铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响

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中国海洋大学硕士学位论文铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响姓名：袁征申请学位级别：硕士专业：海洋化学指导教师：张曼平2003.6.1 生垦查堂查兰堕主堂堡丝塞．——铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影晌摘要为了研究铁、营养盐和光强对海洋浮游植物生长的影响，本文选用中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、旋链角毛藻(Chaetoceroscuroisetus)、具齿原甲藻(Prorocentrumdentatum)和青岛大扁藻(Platymonashelgolandicavat．tsingtaoensis)四种常见的海洋浮游植物，进行实验室纯种和混种一次性培养实验，研究了不同光强和营养盐水平下微藻对于铁的吸收，以及不同N／P比值和不同氮营养盐条件下铁对海洋微藻营养盐吸收及其生长的影响。EDTA能促进胶体态氢氧化铁向溶解态铁的转化，本文研究了EDTA对浮游植物吸收铁的影响。此外作者通过混合培养实验，在实验室条件下研究了铁、营养盐和光强对于藻类生存竞争及组成的影响。实验表明，在添加铁的浓度范围为O～5×lO。mol／LFeCI。时，对海洋微藻的生长均有促进作用，浓度越高其对海洋微藻生长的促进作用越大。在加入5x10。8mol／L铁的条件下，中肋骨条藻和旋链角毛藻的最大生长速率比无铁对照组高l倍多，分别从0．74d1和0．41d-1提高到1．60C1和0．88d一。光照是藻类光合作用的必要条件，是浮游植物生长不可或缺的理化因子之一。在实验选定的800Lux至4000Lux光照强度的范围内，光照越强，浮游植物的生长越快。研究发现，当光强接近800Lux时，实验藻类的生长显然受光照强度的限制，没有形成指数生长。在实验的初期，微藻的生长速率在1500Lux下小于在4000Lux下，但是在实验的后期可以达到与4000Lux下生长的藻相似的细胞密度，这表明1500Lux的光强显然是可以满足中肋骨条藻和旋链角毛藻生长所需的光照条件。在EDTA对藻类吸收铁的影响实验中，选用胶体态氢氧化铁作为铁源，添加5×10喝mol／L，5×10-5moi／L．1×10’4mol／L的EDTA，结果显示添加不同浓度的EDTA均比不加EDTA的对照组生长速率快，这表明EDTA能够促进藻类对胶体态铁的吸收，但是实验同时又表明过高EDTA的加入反而会使其对铁吸收的促进作用有所降低。在本次实验中加入5X10一Smol／L的EDTA时海洋微藻达到最大生长速率。实验表明当N／P比值接近Redfield比值时，藻类的生长最好。在不同氮磷比 和氮源条件下，添加5×104mol／L铁比添加5×101'mol／L铁使微藻有更高的生长速率和叶绿素a含量。铵氮作为氮源时两者的差别很小，而硝酸氮作为氮源时两者的差别较大。海洋微藻在不同氮源条件下对铁的吸收速率不同，在硝酸氮环境下微藻对铁的吸收速率大于铵氮条件下微藻对铁的吸收速率，这说明铵氮环境下生长的浮游植物对铁的需求小于硝酸氮环境下浮游植物对铁的需求。这是因为当硝酸氮作为氮源时，藻细胞吸收硝酸氮后必须在细胞内通过硝酸氮还原酶以及亚硝酸氮还原酶将其转化为铵氮才能利用，而在这些过程中需要铁辅助因子的参与。因此当藻类吸收硝酸氮时，对铁的摄入量会增加，本实验的结果很好地印证了以上过程。当铁的加入浓度较高时，藻类对硝酸氮的吸收速率增大。但是当铵氮作为氮源时，藻细胞可以直接吸收利用还原态的铵，合成氨基酸、蛋白质等，因此铁对铵氮的吸收影响不大。另外实验还表明，当水体中硝酸氮和铵氮浓度大小相似时，海洋微藻优先吸收铵氮，铵氮环境下微藻的生长速率和叶绿素a含量大于硝酸氮环境。这充分反映了藻类对硝酸氮和铵氮不同的吸收机制。铵氮被吸收及通过细胞壁的输运过程中是不用消耗能量的，可以直接在细胞内被同化利用；而硝酸氮在整个吸收、利用和同化过程中都是消耗能量的。在两组混合培养中(中肋骨条藻和青岛大扁藻混合培养组，旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组)，在高光强(4000Lux)和不加铁的条件下，青岛大扁藻竞争抑制中肋骨条藻的生长，而旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组没有产生抑制作用。