臺灣海峽上升流區(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、船基圍隔實驗、現(xiàn)場和實驗室培養(yǎng)等實驗手段，以臺灣海峽南部海區(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)鹽吸收動力學(xué)、同化酶活性和酶動力學(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)鹽變動的響應(yīng)。結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)，從分子水平上探討了臺灣海峽南部近岸上升流區(qū)浮游植物優(yōu)勢種水華形成機制及其對現(xiàn)場氮營養(yǎng)鹽補充的響應(yīng)機理。主要實驗結(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間的結(jié)果表明，當(dāng)離心力為10，000g，離心時間為35min時，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)實驗和現(xiàn)場培養(yǎng)實驗結(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重。2005年夏季，上升流區(qū)存在強的間歇性脈沖式上升流，上升流期間，氮營養(yǎng)鹽的補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濃度等多個現(xiàn)場因素的影響。NRA與硝酸鹽的補充存在時間上的短期滯后，當(dāng)環(huán)境中硝酸鹽濃度相對穩(wěn)定時，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的表達滯后于NRA，上升流發(fā)生過程中二者呈負相關(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，最適合細胞生長，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存無機氮的能力；對氮營養(yǎng)鹽的利用采用生長策略兼具高親合力的特點，當(dāng)?shù)獱I養(yǎng)鹽補充時細胞迅速吸收營養(yǎng)鹽并用于生長分裂，營養(yǎng)鹽耗盡后細胞迅速衰亡； 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，冰河擬星桿藻具有更高的生長速率和最大細胞密度；冰河擬星桿藻對氮營養(yǎng)鹽親合力遠高于威氏海鏈藻，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)鹽補充時，可迅速分裂生長成為海區(qū)優(yōu)勢藻種； 6、生長速率和細胞密度的月變化初步表明，冰河擬星桿藻細胞內(nèi)可能存在調(diào)控細胞生長的內(nèi)節(jié)律，最大生長速率和最高細胞密度出現(xiàn)在6、7月份，這與臺灣海峽南部上升流區(qū)冰河擬星桿藻水華出現(xiàn)時間一致，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)水團的周期性變動有關(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的表達明顯要高于其它細胞生長期，而一些蛋白在生長平穩(wěn)期和衰亡期表達較為明顯，如Phosphoenolpyruvate carboxykinase(ATP)，這些蛋白的變化反映了不同生長期細胞的代謝狀況，控制著細胞的生長進程；在貧