白令海東部海域浮游植物生態(tài)特征與遺傳多樣性研究.pdf

1、白令海是太平洋沿岸最北的邊緣海,在全球氣候變化研究中具有很重要的地位,同時(shí)也是全球漁業(yè)的主要產(chǎn)區(qū)之一。借美國(guó)白令海生態(tài)研究科考2008年春季航次mN0802的機(jī)會(huì),獲得了寶貴的實(shí)驗(yàn)材料和數(shù)據(jù)。論文圍繞浮游植物特別是硅藻展開了形態(tài)學(xué)、生態(tài)學(xué)、生理學(xué)和分子生物學(xué)的研究。介紹了白令海東部海域的特點(diǎn),研究了白令海東部海域各種環(huán)境因子和浮游植物的地理分布特征,探討了兩者之間的相互關(guān)系。在環(huán)境因子的測(cè)定中,將尿素作為一個(gè)重要因子加以討論,結(jié)合了海區(qū)

2、尿素測(cè)定,甲板模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室尿素實(shí)驗(yàn)三方面的結(jié)果,探討了尿素對(duì)硅藻細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。最后對(duì)該海區(qū)浮游植物優(yōu)勢(shì)種(Thalassiosira antarctica,T.nordenskioeldii和T.hyalina)進(jìn)行了遺傳多樣性和系統(tǒng)進(jìn)化分析,探討高緯度海區(qū)不同生境下浮游植物在分子遺傳水平上的差異。主要研究結(jié)果如下:
　　 1)共采集白令海東部海域水樣55個(gè),其中分層站位樣品30個(gè),葉綠素最高層樣品25個(gè)。共鑒定到浮

3、游植物155種,其中硅藻35屬135種,甲藻7屬14種,金藻1屬1種,綠藻1屬1種和裸藻2屬4種。優(yōu)勢(shì)種有擬齒圓篩藻(Coscinodiscus pseudodenticulatus)、圓柱脆桿藻(Fragilaria cylindrus)、海島脆桿藻(F.islandica)、海洋脆桿藻(F.oceanica)、克格倫擬脆桿藻(Fragilariopsiskerguelensis)、范氏舟形藻(Navicula vanhoeffeni

4、i)、南極海鏈藻(Thalassiosiraantarctica)、鼓脹海鏈藻(Zgravida)、透明海鏈藻(T.hyalina)、諾氏海鏈藻(T.Nordenskioeldii)和圓海鏈藻(T.rotula)。白令海東部海域浮游植物細(xì)胞豐度在0.084×104 cells/L～428.8×104 cells/L,之間,平均值為30.266×104 cells/L。其中最低值出現(xiàn)在北部冰層覆蓋海區(qū)的圣馬修島附近的MN8.站位20m水層

5、,最高值出現(xiàn)在南部開闊水域的24l站位20m水層。PCA分析發(fā)現(xiàn),幾種優(yōu)勢(shì)種如海洋脆桿藻(F.oceanica)、諾氏海鏈藻(T.nordenskioeldii)和圓海鏈藻(T.rotula)具有較高的正荷載系數(shù)。對(duì)各站位種類組成的聚類分析發(fā)現(xiàn)樣品可分為2個(gè)群,分別為高細(xì)胞豐度浮游植物群,低細(xì)胞豐度浮游植物群。不同站位的樣品的PCA得分和聚類分析情況基本體現(xiàn)出該海區(qū)浮游植物分布趨勢(shì)的區(qū)域性和時(shí)間性,主要的影響因子是海冰覆蓋情況和海水溫度

6、。在白令海東部海域環(huán)境因子對(duì)浮游植物分布的影響中,溫度占了最主要的地位,同時(shí)協(xié)同溫度對(duì)浮游植物生長(zhǎng)具有積極影響的還有鹽度、磷酸鹽濃度、硝酸鹽濃度、硅酸鹽濃度和尿素濃度,而亞硝酸鹽濃度和銨鹽濃度相關(guān)性并不明顯。
　　 2)白令海東部海域的海水中尿素含量最高值為3.6μmol/L,平均值為1.2μmol/L(標(biāo)準(zhǔn)差為+0.733)。近岸或者靠近海底的區(qū)域尿素含量相對(duì)較高,尿素含量最高區(qū)與葉綠素a(Chla)最低區(qū)往往重合。不過,本次

7、調(diào)查中浮游植物爆發(fā)水華的海區(qū)同時(shí)也是尿素含量最高的海區(qū)。甲板模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,無生物群落海水中尿素會(huì)自然降解,有生物群落的海水中,尿素含量與細(xì)胞豐度峰值相反。浮游植物細(xì)胞豐度與尿素含量的相互作用中,尿素含量具有一定的提前性,可能與浮游動(dòng)物攝食等影響有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下,尿素產(chǎn)量與硅藻細(xì)胞豐度之間具有一定的同步性,非硅藻組并無此現(xiàn)象。在硅藻的不同生長(zhǎng)期,胞外尿素含量可能與硅藻尿素產(chǎn)量和硅藻尿素?cái)z取量之間的動(dòng)態(tài)平衡有關(guān)。通過光暗對(duì)照實(shí)驗(yàn)

8、表明,在硅藻細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期后關(guān)閉光源,胞外尿素含量明顯降低。這可能是由于光照主要影響調(diào)控尿素循環(huán)的關(guān)鍵酶--CPSⅢ的活性。在衰退期關(guān)閉光源后,尿素含量并無大的波動(dòng),這可能是因?yàn)樵谒ネ似?硅藻細(xì)胞尿素合成已經(jīng)基本停止,所以并未顯示出太大的影響。
　　 3)基于三個(gè)序列片段的亞極地海鏈藻屬系統(tǒng)進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn),種以下的系統(tǒng)進(jìn)化分析中,ITS rDNA最為靈敏,分辨度最高。對(duì)于屬以下種間系統(tǒng)進(jìn)化分析中,LSU rDNA效果最佳,不僅

9、分類準(zhǔn)確而且容錯(cuò)性高。SSU rDNA雖然在種間的或者種以下的解析度并不如LSU rDNA和ITS rDNA,但由于其相對(duì)保守性,以及GenBank上同源序列數(shù)據(jù)的豐富性,在進(jìn)行海鏈藻屬分類地位及其屬內(nèi)各種之間的系統(tǒng)進(jìn)化分析時(shí),具有較好的通用性。結(jié)合ITS-1和ITS-2二級(jí)結(jié)構(gòu)和CBCs分析,發(fā)現(xiàn)在透明海鏈藻(T.hyalina)中分為兩個(gè)基因型:(MMDL0001、MMDL0034)和(MMDL0094、MMDL0203),兩組內(nèi)可