在加铁后，青岛大扁藻对中肋骨条藻生长的抑制作用加强，旋链角毛藻对具齿原甲藻也产生了明显的抑制作用。不同氮磷比对混合培养组藻的相互抑制作用影响不大。铵氮作为氮源比硝酸氮作为氮源使青岛大扁藻和旋链角毛藻分别相对于中肋骨条藻和具齿原甲藻显示了更强的抑制作用。在低光强(800Lux)下，混合培养组中两种藻均生长缓慢，没有产生抑制作用。关键词：铁；微藻；硝酸氮、铵氮、磷酸盐；光强；一次性培养 ±里塑堂查兰塑主兰笪丝壅一——Interactionsbetweeniron，lightandnitrogennutrientsonthegrowthofmarinemicroalgaeSeveralseriesofbatchcultureswerecarriedoutinthelaboratorytostudy：I．theeffectsoiron，lightandnitrogennutrientsonthegrowthofdifferentmarinealgae(Skeletonemacostatum,Chaetoceroscuroisetus,Prorocentrumdentatum,Platymonashelgolandicavar．tsingtaoensis)2．interactionsbetweeniron，light,nitrateandammoniumonthegrowthofthealgaeandtheirbiochemicalcomposition．BasedOUtheexperiments，phytoplanktonuptakeofironunderdifferentlightandNnutrientsconditions(nitrateandammoniumconcentrationlevelsandN：Pratios)wasintensivelystudiedanddiscussedtogetherwimtheeffectofEDTAaddition．Furthermore．twosetsofmulti-speciesculturewereexecutedtotesttheinfluencesofiron，lightandNnutrientsonphytoplanktonspeciescompositionandtheircompetitiontoironandNnutrientsources．TheironenrichmentexperimentshowsthatintherangeofOto5×104mol／LFeCl3，ironadditionhadsignificantlystimulatedthegrowthofalgae，withincreaseofgrowthratesandthecontentsofchlorophylla．When5x10一mol／LironWasadded，themaximumgrowthratesofSkeletonemacostatumandChaetoceroscuroisetusincreasedupto2timesofthosewithoutironaddition．Asoneofthemostessentialfactorsforphytoplanktonphotosynthesis，ughtintensityisverycriticalforalgaegrowth．Theresultsfrommyexperimentsshowsthattheincreaseoflightintensityhadincreasedthegrowthofalgaeandthegrowthratereachedthehighestunderthelightintensityof4000Lux．800Luxoflightintensityhadveryseverelimitationtoalgagrowth．AlthoughthegrowthofalgaeWasslowerunderthelightintensityof1500Luxcomparedtothatunder4000Luxlightintensity,itisobservedthatalgacelldensityreachedtothesainelevelunder1500Luxasthatunder4000Lux，indicatingthatthelightintensityof1500Luxcouldbethesufficientlightconditionforalgagrowth．