该藻生长活动对低温有需求；(2)休眠高温具有停止藻增长的作用，生长高温具有抑制藻增长的作用；(3)诱导低温能解除休眠高温对藻的休眠作用，解除生长高温对藻的抑制作用；(4)藻的休眠程度和被抑制程度与休眠高温、生长高温的强度、作用时间呈正相关；(5)诱导低温解除藻的高温休眠作用、抑制作用的时间与藻的休眠程度、被抑制程度呈正相关；(6)连续低温诱导可出现最大藻增长率；(7)最适诱导低温产生藻春化作用和解除藻高温休眠作用的时间最短；(8)在最高到最适诱导温度(14～l0℃)之间，藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而增强、随低温作用时间的延长而增强；在最适到最低诱导温度(13～7℃)之间，藻的高温休眠作用、抑制作用的解除效果随诱导低温的降低而减弱、随低温作用时间的延长而增强。滇池铜绿微囊藻春化作用原理可为该藻暴发的数量预测与工程控制提供新的科学理论和研究方法。对旧基因控制模型的改进主要是对激活基因、激活蛋白的结构、功能的细化，对调结蛋白特性的调整，对不同的诱导低温、休眠高温等温度起作用时调节蛋白构象变化的细化。改进后的新模型能够更好地阐释诱导低温与休眠高温等交互作用的藻春化作用原理。关键词：藻春化作用原理；基因控制模型；基因控制过程；滇池铜绿微囊藻；星肋小环藻DOI10．16258／j．cnki．1674—5906．2016．12．019中图分类号：Q945．79；X173文献标志码：A文章编号：1674—5906(2016)12—2028—07引用格式：郭蔚华，刘青香，彭习武，刘晨茜．2016．滇池铜绿微囊藻春化作用原理及其基因控制模型改进fJ]．生态环境学报，25(12)：2028—2034．GUOWeihua，LIUQingxiang，PENGXiwu，LIUChenxi．2016．PrincipleofvernalizationinMicrocystisaeruginosainDianchiLakeandimprovementsofgenemodeloncontrollingthevernalization[J]．EcologyandEnvironmentalSciences，25(12)：2028—2034．为什么嘉陵江星肋小环藻(Cyclotellaasterocostata)只在早春活动，而在温光也适宜的秋季不见其踪迹?为什么滇池铜绿微囊藻『MicrocystisaeruginosainDianchiLake，铜绿微囊藻的一个生态型(郭蔚华等，2015)]在春季的暴发规模大于秋季?为什么滇池铜绿微囊藻大暴发多年一次?为什么在25℃培养时，滇池铜绿微囊藻增长率随培养次数增加而降低?为什么滇池铜绿微囊藻在实验室的增长率远远低于自然环境下藻暴发时的增长率?解答这5个“为什么”便是课题提出的基本原因。在过去的l0多年里，经过现场调研、实验室研究，不仅发现了两藻对低温的需求，同时获得了藻增长与低温的关系等许多研究成果，需要将诱导低温、休眠高温与藻增长的关系进行梳理、归纳、凝练、提升，形成藻春化作用理论，并说明其意义。在此基础上，对旧的藻春化作用基因控制模型(郭蔚华等，2014b)进行改进。1藻春化作用及其原理的研究1．1藻春化作用的研究与发现2005年，为探寻嘉陵江出口段星肋小环藻(水华硅藻)只在早春活动的原因，研究小组用了3年时间进行现场调研，对藻、温光、营养盐、水位、流速等指标进行了测试分析，但未能找到该藻只在早春活动的原因。在这种情况下，研究小组改变了研究思路，分析了星肋小环藻活动的时间背景，认为早春和晚秋虽然都有适宜该藻增长的温光，但早春之前是冬季，而秋季之前是夏季，由此联想到星肋小环藻秋季不活动的原因可能与秋季之前无低温天气过程有关，如果该藻增长活动需要低温过程，那么5个“为什么”可以得到解答。2009年初春，在嘉陵江出口段星肋小环藻出现时现场采样进行实验，实验中低温能够诱导星肋小环藻增长。接基金项目：中央