富营养化环境下的海洋微藻生理生化特性研究

论文摘要

本论文以我国长江口水域两种主要有害藻华原因种-中肋骨条藻和东海原甲藻为研究对象,研究了富营养化条件下,两种主要微藻的磷酸酶活性、主要生化组成以及光合作用等方面的变化,分析讨论了不同营养盐条件与微藻的主要生理生化特性之间的关系,以期为近海富营养化评价提供生物学特征参数。主要结果如下:中肋骨条藻和东海原甲藻均能诱导碱性磷酸酶和酸性磷酸酶,且两种磷酸酶具有相似的变化趋势。外界磷酸盐和胞内磷酸盐浓度越低,酶活性越高。对两种藻的磷酸酶活性与营养盐浓度进行相关性分析发现,两种藻的酶活均与胞内磷酸盐呈较显著的负相关关系,而与环境中的磷酸盐浓度相关性不显著。另外两种藻均能吸收利用有机磷化合物（ATP、G-6-P和G-P）,生物量明显增加。三种有机磷化合物对藻生物量的贡献由高到低的顺序为:ATP>G-6-P>G-P。从碱性磷酸酶活性可以发现两种藻对三种有机磷化合物的利用方式存在区别:对ATP和G-6-P可能是直接吸收,对G-P可能是先通过磷酸酶水解后再吸收。酸性磷酸酶活性的增加说明两种藻在外界磷限制的条件下能充分利用胞内储存的磷酸盐,使藻维持生长。通过一次性培养发现,在试验初期,当藻细胞处于快速分裂的生长旺盛期时,两种微藻的单位细胞总脂和总碳水化合物含量随着营养盐的消耗而呈下降趋势,在试验后期,藻细胞分裂缓慢,生长处于稳定期,环境中营养盐浓度很低,胞内总脂和总碳水化合物含量呈上升趋势。单位细胞总蛋白含量在整个实验期间也随着营养盐的消耗呈下降趋势,但无上升现象,且变化较总脂和总碳水化合物变化小。对三种生化组分含量与营养盐浓度进行相关性分析发现,磷酸盐浓度与微藻的生化组分含量之间的相关性较好,而硝酸盐浓度与任何一种生化组分之间的相关性均较差。中肋骨条藻和东海原甲藻在低营养盐浓度处理组的单位细胞光合色素含量（Chla、Chlc和TCC）分别低于相对应的高营养盐浓度处理组。对于中肋骨条藻和东海原甲藻,当P源充足时,低N处理组的藻细胞叶绿素活性较高,光合速率高于高N处理组;N源充足时,低P处理组的光合速率低于高P处理组。进一步证明与N源相比,P是控制两种藻生长最重要的限制因素。当N/P比值一定（16/1）,低营养盐浓度培养的中肋骨条藻的光合速率低于高营养盐浓度组,而东海原甲藻反应相反。对微藻的光合速率与营养盐浓度进行相关性分析发现微藻的胞内磷酸盐浓度与微藻的光合速率呈较好的相关关系而环境中的硝酸盐浓度与光合速率的相关性不显著。本论文的创新性主要体现在比较全面的研究了富营养条件与微藻生理生化特性之间的相关关系,为近海富营养化评价结合生物特征参数提供参考依据,另外本论文比较研究了相同营养条件下两种主要有害藻华原因种的生理生化反应,从生理生化角度解释了两种藻的赤潮形成机制以及形成赤潮时间顺序的特性。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 近海富营养化概述
• 1.1 富营养化的定义
• 1.2 富营养化的分类
• 1.3 富营养化的成因
• 1.3.1 富营养化成因的两种理论
• 1.3.2 营养盐在水体富营养化中的作用
• 1.3.3 人类活动与沿海水域营养盐负荷的关系
• 1.3.4 近岸海域富营养化的主要诱因
• 1.4 近海富营养化与赤潮发生的关系
• 1.4.1 营养盐输入总量与赤潮发生的关系
• 1.4.2 营养盐组成与赤潮发生的关系
• 1.4.3 营养盐输入时机与赤潮发生的关系
• 1.4.4 富营养化与浮游植物的种类敏感性
• 1.4.5 营养盐与赤潮发生的间接联系
• 2.近海富营养化的评价理论与方法
• 2.1 近海富营养化概念模型
• 2.2 近海富营养化评价方法
• 2.2.1 单因子法
• 2.2.2 综合指数法
• 3 海洋微藻与富营养化关系
• 3.1 海洋微藻群落结构与富营养化的关系
• 3.2 海洋微藻生理生化性质与富营养化的关系
• 3.2.1 酶活性
• 3.2.2 海洋微藻生化组成
• 3.2.3 微藻光合作用特性
• 3.3 海洋微藻分子生物学性质与富营养化的关系
• 3.4 存在问题及研究目的
• 第二章 不同营养条件下海洋微藻的磷酸酶活性特征研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验藻种及培养条件
• 1.2 磷酸盐吸收动力学试验方法
• 1.3 磷酸酶活性特征试验方法
• 1.3.1 试验培养条件
• 1.3.2 藻细胞计数和比生长率测定
• 1.3.3 酶活性测定方法
• 1.4 营养盐分析
• 1.5 数据统计与分析
• 2 结果
• 2.1 两种微藻的磷酸盐吸收速率
• 2.2 不同营养条件下两种微藻的细胞密度及比生长速率
• 2.3 两种微藻培养液中及胞内营养盐变化和磷酸酶活性变化
• 2.4 两种微藻的磷酸酶活性与磷酸盐浓度之间的相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第三章 有机磷化合物对海洋微藻磷酸酶活性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试验藻种
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 藻培养条件
• 1.2.2 藻细胞计数及比生长率测定
• 1.2.3 培养液中总磷浓度和藻细胞中总磷含量测定
• 1.2.4 酶活性分析方法
• 2 结果
• 2.1 不同营养条件下两种微藻的细胞密度及比生长速率
• 2.2 不同营养条件下两种微藻的磷酸酶活性变化
• 2.3 两种微藻的胞内总磷和培养液中磷浓度变化
• 3 讨论
• 4 小结
• 第四章 富营养化条件下海洋微藻生化组成特征研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验藻种及培养条件
• 1.2 试验培养条件
• 1.3 藻细胞计数和比生长率
• 1.4 生化组分测定方法
• 1.4.1 总脂测定方法
• 1.4.2 总蛋白测定方法
• 1.4.3 总碳水化合物测定
• 1.5 营养盐分析
• 2 结果
• 2.1 不同营养条件下两种微藻的细胞密度及比生长速率
• 2.2 培养液中营养盐浓度及胞内磷酸盐浓度变化
• 2.3 不同营养条件下两种微藻的生化组成含量变化趋势
• 2.4 两种微藻的生化组分含量与营养盐浓度之间的相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第五章 富营养化条件下海洋微藻光合作用特征研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验藻种及培养条件
• 1.2 实验方法
• 1.2.1 藻培养条件
• 1.2.2 藻细胞计数及比生长率测定
• 1.2.3 培养液中营养盐浓度及胞内可溶性磷酸盐浓度测定
• 1.2.4 微藻的光合作用、呼吸作用和光合色素测定
• 2 结果
• 2.1 不同营养条件下两种微藻的生长密度及比生长速率
• 2.2 不同营养条件下两种微藻光合色素含量的变化
• 2.3 不同营养条件对两种微藻光合作用的影响
• 2.4 不同营养条件对两种微藻呼吸作用的影响
• 2.5 两种微藻的光合速率与营养盐之间的相关性分析
• 3 讨论
• 4 小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 博士期间论文完成和发表情况
• 致谢