EDTAmayplaysanimportantroleonthetransformationofhydrousferricoxidetosolubleiron．The 壁：至旦塑塑塑堂塑型塑鲎丝堕塞篓塑壅三整堕hydrousferricoxidewasselectedasironsourceforthegrowthofalgae．EDTAWasadded、jvitlldifferentconcentration：0，5x10"6mol／L，5×10～mol／L，Ixl04mol／L．Fromthemeasurements，itisfoundthatalladditionsofEDTAstimulatedthegrowthofalgae．Thegrowthrateofalgaeincreasedmostsignificantlywhen5xlO。’mol／LEDTAWasadded，whilethestimulationwasnotsuchsignificantwhentheconcentrationofaddedEDTAincreasedtolxl0‘4mol／L．TheexperimentalresultsalsoshowthatalgaegrewfastestwhenN：PratiosinthewaterwereclosetoRedfieldratio州：P216)，whenthecelldensityandchlorophyllaconcentrationsreachedthehighestcomparedtootherserieswithN：Pof80and4．Phytoplanktoniron．uptakeandgrowth、ⅣitIldifferentNsourcesofnitrateandammoniumweremeanwhilestudied，respectively．Ironadditionsignificantlyenhancealgaenitrogenuptake，andalgaegrewbetterandreachedhigherchiorophyllaconcentrationswithironadditionof5xlO击mol／L，comparedtotheadditionof5×10—7mol／L．However，theeffectofironadditionisnotSOsignificantwhenanunoniumWasthemainNsourceforalgaegrowthasitisundernitratecondition．Theuptakerateofironbymicroalgaeisfasterundernitrateconditionthanunderanamoniurncondition．Whilethegrowthrateandtheconcentrationofchiorophyllaarelargerunderammoniumconditionthanundernitratecondition．Thisindicatesthatphytoplanktongrowingunderammoniumconditionhavelessrequirementofironthanthatundernitratecondition．TheuptakerateofnutrientsbymarinemicroalgaeWasfasterinhigherironconcentrationthaninlowerironconcenWationcondition．Ironcanaffecttherelationshipbetweenammoniumandnitrateassimilations(thef-ratio)．Inthecaseofsimilarconcentrationofnitrogenandammonium，preferenceforammoniumovernitratewillOccur．Undertheconditionofhighlight(4000Lux)andnoironaddition，Plarymonashelgolandica眦tsingtaoensisinhibitedthegrowthofSkeletonemacostatuminthemixture-culturedgroupofPlatymonashelgolandicavaEtsingtaoensisandSkeletonemacostatum．