铁、磷和光照强度对三种浮游植物生长的影响

论文摘要

赤潮已成为我国主要的海洋灾害之一,对海洋经济的发展产生了严重影响。本文选取了广泛分布在我国沿海地区的三种浮游植物:海洋原甲藻（Prorocentrummicans Ehrenberg）、隐藻（Cryptomonas sp.）和微微型硅藻（picophytoplanktondiatom）,研究了它们在不同的铁、磷浓度和光照强度条件下,细胞密度、生长速率、细胞结构以及对营养盐的吸收和利用情况的变化。研究结果表明:在铁限制培养条件下,尤其是培养液中铁浓度小于10nmol L-1时,所选浮游植物的生长速率和最高藻细胞密度明显受到影响,其影响程度海洋原甲藻最大,隐藻其次,微微型硅藻最小。在长期的铁限制培养条件下,除微微型硅藻外,海洋原甲藻和隐藻细胞的微观结构发生明显改变。首先,叶绿体膜破坏并逐渐消失,可以观察到很多扭曲和变形的叶绿体。接着,其他细胞器的膜结构也发生变形并逐渐破坏,导致亚细胞结构不清,甚至引起细胞核以及其他细胞器消失。铁缺乏对隐藻和原甲藻吸收和利用营养盐也有明显的影响,此时锰会替代铁发挥相关的生理作用,引起藻细胞对锰的吸收利用增多。磷对浮游植物的生长有明显的影响。在无磷的培养液中,三种浮游植物都停止生长。海洋原甲藻密度随培养液中磷浓度的升高而增大。磷浓度对隐藻吸收某些微量元素有较显著的影响,磷浓度为0.5μmol L-1时,隐藻内的锰、镍、钴、锌和铜的含量明显低于浓度为5μmol L-1和15μmol L-1时的含量。三种浮游植物的最适光照强度有差异,原甲藻的最高,隐藻略低,微微型硅藻最低。低光照强度培养条件下,所研究浮游植物中的叶绿素含量明显增多。在铁和光照强度协同作用下,当光照强度低于30μE m-2s-1时,对隐藻细胞生长速率的限制作用更为明显;光照强度大于60μE m-2s-1后,铁限制作用越来越明显。在混种培养条件下,低光照强度时,浮游植物群落组成中微微型硅藻居于优势地位;在高光照强度下,隐藻和原甲藻占主要地位。这表明,光照强度对海洋生态系统中浮游植物群落的组成有较大的影响。光照强度小于1μE m-2s-1时,培养60天后,很多微微型硅藻细胞转化为休眠孢子,隐藻和原甲藻细胞没有发现休眠孢子。光照强度对浮游植物的生长以及吸收和利用营养盐有很大影响,光照强度为10μEm-2s-1时,微微型硅藻对铝的吸收利用量要比培养液浓度高出约70倍,隐藻比培养液浓度高出80-100倍。当光照强度在10-200μE m-2s-1之间时,所研究浮游植物对铅的富集量随光照强度增强而降低。原甲藻对铅的最大富集倍数约160,隐藻约为150,微微型硅藻约为80。以上研究结果有助于更好地理解铁、磷和光照强度对浮游植物生长的限制作用,从而为揭示赤潮暴发机制提供新的认识,同时也为控制赤潮发生提供有效的解决途径,具有重要的理论和实际意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 赤潮简介
• 1.1 赤潮生物种类和生物量指标
• 1.1.1 赤潮生物类型
• 1.1.2 常见藻种
• 1.1.3 赤潮生物量指标
• 1.1.4 几种常见藻种形成赤潮时的基础密度
• 1.2 赤潮的发生原因
• 1.2.1 海水富营养化
• 1.2.2 水文气象因素和海水理化因素的影响
• 1.2.3 生物之间相互作用
• 1.3 赤潮的危害
• 1.3.1 对海洋生态平衡的影响
• 1.3.2 给海洋渔业带来巨大经济损失和对水产资源的破坏
• 1.3.3 对人类健康危害
• 1.3.4 赤潮影响海洋环境
• 第二章 营养元素在浮游植物生长中的作用
• 2.1 常量营养盐
• 2.1.1 氮营养盐
• 2.1.2 磷营养盐
• 2.1.3 硅营养盐
• 2.2 微量营养盐
• 2.2.1 锰对浮游植物的作用
• 2.2.2 锌对浮游植物的作用
• 2.2.3 铜对浮游植物的作用
• 2.2.4 硒对浮游植物的作用
• 2.3 浮游植物的叶绿体结构
• 2.4 浮游植物叶绿体的功能
• 第三章 铁对浮游植物生长影响
• 3.1 海水中铁的浓度及来源
• 3.1.1 海水中的铁浓度
• 3.1.2 海水中铁的来源
• 3.2 海水中铁的形态及不同形态间的相互转化
• 3.2.1 溶解态的铁
• 3.2.2 胶体态的铁
