聚球藻(Synechococcus cf. elongatus)生长与海区再生氮的定量关系研究

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微型鞭毛虫是海洋微微型浮游生物的主要摄食者,也是海洋氮磷营养盐再生的重要贡献者,通过摄食和代谢作用,微型鞭毛虫可将营养盐释放回水体。越来越多的研究显示,大洋初级生产力主要依赖于真光层内经由微食物环再生的营养盐量,因而微型、微微型浮游生物及其所组成微食物环在海洋生态系统和生物地球化学循环中发挥了巨大作用。然而受传统方法的限制,人们对不同粒级的生物群落在其中发挥的作用尚未完全认识清楚。因而探索出一套简便有效的能够定量海区再生营养盐的检测方法,对准确认识微型鞭毛虫及微食物环在海区营养盐再生循环中的贡献十分重要。本研究建立了一种模式生物——聚球藻(Synechococcus cf.elongtus),在前期纯化处理和探索出最适生长条件的基础上,通过研究不同氮初始浓度下聚球藻的生长量,提出了以聚球藻密度增长表征水体可利用氮(algal available nitrogen,AAN)浓度的生物指示法,并结合2017年5月台湾海峡航次的研究结果,对海区微食物环中浮游生物的氮营养盐再生循环作了评估,主要结果如下:(1)利用氨苄青霉素和头孢噻肟两种抗生素组合,终浓度均为500 mg/L的条件下对事先经过暗处理的待纯化藻液进行处理,在不损害聚球藻细胞的前提下使得藻液中杂菌含量大大降低,并且残余杂菌的活性也受到了抑制。(2)在纯化处理基础上利用三因素三水平正交实验探索聚球藻生长的最适条件,结果发现无论对于硝氮源还是氨氮源培养的聚球藻,其最适生长条件均为温度30℃,光照强度2400lx,光周期12 h:12 h,在该条件下聚球藻内禀生长率可分别达到1.238(硝氮)和1.214(氨氮)。(3)以聚球藻Synechococcus cfelongat.为指示生物,分别研究了聚球藻生长量与水体硝氮、氨氮、尿素初始量之间的定量关系,建立了以聚球藻密度增量间接测定水体AAN浓度的聚球藻指示法。统计检验结果表明,该方法精度高,方法检出限优于传统的化学计量法,对硝氮、氨氮和尿素的检出限分别达到了 13 nmol N/L、11 nmol N/L和21 nmol N/L,为后续开展海区微食物环氮营养盐再生循环作用的研究提供了一项可靠的检测手段。(4)应用聚球藻生长指示法对台湾海峡及南海北部微食物环不同粒径的浮游生物营养盐吸收和再生的情况作了调查,发现在氮限制海区,以异养细菌和聚球藻为主的微微型浮游生物对溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen^ DIN)和无机磷(dissolved inorganic phosphorus,DIP)主要表现为吸收作用,对AAN主要表现为释放作用;以微型鞭毛虫为主的微型浮游生物对DIN、DIP和AAN均表现释放作用;而微食物环总体表现为吸收DIP、释放AAN和DIN的作用。说明微食物环整体对水体这种不平衡的氮磷比例有重要的补偿机制。同时,微型鞭毛虫摄食排氨作用对海区氮营养盐日补充率分别为对AAN的37.44%和对DIN的63.68%,说明由微型鞭毛虫摄食行为所释放的氨氮是维持海区氮营养盐和初级生产力的重要因素。以上结果表明,聚球藻指示法对开展海区微食物环中不同粒径浮游生物对氮营养盐的再生与利用的研究有着积极意义。同时,对台湾海峡微型鞭毛虫排氨作用的评估也填补了在该海域研究的空白,对人们认识台湾海峡微食物环的功能有一定参考意义。
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