Themixture-culturedofChaetoceroscuroisetusandProrocentrumdentammdidnotshowtheinhibitingphenomenon．Whilewiththe 中国海洋大学硕士学位论文additionof5x10"’mol／Liron．theinhibitionofPlatymonashelgolandicav口rtsingtaoensisonSkeletonemacostatumwagstrengthenedandChaetoceroscuroisetusshowedinhibitiononthegrowthofProrocentrumdentatum．DifferentratioofN／Phadlittleeffectontheinhibitionofmixture．culture．whileammoniumshowedmuchstrongerinhibitionbetweentwoalgaeinmixture-culturedgroupthannitrate．Underlowlight(800Lux)，thetwomixture-culturedgroupdidnotshowinhibitionDhenomenon．Keywords：iron；microalgae；nitrate，ammonium，phosphorus；light；batchculture 中国海洋大学硕士学位论文0前言铁是生物生长所必须的微量营养元素。铁在浮游植物对氮的吸收、圃氮菌对N。的固定、叶绿素的合成、卟啉生物合成、光合作用电子的传输等生物过程中发挥着非常重要的作用。大洋中铁的浓度很低，是蔺营养盐低叶绿素海域(HNLc，如赤道太平洋、南大洋、亚北极太平洋)浮游植物生长的限制因子。铁在其他一些海域如亚热带涡旋地区、大陆架地区、海岸上升流地区以及分隔这些地区的过渡水域也起着非常重要的作用。例如在亚热带涡旋地区的固氮菌Trichodesmium可以吸收提取气溶胶沉积物中的铁，并向生态系中释放铁和氮从而间接促进了生态系中铁的吸收与生物的生长。因此研究铁对海洋微藻生长的影响具有重要意义。随着全球大气二氧化碳含量的增高而导致的温室效应是人们共同关注的环境问题之一。浮游植物光合作用吸收大气二氧化碳，转化成有机物并随着浮游植物死亡沉积或浮游动物的打包作用将二氧化碳带到大洋深处，这就是常说的“生物泵”效应。提高大洋浮游植物生物量是减缓温室效应的可能途径之一。对于高营养盐低叶绿素海域，Martin等人提出铁是这些地区浮游植物的生长的限制性因子。Martin1988年首先提出用铁作为肥料大尺度地给高营养盐低叶绿素海域(HNLC)施肥的概念。赤道太平洋旖铁(IRONEXI、IRONEXII)实验和南大洋施铁(SOIREE)实验的结果表明在施铁后，浮游植物生长加速，叶绿素含量增加，大气二氧化碳含量减少，在一定程度上为Martin的铁假说提供了有力的证据，并且在全球范围内形成了铁的研究热潮(Coale，1996：Frost，1996；Behrenfeld，1996：Takeda，1995：Martin，1994：Kolber，1994：Banse，1996：Sunda，t997：Van～1eeuwe，1997：Scharek，1997)。铁盐限制这～课题是当今研究的热点，国外有大量的研究，包括大洋施铁实验、实验室培养实验和模型的研究等等，研究内容涉及大洋铁的来源、形态、测定方法，铁在生物过程中的作用和浮游植物吸收铁的方式以及铁的使用效率，浮游植物缺铁的生理生化指示，铁、氮源和光强对浮游植物生长的交互作用等等。该领域国内研究内容多集中于施加铁对浮游植物生长的影响、海水中痕量铁的方法学研究、不同形态的铁对浮游植物生长和群落组成的影晌等。目前国内在有机络合态铁对微藻生长影响的研究中未见不同有机络合剂浓度 壁：至旦墨翌塑娄塑型壅堂堂塑皇堕塑奎兰丝堕．一——对微藻生长影响的报道。然而有机络合剂在胶体态铁向溶解态铁的转化过程中起着非常重要的作用，其研究具有重要意义。本实验在研究铁和光照强度对海洋微藻生长影响的基础上。探讨了不同浓度的EDTA对海洋微藻生长的影响，确定了实验范围内铁和EDTA的最佳浓度。营养盐是浮游植物生长所必需的元素，而且浮游植物对营养盐的需求有一个最低的阈值。