近年来，随着人口增加和工农业生产的发展，大量氮磷等营养物质进入地表水，由此产生的水体富营养化问题特别是水华暴发已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康。同时，大量重金属随废水排放进入水环境中，使得重金属污染也成为我国水生态系统面临的又一个严峻问题。水华是富营养化水体中藻类微生物异常增殖的表现，铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）是湖泊蓝藻水华暴发过程中的优势种。因此，关于重金属生物可利用性及其对铜绿微囊藻生理生化特性影响的研究已成为当前环境科学领域的研究热点。此外，湖泊中的其他微生物对湖泊生态系统中各种元素的生物地球化学循环有重要影响，同时，湖泊中微生物群落结构和多样性也会受到水体富营养化的影响。鉴于此，本文以富营养化湖泊中微生物与金属、氮磷等理化因子之间的相互作用为主线，重点探讨了金属对蓝藻——铜绿微囊藻的生物可利用性和氮磷与微生物群落结构之间的关系，主要研究结果如下:　　(1)锌(Zn)是浮游植物进行生长和正常生命活动所必需的元素，在生物体内的各种生理生化过程中起着十分重要的作用。但是，较高浓度的Zn存在时也会对藻细胞的分化、光合作用以及营养物吸收等生理生化过程产生毒性作用。镉(Cd)是生物体的非必需元素，较低浓度存在时即可引起藻细胞的生物化学、形态和功能等方面的病理学改变。在本研究中，应用金属自由离子活度和细胞内金属浓度预测了Cd和Zn对不产藻毒素和产藻毒素的两株铜绿微囊藻(Ma469和Ma905)的吸收和毒性效应关系，比较了不同Cd和Zn自由离子浓度下，金属的吸收速率、光合作用系统Ⅱ最大量子产率和实际量子产率、藻细胞生长率以及细胞内的金属浓度等参数。结果表明:两株铜绿微囊藻在4h内对Cd和Zn的吸收符合一级吸收动力学模型，与培养基中添加的螯合剂的种类（EDTA或NTA）无关。两株铜绿微囊藻对Cd和Zn的短期(4 h)吸收动力学符合自由离子活度模型（Free ion activity model，FIAM），但Cd和Zn对两株铜绿微囊藻的毒性效应(48 h)不符合FIAM。相反，藻细胞内的Cd或Zn浓度与两种金属的毒性效应更相关，这说明生物配体模型(Biotic ligand model，BLM)更适合预测Cd和Zn对铜绿微囊藻的毒性效应。此外，两株铜绿微囊藻细胞内的Zn浓度与毒性效应均呈现“S”型曲线关系。两株铜绿微囊藻对Zn的耐受力基本相同，但产毒株Ma905对Cd具有更强的耐受力。本研究为评价金属对淡水蓝细菌的毒性效应提供了重要的基础数据。　　(2)磷元素的过量输入是导致水体富营养化和“水华”暴发的重要因子。本研究探索了在细胞内磷含量和水体溶解态磷含量变化条件下，铜绿微囊藻对金属Cd和Zn的4-h吸收和48-h毒性响应。将藻细胞在不同的磷浓度条件下进行驯化之后，细胞内形成了不同的磷含量。我们发现藻细胞内磷含量的增加可以极大的加速铜绿微囊藻对镉和锌的短期吸收。藻细胞内磷含量从66μmol g-1上升到118μmolg-1时，Cd和Zn的短期吸收速率分别增加了40倍和16倍，且随着细胞内磷含量的增加，金属的吸收速率呈显著的指数上升关系。光合作用系统Ⅱ最大量子产率和细胞生长率作为藻细胞暴露的毒性指标。磷饱和的藻细胞比磷饥饿的藻细胞具有更强的耐受金属镉和锌的能力，但是把磷饱和的藻细胞培养到磷饥饿的培养基中时其反而变得更加敏感。在富含磷的条件下，藻细胞内可能形成了多聚磷体，带负电荷的多聚磷体与金属离子结合，从而为细胞解毒。根据细胞内金属与磷含量的比值计算出来的IC50值对于Cd和Zn分别为0.041和0.036(mol∶ mol)。细胞内金属与磷含量的比值可以更好的预测不同磷含量条件下金属对藻细胞的毒性效应。　　(3)为了了解铜绿微囊藻对金属的耐受性，本研究探讨了驯化与恢复过程对藻细胞的影响。研究结果表明，藻细胞内Cd和Zn的含量随驯化金属浓度的增加而升高，并且经过1-d或5-d的恢复之后降低。不同的驯化金属浓度或者驯化周期对于藻细胞对Cd和Zn的短期吸收没有显著影响，而经过1-d恢复之后极大的促进了藻细胞对Cd和Zn的吸收。在驯化之后的毒性试验中，藻细胞的耐受性随着驯化金属浓度的升高而上升，表明铜绿微囊藻经驯化之后变得更加具有耐受性。在1-d恢复之后，藻细胞对Cd和Zn的短期吸收速率增加，相应地其对Cd和Zn的毒性也更加敏感。在5-d恢复之后，藻细胞对Cd和Zn的短期吸收速率以及毒性响应都与对照组相差不大。驯化之后藻细胞对金属的排出常数没有显著性差异。在亚细胞分布试验中，Cd主要分布在细胞的可溶部分，而Zn均匀的分布于细胞的吸附部分、不溶部分以及可溶部分。本研究表明，蓝藻细胞对变化的环境具有较强的适应能力，并且不同金属在藻细胞内的亚细胞分布规律不一样。　　(4)本研究应用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)结合多元统计分析方法研究了富营养化湖泊玄武湖沉积物中微生物群落结构的空间分布及其与环境因子的相关关系。应用主成分分析法(PCA)研究了不同采样点沉积物中五个主要环境因子（TN、TP、OM、pH和Eh）的相互关系，结果显示不同采样点沉积物的理化指标存在显著差异。为了探讨不同采样点沉积物中微生物群落结构的组成差异，应用多维尺度法(MDS)分析了不同采样点沉积物的DGGE图谱，结果显示环境理化因子相似的采样点的微生物群落结构组成也较为相近。典范对应分析(CCA)结果显示:pH和氧化还原电位(Eh)对沉积物中的细菌群落结构组成有显著影响。DNA序列分析结果表明:玄武湖沉积物中的主要细菌类群属于变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)及硝化螺旋菌门(Nitrospirae)，均属于淡水生态系统中的常见类群。　　(5)本研究通过变性梯度凝胶电泳结合DNA序列分析技术对我国两个富营养化湖泊太湖和玄武湖沉积物中微生物群落结构的垂直分布进行研究。研究结果应用多元统计方法进行分析。为了研究不同深度沉积物中微生物群落结构的组成特征，对DGGE电泳图谱进行聚类分析。太湖不同采样点沉积物中的微生物群落结构聚类为不同的类群。通过典范对应分析(CCA)方法研究不同环境因子与细菌群落结构之间的关系。两个湖泊中相同采样点的DGGE图谱具有较高的相似度。总磷，有机质以及pH值是影响微生物群落结构的主要环境因子。