典型赤潮藻对氨基酸的利用特性研究

论文摘要

近年来,溶解有机氮成为全球近海增长迅速的氮源形式。越来越多的研究显示,溶解有机氮能够促进某些赤潮种类的增殖因而与有害赤潮的发生具有密切联系。为探讨赤潮藻对氨基酸的吸收和利用特性,揭示水体有机氮浓度升高对近海浮游植物群落演替的潜在影响以及对藻华形成的作用,本论文以广东大亚湾养殖海域为重点监测海区,调查了溶解有机氮的时空变化特征及浮游植物的群落演替规律,同时采用实验室培养的方法,研究了中国沿海典型赤潮藻东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）、球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）、中肋骨条藻（Skeletonema costatum）、米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）对氨基酸的可利用性、吸收动力学特征和光系统响应特征,并探讨了无机营养、光照、温度等重要环境因子对典型赤潮藻利用氨基酸的调控作用,主要的研究结果如下：2008年1至12月对大亚湾养殖海域裸甲藻种群动态和主要环境因子进行了周年调查。结果表明,大亚湾海域裸甲藻类群优势种类是直径约为16-22μm的裸甲藻（Gymnodiniumsp.）,另外米氏凯伦藻、链状裸甲藻（Gymnodnium catenatum）和血红哈卡藻（Akashiwo sanguinea）也有少量出现。裸甲藻种群密度呈现出明显的季节性变化特征：5月出现裸甲藻密度高峰,全年最大密度达到903 cells·mL-1,秋冬季节密度最小。不同站位裸甲藻密度也具有明显的空间分布差异,养殖海域和近岸海域密度普遍高于外海海域。相关性分析结果表明,大亚湾海域裸甲藻密度的关键调控因子有温度、化学需氧量（chemical oxygen demand, COD）、可溶性有机氮（dissolved organic nitrogen, DON）和尿素。裸甲藻高密度、高频率出现的温度范围在24～26℃, DON和尿素的质量浓度范围分别为156.38-187μgN·L-1和17.4～38.9μgN·L-1。在温度适宜的条件下,尿素等有机氮含量的增加可能成为裸甲藻赤潮的触发因子。选取中国沿海4种典型赤潮藻为实验材料,采用一次性培养的方法,研究了赤潮藻在以游离氨基酸为唯一氮源条件下的生长特性、吸收动力学特征及光系统响应特征。结果表明,不同种类浮游植物对游离氨基酸的响应具有显著差异：东海原甲藻和球形棕囊藻可以利用多种游离氨基酸生长,但米氏凯伦藻和中肋骨条藻在以游离氨基酸为唯一氮源时不能生长。而且,东海原甲藻和球形棕囊藻在不同氨基酸条件下的比生长率具有显著差异。氮限制条件下的赤潮藻在添加50μM氨基酸后,Fv/Fm能迅速恢复且在培养后期仍维持在较高水平。东海原甲藻和球形棕囊藻对丙氨酸的最大吸收速率分别为0.47pmol·cell-1·h-1和0.11 pmol·cell-1·h-1,半饱和常数分别为3.32 pmol和0.41 pmol。由于不同种类的浮游植物对游离氨基酸的响应具有显著差异性,在近海有机氮含量不断上升的背景下,浮游植物群落组成可能发生改变,某些能够利用氨基酸的种类更容易形成优势。东海原甲藻和球形棕囊藻的氨基酸氧化酶活性不仅随生长阶段发生规律性变动,而且受到氮源、光照、温度等环境因素的调控作用。东海原甲藻和球形棕囊藻的氨基酸氧化酶对不同氮源的响应具有显著差异,表明这2种赤潮藻对氨基酸的利用策略各有特点。温度是影响东海原甲藻和球形棕囊藻氨基酸氧化酶活性的重要因素,过高或过低的温度都会使赤潮藻的氨基酸氧化酶活性降低。东海原甲藻和球形棕囊藻在高光强（100μmol·m-2·s-1）的条件下的氨基酸氧化酶活性最高,并随光强的降低活性也降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 前言
• 1.1 赤潮已成为全球公害
• 1.2 全球近海有机氮含量增加
• 1.3 近岸水体氨基酸含量的变化趋势
• 1.4 浮游植物对氨基酸的吸收利用特性及机制研究进展
• 1.5 论文的研究目的与意义
• 第2章 大亚湾裸甲藻种群动态及其关键调控因子
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果
• 2.2.1 裸甲藻类群的组成
• 2.2.2 裸甲藻种群数量的周年种群时空变动特征
• 2.2.3 裸甲藻种群数量变动与叶绿素α的关系
• 2.2.4 裸甲藻种群数量变动与水体温度、盐度的关系
• 2.2.5 裸甲藻种群数量变动与营养盐的关系
• 2.2.6 裸甲藻细胞密度与尿素、氨基酸含量的关系
• 2.3 分析与讨论
• 2.3.1 温度、盐度与裸甲藻季节分布
• 2.3.2 DON与裸甲藻种群数量变动
• 2.4 本章小结
• 第3章 赤潮藻对氨基酸的可利用性
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果
• 3.2.1 赤潮藻在不同氮源下的生长特性
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 某些藻类在无菌条件下可以利用氨基酸维持生长
• 3.3.2 浮游植物利用氨基酸的能力具有种间差异
• 3.3.3 浮游植物对氨基酸的选择性利用
• 3.4 本章小结
• 第4章 赤潮藻对氨基酸的吸收动力学特征
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 数据分析
• 4.1.2 实验藻株的预培养
• 4.1.3 微藻对丙氨酸的吸收动力学
• 4.1.4 数据分析
• 4.2 结果
• 4.2.1 时间变化特征
• 4.2.2 浓度响应特征
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 浮游植物对氨基酸利用能力的差异
• 4.4 本章小结
• 第5章 赤潮藻对氨基酸的生理生态响应
• 5.1 材料与方法
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 赤潮藻在单一氮源下的生长特征与光合特性
• 5.2.1.1 赤潮藻在单一氮源下的生长特征
• 5.2.1.2 赤潮藻在单一氮源下的光合特性
• 5.2.2 赤潮藻在混合氮源下的生长特征与光合特性
• 5.2.2.1 赤潮藻在混合氮源下的生长特征
• 5.2.2.2 赤潮藻在混合氮源下的生长特征
• 5.3 分析与讨论
• 5.3.1 浮游植物以氨基酸作为氮源能维持较高水平Fv/Fm值
• 5.4 本章小结
• 第6章 赤潮藻氨基酸氧化酶活性及环境因子的调控作用
• 6.1 材料与方法
• 6.2 结果
• 6.2.1 不同时相赤潮藻的氨基酸氧化酶活性
• 6.2.2 不同氮源条件下赤潮藻的氨基酸氧化酶
• 6.2.3 不同光照下赤潮藻的氨基酸氧化酶活性
• 6.2.4 不同温度条件下赤潮藻的氨基酸氧化酶活性
• 6.3 分析与讨论
• 6.3.1 赤潮藻的氨基酸氧化酶活性变化
• 6.3.2 不同氮源对赤潮藻的氨基酸氧化酶活性影响
• 6.3.3 不同光照对赤潮藻的氨基酸氧化酶活性影响
• 6.3.4 不同温度对赤潮藻的氨基酸氧化酶活性影响
• 6.4 本章小结
• 第7章 主要结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