当环境中营养盐浓度过低时，必然对植物产生各种各样的影响。Bonin(1981)、Sommerl(1986)等人认为对营养盐的竞争是决定浮游植物优势种和浮游植物群落更替的主要机制之一。Frey和Smalt(1980)认为常量元素决定藻类生产量，微量元素对自然群落结构有较大影响(Philippart,2000；VredeK．，1999)。关于不同氮源对浮游植物生长的影响，以前科学家普遍认为在铵氮存在的情况下，浮游植物对硝酸氮的吸收急剧减少，科学家之为铵氮抑制硝酸氮吸收或浮游植物优先吸收铵氮。并且认为在铵氮浓度大于1×10‘mol·dIn-3的条件下，硝酸氮的吸收被完全抑制。但是最近鳃研究显示硝酸氮和铵氮的相互作用是复杂的，不能用一种简单的机制进行解释。铵氨抑制硝酸氮或者铵氮的优先选择并非在所有条件下都是正确的，有时硝酸氮会抑制铵氮的吸收，低浓度铵氮会促进硝酸氮吸收。国内关于营养盐对浮游植物生长影响的研究很多，但是将铁与营养盐相的结合研究较少，且国内的研究主要集中在铁与营养盐的添加对浮游植物生长的影响(朱从举，1994：蔡阿根，1993；陈慈美，1997；朱明远，2000)，但是有关常量营养盐对铁吸收影响的研究和铁对浮游植物吸收营养盐影响的研究尚未见报道。本文初步讨论了铁对浮游植物吸收营养盐的影响，以及不同氮源对浮游植物对吸收铁的影响。铁对浮游植物群落组成影响的研究国内外已经有一些报道，但是将铁、不同氮源和光强相结合的研究较少。本文选择两种铁浓度(5×10一mol·dmo和5×101tool。dm。)、三个氮磷比(4，16，80)、两个光强(4000Lx，800Lx)和两种氮源(硝酸氮和铵氮)对海洋微藻进行混种一次性培养，探讨了铁、氮源和光强对海洋微藻混合培养生长的影响。本论文研究得到了国家自然科学基金(49876022)资助。2 1文献综述铁是生物生长所必须的微量营养元素。铁在浮游植物对氮的吸收、固氮菌对N：的固定、叶绿素的合成、卟啉生物合成、光合作用电子的传输等生物过程发挥着非常重要的作用。海水中铁的浓度很低，是许多海域浮游植物生长的限制因子(Martin．et．a1．1991)。铁是大洋浮游植物生长的限制性因子这一假说是由Martin提出的。最近关于铁与浮游植物的相互关系研究最多的地区应属HNLC(高营养盐低叶绿素)海域(CoMe，1996：Frost，1996：Behrenfeld，1996：Takeda，1995：Martin，1994：Kolber，1994：Banse，1996：Sunda，1997：Van—leeuwe，1997；Scharek，1997)：包括赤道太平洋、南大洋、亚北极太平洋地区。这些地区的氮磷营养盐的浓度很高，但是生物量却很小。Martin等人提出控制这些海区的主要限制因子是铁供应不足(Martin，et．a1．1991)。IRONEXI、IRONEXII和南大洋施铁实验的结果均证实了Matin的观点。铁在其他一些海域如亚热带涡旋地区、大陆架地区、海岸上升流地区以及分隔这些地区的过渡水域也起着非常重要的作用。例如在亚热带涡旋地区的固氮蓝藻一束毛藻(Trichodesmium)可以吸收提取气溶胶沉积物中的铁，并向生态系中释放铁和氮从而间接促进了生态系中铁的吸收与生物的生长。在大陆架地区铁的浓度较高，但是浮游植物的需铁量也比大洋中生物的需铁量要高得多，并且需铁量随生物种类的不同而不同，这样铁就起到了控制生物种类，调节生态系结构的作用。1．1海水中铁的浓度及来源1．1．1海水中铁的浓度铁在大洋中是一种浓度极低的活性金属，是浮游植物生长不可或缺的一种微量营养元素，具有在表层海水中浓度低，深层海水中浓度高的特点。近岸海水中铁的浓度较高，可达0．05—10uM，大洋水中铁的浓度仅为0．05—2nM。图l为北大西洋溶解铁的浓度随深度的变化曲线(Martinet．a1．1989)，这条曲线显示了铁的营养元素的特征。在表层水中由于浮游植物的吸收使铁的浓度较低，而在深层水中铁的浓度随浮游植物的减少而增加。 堡：至旦墨塑塑堂塑整塑堂堂堕生篓塑窒兰丝堕．——童善：|图1．1：北大西洋铁的浓度随深度的变化曲线1．1．2海水中铁的来源海水透光层中铁的来源包括外部铁的输入和海水中铁的循环利用，主要有：大气气溶胶干湿沉降的铁输入，垂直混合和上升流输入，河流和低层沉积物输入和表层水中生物细胞铁的循环利用。在开阔的远海地区，大气气溶胶的干湿沉降是铁的最主要的外部来源(Johnson，et．a1．1991)，表层水中铁的另一个重要来源是深层水的垂直混合和上升流输入。