泛三大洋微微型浮游生物的分布及其與環(huán)境因子的相關(guān)性.pdf

1、海洋微微型浮游生物是地球上種類最豐富,數(shù)量最多的有機(jī)體,介導(dǎo)著生物地球化學(xué)循環(huán)過程,在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起著極其重要的作用。國際上有關(guān)微微型浮游植物、異養(yǎng)細(xì)菌和浮游病毒在大尺度范圍的分布規(guī)律報(bào)道很少,且在不同海洋環(huán)境條件下,微微型浮游植物、異養(yǎng)細(xì)菌和浮游病毒之間的相關(guān)性及其與環(huán)境因子之間的相關(guān)性,特別是浮游病毒與宿主細(xì)胞間的相關(guān)性研究更少。因此,本論文采用流式細(xì)胞儀計(jì)數(shù)法對西太平洋、印度洋、環(huán)南大洋及南極水域原綠球藻、聚球藻、微微型真核浮游

2、植物、異養(yǎng)細(xì)菌和浮游病毒豐度的分布特點(diǎn)進(jìn)行了研究,并利用PCA和Pearson相關(guān)系數(shù)法分析了微微型浮游生物與水溫、鹽度、營養(yǎng)鹽(磷酸鹽、硝酸鹽+亞硝酸鹽和硅酸鹽)等環(huán)境因子之間的相互關(guān)系,同時(shí)還分析了不同水域各微微型浮游生物之間的相關(guān)性。本文還利用RFLP技術(shù)對南極長城灣微微型真核浮游生物的分子多樣性進(jìn)行了分析。本文的研究有助于探討微微型浮游生物的分布規(guī)律、各生物因子之間及環(huán)境因子對其分布的影響,并為海洋生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、預(yù)警及修復(fù)提供

3、基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)資料。
　　(1)原綠球藻在西太平洋和印度洋的分布分別延伸至50°S和46°S,限制其生長的最低溫度分別為9.7℃和11.8℃。在赤道地區(qū)豐度最高,隨著赤道地區(qū)向高緯度水體延伸,豐度逐漸減低直至消失。原綠球藻在西太平洋和印度洋水域的豐度分別為5.4×103-4.20×105個(gè)mL-1和1.45×104-3.73×105個(gè)mL-1。生物量分別為0.16-15.64 mg m-3和0.20-11.6 mg m-3。在赤道附近

4、海域,原綠球藻對浮游植物生物量的貢獻(xiàn)率達(dá)到52.2％,是浮游植物生物量的主要貢獻(xiàn)者。在西太平洋,影響原綠球藻分布的主要因素是溫度和營養(yǎng)鹽(磷酸鹽和硅酸鹽),與溫度和較低的磷酸鹽濃度成顯著的正相關(guān)性(p＜0.01);與較高的硅酸鹽濃度成負(fù)相關(guān)性(p＜0.01);在印度洋,由于研究海域營養(yǎng)鹽水平較高,原綠球藻主要受溫度的影響,其生物量與溫度呈顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。
　　(2)聚球藻在西太平洋和印度洋的分布分別延伸至57.1°S

5、和54.1°S,限制它們生長的最低溫度分別為4.1℃和16.4℃。中緯度水域聚球藻豐度高于低緯度。聚球藻在西太平洋和印度洋水域的豐度分別為1.10×103-2.29×105個(gè)mL-1和1.54×103-2.79×105個(gè)mL-1。生物量分別為0.26-17.74 mg m-3和0.35-12.93 mgm-3。在西太平洋,聚球藻與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.01),與硝酸鹽+亞硝酸鹽和硅酸鹽成顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。在印度洋,聚球

6、藻主要受溫度的影響,其生物量與溫度呈顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。
　　(3)微微型真核浮游植物廣泛存在于所研究的海域,在中緯度水域豐度高于低緯度,在高緯度南極水域豐度更低。在南極水域,大陸架水體微微型真核浮游植物的豐度明顯低于遠(yuǎn)洋水體;在垂直分布上,隨著水深的增加,它的豐度逐漸減低,直至500m水深完全消失。它在西太平洋、印度洋、環(huán)南大洋的豐度分別為5.2×102-4.68×104個(gè)mL-1,4.9×102-1.73×104個(gè)m

7、L-1,7.6×102-1.04×104個(gè)mL-1和1.42×102-4.00×103個(gè)mL-1。生物量分別為0.26-17.74 mg m-3,0.36-29.8 mg m-3,0.99-14.1 mg m-3。在中緯度水域,微微型真核浮游植物是浮游植物生物量的主要貢獻(xiàn)者。在不同大洋,影響微微型真核浮游植物分布的因素不同。在西太平洋,微微型真核浮游植物的分布主要受營養(yǎng)鹽影響,與硝酸鹽+亞硝酸鹽和硅酸鹽成顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。在

8、印度洋,它主要受溫度的影響,其生物量與溫度呈顯著正相關(guān)性(p＜0.01);在環(huán)南大洋,磷酸鹽和溫度是影響微微型真核浮游植物分布的主要因素。微微型真核浮游植物生物量與磷酸鹽成顯著的正相關(guān)性(p＜0.01),與溫度成顯著的負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。在南極水域,微微型真核浮游植物豐度與水深、鹽度、溶解氧、硝酸鹽+亞硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽濃度都有顯著的負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。
　　(4)異養(yǎng)細(xì)菌廣泛存在于所研究的海域,在中緯度水域豐度高