• 3.2.3 颗粒态的铁
• 3.2.4 不同形态铁之间的相互转化
• 3.3 铁的生物可利用性
• 3.4 铁在植物代谢中的作用
• 3.4.1 铁对叶绿素影响
• 3.4.2 铁对浮游植物光合作用的影响
• 3.5 铁对浮游植物生长限制的研究
• 3.5.1 “铁假说”的提出
• 3.5.2 铁对浮游植物生长限制作用的研究概况
• 第四章 铁和磷对三种藻细胞生长的影响
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 实验主要试剂和仪器
• 4.1.2 实验藻种
• 4.1.3 无铁培养基的配制
• 4.1.4 藻种的预培养
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 铁浓度的设定
• 4.2.2 铁限制时的培养方法与过程
• 4.2.3 藻细胞浓度的测定
• 4.2.4 藻细胞固定液的配制测定
• 4.2.5 铁浓度和温度对藻细胞生长率的影响
• 4.2.6 叶绿素含量的测定
• 4.2.7 藻细胞种群生长率和世代时间的测定
• 4.2.8 藻细胞消化方法
• 4.2.9 培养液测定前的处理方法
• 4.3 铁浓度对藻细胞生长的影响
• 4.3.1 铁浓度对海洋原甲藻生长的影响
• 4.3.2 铁浓度对隐藻生长的影响
• 4.3.3 铁浓度对海洋原甲藻和隐藻种群生长率的影响
• 4.3.4 铁浓度和温度对藻细胞生长率的影响
• 4.3.5 铁浓度对叶绿素含量的影响
• 4.3.6 无铁预培养对藻细胞密度的影响
• 4.4 铁限制对藻细胞形态的影响
• 4.4.1 电子显微镜处理液的配制
• 4.4.2 藻细胞透射电镜样品的制备过程
• 4.4.3 扫描电镜样品的制备
• 4.4.4 铁限制对海洋原甲藻形态的影响
• 4.4.5 铁限制对隐藻形态的影响
• 4.5 铁限制对藻细胞吸收和利用营养盐的影响
• 4.5.1 铁限制条件下隐藻细胞成分的分析
• 4.5.2 铁限制条件下原甲藻细胞形态和成分分析
• 4.5.3 铁浓度对富集铝和铅的影响
• 4.6 铁和磷对藻细胞生长的交互作用
• 4.6.1 铁和磷对藻类生长的正交实验
• 4.6.2 铁和磷对隐藻细胞生长的交互作用
• 4.6.3 铁和磷的浓度对藻消耗铁磷营养盐的影响
• 4.7 磷对海洋原甲藻细胞生长的影响
• 4.8 磷对隐藻细胞吸收和利用各种元素影响
• 第五章 光照强度对浮游植物生长的影响
• 5.1 光照强度对浮游植物生长影响的研究
• 5.1.1 光照强度在浮游植物生长中的作用
• 5.1.2 光照强度对藻细胞吸收氮的影响
• 5.1.3 光照强度对藻细胞吸收磷的影响
• 5.1.4 光照强度对藻细胞吸收铁的影响
• 5.2 实验材料和方法
• 5.2.1 藻细胞的保存
• 5.2.2 培养基配制
• 5.2.3 培养过程
• 5.2.4 细胞计数
• 5.2.5 藻细胞中元素的测定
• 5.3 光照强度对几种浮游植物生物量的影响
• 5.3.1 光照强度对原甲藻细胞密度的影响
• 5.3.2 光照强度对隐藻细胞密度的影响
• 5.3.3 光照强度对硅藻细胞密度的影响
• 5.3.4 光照强度对藻细胞生长率的影响
• 5.3.5 光照强度和铁浓度对隐藻细胞生长率的协同影响
• 5.4 光照强度对藻细胞形态结构影响
• 5.4.1 低光照强度时藻细胞结构的变化
• 5.4.2 中光照强度对藻细胞结构变化的影响
• 5.4.3 高光照强度时藻细胞结构的变化
• 5.5 光照强度对藻细胞吸收营养盐的影响
• 5.5.1 光照强度对原甲藻吸收铁的影响
• 5.5.2 光照强度对隐藻吸收磷的影响
• 5.5.3 光照强度对海洋原甲藻吸收铁和磷的影响
• 5.5.4 光照强度对硅藻消耗溶液中营养盐的影响
• 5.5.5 光照强度对藻细胞吸收锌的影响
• 5.5.6 光照强度对藻细胞吸收锰的影响
• 5.5.7 光照强度对藻细胞吸收钴的影响
• 5.5.8 光照强度对藻细胞吸收钼的影响
• 5.5.9 光照强度对藻细胞吸收铝的影响
• 5.5.10 光照强度对藻细胞富集重金属铅的影响
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献