大气输入和深层水的垂直混合与上升流输入均随对闯和空间变化。Wartin和Gordon(1988)研究了东北太平洋的铁的外部来源，认为95％的铁来源于大气输入，5％的铁来源于垂直混合和上升流输入。然而在ⅢLc海域，如赤道太平洋、南大洋、皿北极太平洋，铁的大气输入很少，这些地区的铁的外部来源主要是垂直混合和上升流输入。Coale(1996)等人认为赤道太平洋铁的外部输入不仅受大气输入的控制，而且受上升流的速率及上升流中铁的浓度控制。Gorden(1997)等人认为赤道太平洋铁的外部来源主要来自赤道上升流输入。}1NLC海区铁的主要来源是生物体本身，生物体内铁的循环利用比这些地区外部来源输入的铁高很多，而且生物体内铁的循环速度较快，大约为几天到几十天。在沿海和大陆架地区，海水中铁的来源主要是河流输入和低层沉积物输入，这些地区的溶解态和颗粒态铁的浓度都较高。Ma(1982)等认为长江是东中国海铁的主要来源，每年向东中国4 圭里塑堂查堂塑主堂堡笙苎一海输入2000万吨的铁，其中颗粒态的铁占总铁的98％，且随深度的增加而增加。1．2海水中铁的形态及不同形态间的相互转化传统意义上区别溶解态铁与颗粒铁是用0．4511m的滤膜，通过滤膜的定义为溶解态，不能通过滤膜的定义为颗粒态。然而这种定义存在一些争议，因为通过滤膜的铁大部分是以胶体络合态的形式存在的，而不是游离态的铁。WuJingfeng和Luther(1994)采用两步过滤的方法，先用0．4pm的滤膜过滤，然后用0．2llm的滤膜过滤，并定义0．2-0．4um范围的铁为胶体络合态的铁。Sanudo-Wilhelmy(1996)等人用超滤技术来分离旧金山湾溶解态的铁，40％的溶解态的铁(Pcell>ETS=GR，在铁限制的细胞中氮的还原速率只有铁充足细胞的lO％。铁限制条件下的细胞叶绿素a含量比铁充足条件下少50％。以前科学家认为HNLC海域铁限制了氮的吸收，而Allen和Paul(2000)认为铁限制了光合作用中电子的转移，他们通过实验证明在铁限制或不限制的条件下，氮的吸收速率类似。1．3．2浮游植物吸收铁的方式大量的研究表明，海水中溶解态的铁大部分是与有机络合剂络合的形式存在的。浮游植物吸收铁可能通过以下途径实现：(1)通过细胞膜表面的运输点位吸收溶解态的铁Morel(1990，1991)等人认为硅藻和真核自养生物主要通过细胞表面的配位体络合吸收溶解的Fe(II)和Fe(III)。在这个模型中，溶解活性Fe(ID和Fe(111)8 首先扩散到细胞表面，然后在细胞膜的运输点位进行络合剂的交换反应，然后铁被传输到细胞内，铁的吸收速率受细胞表面传输点位与单体铁的水合氧化物的络合动力学控制。但是如果海洋表层水中铁主要以络合态的形式存在(GledhiIiandvandenBerg，1994)，则基于溶解态Fe(III)(～O．1pM)的吸收策略将不能满足浮游植物的生长。细胞可以通过硫醇、原生质氧化还原蛋白质等生物化学还原物来还原有机络合态的铁，将络合态的铁转化成生物可吸收利用的活性Fe(1I)和Fe(1lI)。藻细胞也许会释放胞外有机络合物并通过热降解或光化学还原络合态Fe(III)，提高活性Fe(II)和Fe(III)的浓度和稳定性，便于细胞对铁的吸收。这样，尽管海水中铁主要以有机络合态形式存在，光化学还原也许能使溶解铁的浓度保持在较高的水平来维持藻类的生长速率。(2)通过铁一siderophore的络合吸收铁通过释放siderophore来络合获取铁是生物吸铁的一种方式，这种方式在缺铁的土壤环境中较为常见。在这种机制中，微生物产生强Fe(III)的络合剂，能有效的与其他络合剂竞争Fe(III)。然后这种铁--siderophore络合物通过细胞膜的运输蛋白质吸收进入细胞并在细胞内释放。释放过程包括Fe(III)一含铁细胞络合物的分离以及Fe(111)向Fe(II)的转化。Fe(III)一siderophore络合物分离后，siderophore络合剂被重新释放到细胞外络合吸收铁。这种细胞释放的铁的络合剂在海水中也许发挥着同样的作用。从海岸和大洋中分离的微生物在缺铁的环境中会释放这种siderophore络合物(Trick等，1983)。Heather(1994)等人富集并分析了海水中铁的天然络合物，结果显示海水中大多数的铁的络合物含有与生物产生的siderophore类似的官能团。(3)通过过量吸收与储存来储备铁由于铁的输入的不缺定性，微生物对铁的储存能力就成为一个很重要的适应性策略。