9、于低緯度,在高緯度南極水域豐度更低。在南極水域,大陸架水體的異養(yǎng)細(xì)菌豐度明顯低于遠(yuǎn)洋水體;在水深較淺的斷面,異養(yǎng)細(xì)菌豐度在垂直分布上無顯著差異,在水深較深的斷面,在深層水體的豐度明顯低于上層水體。在西太平洋、印度洋、環(huán)南大洋和南極水域的豐度分別為2.27×105-3.80×106個(gè)mL-1,2.65×105-1.27×106個(gè)mL-1,8.4×105-1.32×106個(gè)mL-1和1.05×105-3.69×106個(gè)mL-1。生物量分別為

10、4.54-79.55 mg m-3,5.31-25.4 mg m-3,1.68-26.4 mg m-3和2.10-73.8 mg m-3。在西太平洋,異養(yǎng)細(xì)菌的分布主要受營養(yǎng)鹽影響,與硝酸鹽+亞硝酸鹽和硅酸鹽成顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。在印度洋,異養(yǎng)細(xì)菌生物量與硝酸鹽+亞硝酸鹽濃度呈顯著的負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。在南極水域,異養(yǎng)細(xì)菌豐度與深度、鹽度、磷酸鹽和硅酸鹽成顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。
　　(5)浮游病毒廣泛存在于

11、所調(diào)查的海域,在水平分布上,浮游病毒的豐度與宿主細(xì)胞的豐度分布存在密切的聯(lián)系。在赤道水域存在高值區(qū),與原綠球藻的豐度分布趨勢一致:而在中緯度水域,其高值區(qū)與聚球藻、微微型真核浮游植物和異養(yǎng)細(xì)菌的豐度分布一致。在南極水域浮游病毒在2000m以下水層均有分布,其垂直分布規(guī)律與異養(yǎng)細(xì)菌類似。在西太平洋、印度洋、環(huán)南大洋和南極水域的豐度分別為2.17×106-2.49×107個(gè)mL-1,3.80×106-2.41×107個(gè)mL-1,1.46×1

12、06-2.98×107個(gè)mL-1和1.49×106-4.39×107個(gè)mL-1。生物量分別為0.42-4.95 mg m-3,0.76-4.82 mg m-3,0.11l-13.3 mg m-3和0.25-8.78 mg m-3。在西太平洋,浮游病毒與微微型真核浮游植物、聚球藻和異養(yǎng)細(xì)菌生物量之間存在顯著的正相關(guān)性(p＜0.01),但在赤道水域與原綠球藻生物量存在顯著正相關(guān)性(p＜0.01);浮游病毒生物量與硝酸鹽+亞硝酸鹽和硅酸鹽成顯

13、著正相關(guān)性(p＜0.01),與溫度成顯著的負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。在印度洋和環(huán)南大洋,浮游病毒的分布僅受異養(yǎng)細(xì)菌的影響,與異養(yǎng)細(xì)菌生物量成顯著正相關(guān)性(p＜0.01)。在南極水域,浮游病毒與葉綠素a、微微型真核浮游植物豐度及異養(yǎng)細(xì)菌豐度成顯著正相關(guān)性(p＜0.01),與水深、鹽度、磷酸鹽和硅酸鹽成顯著負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)。本文研究表明浮游病毒的分布主要受各海域浮游生物中主要優(yōu)勢類群豐度變化的影響,而營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子通過影響病毒宿主

14、的生長從而間接地影響浮游病毒的空間分布。溫度、鹽度可能直接或間接地影響病毒的分布。
　　(6)不同海域,不同類型的微微型浮游生物對海洋生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)所貢獻(xiàn)的生物量不同。在西太平洋和環(huán)南大洋,異養(yǎng)細(xì)菌生物量在微微型浮游生物中占據(jù)主導(dǎo)地位。在印度洋,微微型真核浮游植物生物量在微微型浮游生物中占主導(dǎo)地位。本文還發(fā)現(xiàn)微微型浮游生物存在拮抗和協(xié)調(diào)生長的作用。一方面,原綠球藻豐度和聚球藻、微微型真核浮游植物豐度成顯著的負(fù)相關(guān)性(p＜0.01)

15、,表明原綠球藻與這2者之間存在拮抗作用。在低緯度水域,水溫高,營養(yǎng)鹽(特別是磷酸鹽濃度)較低,體積較小的原綠球藻有更強(qiáng)的生長競爭優(yōu)勢,豐度升高,而聚球藻和微微型真核浮游植物豐度降低;而在中緯度水域,水溫降低,營養(yǎng)鹽濃度升高,較大個(gè)體的藻類生長占優(yōu)勢地位,聚球藻和微微型真核浮游植物豐度升高,而不占競爭優(yōu)勢的原綠球藻豐度急劇降低。另一方面,異養(yǎng)細(xì)菌豐度和聚球藻、微微型真核浮游植物豐度之間存在著顯著的正相關(guān)性(p＜0.01),表明異養(yǎng)細(xì)菌與聚

16、球藻、微微型真核浮游植物存在協(xié)同生長的作用。在中緯度水域,無機(jī)營養(yǎng)鹽豐富,聚球藻和微微型真核浮游植物利用無機(jī)營養(yǎng)物生長,同時(shí)將無機(jī)營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)營養(yǎng)成分,導(dǎo)致了水體中有機(jī)營養(yǎng)物的增加。這些增加的有機(jī)營養(yǎng)物被異養(yǎng)細(xì)菌利用,異養(yǎng)細(xì)菌快速生長,導(dǎo)致在中緯度水域異養(yǎng)細(xì)菌豐度隨之升高。同時(shí),異養(yǎng)細(xì)菌又將制造出大量的無機(jī)營養(yǎng)物質(zhì),這些物質(zhì)又可以維持聚球藻和微微型真核浮游植物的生長。
　　(7)本文運(yùn)用PCR-RFLP技術(shù),在國際上首次揭示了