臺(tái)灣海峽上升流區(qū)浮游植物對氮營養(yǎng)鹽的生理生態(tài)響應(yīng).pdf

1、本論文結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查、船基圍隔實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)手段，以臺(tái)灣海峽南部海區(qū)上升流期間浮游植物優(yōu)勢種—冰河擬星桿藻為模式種，運(yùn)用酶學(xué)、生理學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)等方法和技術(shù)，從營養(yǎng)需求、氮營養(yǎng)鹽吸收動(dòng)力學(xué)、同化酶活性和酶動(dòng)力學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)等角度，研究了冰河擬星桿藻氮營養(yǎng)生理及其對營養(yǎng)鹽變動(dòng)的響應(yīng)。結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從分子水平上探討了臺(tái)灣海峽南部近岸上升流區(qū)浮游植物優(yōu)勢種水華形成機(jī)制及其對現(xiàn)場氮營養(yǎng)鹽補(bǔ)充的響應(yīng)機(jī)理。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

2、1、在比較研究三種谷氨酰胺合成酶(GS)提取方法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了浮游植物GS的提取方法。結(jié)果表明，高速離心法(HC，＜10,000g)最適合硅藻和硅藻占優(yōu)勢的樣品中GS的提取，而超濾離心法(UF)則比較適合甲藻和甲藻占優(yōu)勢的樣品中GS的提取。比較高速離心法不同離心力和離心時(shí)間的結(jié)果表明，當(dāng)離心力為10，000g，離心時(shí)間為35min時(shí)，GS的提取效果最佳，GS的活性(GSA)最高。該方法克服了船上離心機(jī)離心法的限制，為開展海上GSA研究

3、提供了有效的方法； 2、2005和2006年臺(tái)灣海峽南部上升流區(qū)的大面調(diào)查、上升流追蹤、船基圍隔培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該海區(qū)在非上升流期間，存在氮、磷兩種營養(yǎng)鹽限制的現(xiàn)象，氮限制較磷限制更為嚴(yán)重。2005年夏季，上升流區(qū)存在強(qiáng)的間歇性脈沖式上升流，上升流期間，氮營養(yǎng)鹽的補(bǔ)充是冰河擬星桿藻等硅藻成為優(yōu)勢種的主要因素； 3、現(xiàn)場樣品中參與氮同化的兩種關(guān)鍵酶—硝酸還原酶(NR)和GS的活性結(jié)果表明，NR活性(NRA)

4、和GSA受到環(huán)境中氮營養(yǎng)鹽濃度、光周期、Chl-α濃度等多個(gè)現(xiàn)場因素的影響。NRA與硝酸鹽的補(bǔ)充存在時(shí)間上的短期滯后，當(dāng)環(huán)境中硝酸鹽濃度相對穩(wěn)定時(shí)，其活性與硝酸鹽濃度呈正相關(guān)， GSA與環(huán)境中氨氮濃度呈正相關(guān)，浮游植物吸收硝酸鹽后，GSA的表達(dá)滯后于NRA，上升流發(fā)生過程中二者呈負(fù)相關(guān)； 4、對上升流區(qū)浮游植物優(yōu)勢種—冰河擬星桿藻的氮營養(yǎng)生理的研究表明，同一濃度硝酸鹽和氨氮培養(yǎng)條件下，冰河擬星桿藻的生長速率和最大細(xì)胞密度相差不大

5、，但同一濃度尿素條件下，冰河擬星桿藻的生長速率和最大細(xì)胞密度則為硝酸鹽和氨氮條件下的兩倍；其生長不僅與現(xiàn)場營養(yǎng)鹽的絕對濃度有關(guān)，還受到環(huán)境中N/P比值的影響，當(dāng)N/P比值為20時(shí)，最適合細(xì)胞生長，相對于其它藻種，冰河擬星桿藻生長對氮的需求高于對磷的需求；冰河擬星桿藻不具備儲(chǔ)存無機(jī)氮的能力；對氮營養(yǎng)鹽的利用采用生長策略兼具高親合力的特點(diǎn)，當(dāng)?shù)獱I養(yǎng)鹽補(bǔ)充時(shí)細(xì)胞迅速吸收營養(yǎng)鹽并用于生長分裂，營養(yǎng)鹽耗盡后細(xì)胞迅速衰亡； 5、兩種硅藻：冰

6、河擬星桿藻和威氏海鏈藻(Thalassiosira weissflogii Fryxell&Hasle，1977)氮營養(yǎng)生理的比較研究表明，兩種藻類都可利用硝酸鹽、氨氮和尿素作為氮源，氮營養(yǎng)鹽濃度相同時(shí)，冰河擬星桿藻具有更高的生長速率和最大細(xì)胞密度；冰河擬星桿藻對氮營養(yǎng)鹽親合力遠(yuǎn)高于威氏海鏈藻，貧營養(yǎng)鹽條件下更具競爭優(yōu)勢；酶活性和酶動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果表明，兩種藻類的NR和GS的組成有所不同，同樣氮營養(yǎng)鹽條件下，冰河擬星桿藻氮同化酶最大活性低

7、于威氏海鏈藻，但酶對營養(yǎng)鹽的響應(yīng)更為迅速，上述營養(yǎng)特性使得貧氮條件下的冰河擬星桿藻在得到營養(yǎng)鹽補(bǔ)充時(shí)，可迅速分裂生長成為海區(qū)優(yōu)勢藻種； 6、生長速率和細(xì)胞密度的月變化初步表明，冰河擬星桿藻細(xì)胞內(nèi)可能存在調(diào)控細(xì)胞生長的內(nèi)節(jié)律，最大生長速率和最高細(xì)胞密度出現(xiàn)在6、7月份，這與臺(tái)灣海峽南部上升流區(qū)冰河擬星桿藻水華出現(xiàn)時(shí)間一致，而威氏海鏈藻則不存在該節(jié)律變化。這種生長節(jié)律可能與藻類長期適應(yīng)上升流區(qū)水團(tuán)的周期性變動(dòng)有關(guān)，與營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子

8、共同作用控制著冰河擬星桿藻周期性水華的形成； 7、蛋白質(zhì)組學(xué)研究結(jié)果表明，冰河擬星桿藻在不同生長期和不同營養(yǎng)鹽條件下的蛋白表達(dá)存在明顯差異：在指數(shù)生長期，一些蛋白，如Ag1，Ag2，Ag3，Ag4，Ag8的表達(dá)明顯要高于其它細(xì)胞生長期，而一些蛋白在生長平穩(wěn)期和衰亡期表達(dá)較為明顯，如Phosphoenolpyruvate carboxykinase(ATP)，這些蛋白的變化反映了不同生長期細(xì)胞的代謝狀況，控制著細(xì)胞的生長進(jìn)程；在貧