浮游植物对铁的过量吸收随种类的不同而变化，其中近岸的硅藻具有最高的铁的过量吸收能力。(4)通过吸收固体态的铁许多研究表明固氮蓝藻菌Trichodesmium能够通过吸收利用大气沉降的颗粒态铁·在北热带大西洋，撒哈拉沙尘沉降满足蓝藻菌Triehodesmium生长对铁的需求·基于沙尘流动测量、溶解速率和Trichodesmium的生产力，Rueter等人估9 算在北热带大西洋大约有一半的生物可利用铁是通过蓝藻菌Trichodesmium吸收气溶胶中的铁并释放到周围海水中的。在不同的海洋环境中，上述浮游植物吸收铁的方式可能会因铁的不同来源和形态产生变化，研究浮游植物铁的吸收方式对于理解铁与浮游植物的相互关系具有非常重要的作用。1．3．3浮游植物使用铁的效率使用效率常被用来描述某一限制因子作用下光合作用的速率。铁的使用效率(IUE)是指单位细胞铁的二氧化碳的固定速率。铁的使用效率被细胞内和细胞外的因素共同控制。相对于铵的吸收，硝酸盐的还原和吸收增加了约60％铁的需求，而氮气的固定则增加了近100倍(Raven，1988)。光照强度也能够影响铁的吸收，在较低的光照强度下，生物需铁量比高的光照强度下要大，最高可以达到50倍之多。铁的使用效率随浮游植物种类的不同而变，有机碳：铁的比例变化范围从<2000(淡水固氮蓝藻一鱼腥藻Anabaena)到500000(海洋硅藻一海洋海链藻Thalassiosiraoceanica)。即使排除对铁的高需求的固氮菌，仍然有一些藻类有较高有机碳：铁的比例。例如Bruland(1991)测定了海岸上升流硅藻的有机碳：铁的比例高达20000，近岸海水中浮游植物低的铁的使用效率和高的铁的需求暗示近岸海水中也有可能存在着铁的限制。铁的使用效率可以指示浮游植物在缺铁时的生长速率，但是不同的藻细胞大小也会影响藻对铁的吸收。因为小的藻细胞具有较高的比表面积和较好的扩散特征，这样在缺铁的环境下，具有较低的铁的使用效率的小细胞也许可以和具有较高铁的使用效率的大细胞保持类似的生长速率。1．3．4浮游植物缺铁的生理及生化指示人们对浮游植物在铁限制条件下的新陈代谢的结果的理解还处于初步探索阶段，然而科学家发现了一些可以指示藻类铁限制的一些参数，例如细胞色素C／质体蓝素的比例，铁氧化还原蛋白／黄素氧化还原蛋白的比例(Doucette，et．a1．，1996)，荧光特征，铁的传输速率，蛋白质和免疫探针mRNA的含量。黄素氧还原蛋白是一种小的电子传输蛋白质，在铁限制条件下能够替代铁氧化原蛋白，在低浓度铁限制下，黄素氧还原蛋白可以达到较高的浓度(ivicKay，10 et．a1．．1997)。La-Rche(1996)等人研究发现铁限制产生的黄素氧还原蛋白广泛地存在于海洋浮游植物中，因此可以用黄素氧还原蛋白的存在与否判断浮游植物生长是否受铁限制(La—Rche，1995)。单细胞免疫研究显示黄素氧还原蛋白明显存在于东北太平洋硅藻的叶绿体内，说明这一地区的硅藻的生长受铁限制。质体蓝素是一种在叶绿体的光合作用中作为电子传递体的含铜蛋白，细胞色素C是含铁的。在铁限制的条件下会使浮游植物用含铜的质体蓝素来替代含铁的细胞色素C(SandmannandBoger，1980)，这样我们就可以通过测定细胞色素C／质体蓝素的比例来刿断藻类是否处于铁限制。快速重复荧光计可以测定光合系统II(PSII)发出的叶绿素荧光变化，提供了一个快速测定藻类光合成系统的效率的方法，从而能够反映浮游植物集体的新陈代谢的状态。Greene(1994)等人利用快速重复荧光计测定叶绿素荧光，结果显示整个赤道太平洋高营养盐海域叶绿素荧光值较低，施加铁后荧光值增加．因此可以用浮游植物叶绿素荧光值来指示浮游植物缺铁的状态。铁的可利用性限制了光化学能量的转移效率，是控制高营养盐低叶绿素海域光合作用和生长的主要机制。在赤道太平洋的HNLC海域，在所有的浮游植物种类中PSII系统有较高的失活的反应中心和低的光合能量转换效率，但是在施加铁后，所有的浮游植物种类的光合成效率增加了近70％。Zettler等人(1996)的实验同样发现赤道太平洋施铁后各种浮游植物的荧光值均大于施铁前的荧光值。Kolber(1994)等人利用敏感荧光法测定光化学能量的转化效率，结果同样证明铁限制了赤道太平洋浮游植物的生长。这种快速的荧光测定方法是了解浮游植物群落的生理状态的重要工具。1．3．5缺铁对浮游植物生长及生化组成的影响铁是浮游植物生长所必须的微量营养元素。铁在浮游植物对氮的吸收、固氮菌对Nt的固定、叶绿素的合成、卟啉生物合成、光合作用电子的传输等生物过程发挥着非常重要的作用。因此铁限制会阻碍浮游植物的生长，对浮游植物生化组成也有较大影响。蔡阿根等4．(1993)研究了不同络合态的铁与胶态氢氧化铁对三角褐指藻生长及光合作用的影响，结果显示三种形态的铁对藻类生长促迸作用的大小为Fe3+--EDTA>Fe3+一FA>胶态氢氧化铁。陈慈美等人(1996，1997)通过对中肋骨条藻的 铁、不同氯源和光强对海洋微藻生长的交互影响研究发现：随着铁浓度的增加，细胞生长速度加快，细胞色素化程度降低，胞内氨基酸和蛋白质含量升高，PcH0(碳水化合物)／个减少，而Pr(蛋白质)／个增加，Pr／Chla亦增大，色素化程度降低，Pr／Chla升高表示细胞色素化程度降低和Pr转化能力的增强。随着铁浓度的增加，Pr／Chla亦增大，色素化程度降低，说明Fe不仅增强了藻对硝酸氮的转化速率和同化作用，而且提高了Chla的含量的光和活性，最终提高了Pr的合成率。当铁浓度为5×i0。6mol／L时，藻的生长速率最大，单位细胞内叶绿素和蛋白质含量均达最大，而单位细胞内碳水化合物为最小。朱明远(2000)等人的研究发现在添加铁件下，三角褐指藻细胞多重生化组成受到不同程度的影响，其中叶绿素a含量变化幅度最大，增加了25--35％，碳水化合物的含量增加了5—10％，蛋白质含量的增加幅度在5—15％之间。随着铁浓度的增加，三角褐指藻的生长有加快的趋势。而且在指数生长期内，随着培养时间的延长，不同浓度下藻类细胞密度的差距拉大。朱明远等人认为在缺铁的细胞内叶绿素含量降低，一方面因为含铁的粪卟啉原氧化酶可催化Mg一原卟啉生成原叶绿素酸酯的反应：另一方面因为叶绿素合成的初期铁控制着6一氨基乙酰丙酸的合成。陈慈美等人(1996)研究了铁与N、Mn、光、温对中肋骨条藻生化组成的影响，将Pr／PCHO作为藻生长状况(或营养状况)指标加以衡量，在相同的温度(2412)和光强(15601x)下，铁浓度有10—8M增至10一6M，Pr／PCHO值提高了13倍；在相同的温度(2812)和光强(15601x)下，铁浓度有10—8M增至10—6M，Pr／PCHO值提高了2．88倍。较低温度下Fe(III)浓度的影响更加明显；并且随着铁浓度的增大(3．2x10～～5×10一‰)，藻生理状况指标Pr／PCHO和色素化程度指标Pr／Chl—a都趋于增大，而PCHO／Chl—a和AA／Chl—a趋于下降，表明铁对藻Chl—a合成功能和胞内AA，PCHO转化及Pr合成起重要作用。朱从举等人(1994)认为施加铁对海洋原甲藻有显著的增殖作用。1．3．6缺铁对浮游植物营养盐吸收的影响铁限制影响浮游植物吸收常量营养盐的比例，使氮的吸收减少，硅的吸收增加。硅藻在氮源下生长对铁的吸收速率比在铵源下生长高I．5-2．4倍(WangandDei，2001)a细胞内铁的吸收在氮丰富比氮缺乏是要高的多。最近铁一光一氮一铵对浮游植物生长的交互作用是研究的热点(FlynnandHipkin，1999；Armstrong，1999)． 中国海洋大学硕士学位论文研究显示，在铁限制条件下，硅比氮以更快的速率被浮游植物吸收，导致Fe与Si的共同限制。浮游植物在氮环境下生长比在铵环境下生长需要更多的铁，因为氮的还原过程需要铁，尤其是氮还原酶有较高的需铁量(MilliganandHarrison，2000)。Raven(1988)计算表明在氮源下生长的藻对铁的需求比在铵源下多60％。Kudo和Harrison(1997)研究显示在不同的氮源(硝酸氮和铵氮下)下生长藻青菌8ynechococcus细胞内铁的差异在高光强下达到7倍，在低光强下达到10倍。Kevin和Charles(1999)研究认为铁限制能影响铵源和氮源的吸收比例，在铁限制的条件下，铵源比氮源使藻有更大的生长速率。铁的使用效率在高光强下铵源的条件下最高，在低光强氮源下最低。氮源比铵源需铁量更多。Takeda(1998)等人实验发现铁限制下，浮游植物对氮的吸收减少，细胞内碳氮磷的量减少，细胞内硅的量增加，这样铁限制增加了生物活性硅的输出。Hutchins(1998)等人研究发现在缺铁的条件下，浮游植物对硅的吸收速率高于氮，使硅迅速减少，导致铁和硅的共同限制。这样铁限制使生物活性硅通过硅藻的沉降而沉降。陈慈美等人(1997)发现随着铁的增加，该藻对氮的吸收量增加：当铁浓度一定时，不同形态的氮源对藻细胞内氨基酸转化为蛋白质速率的影响是低氧化态氮源高于高氧化态氮源。陈慈美、郑爱榕等人认为铵氮能直接转化为细胞活性有机物，而硝酸氮需要铁还原蛋白还原后才能被利用。因此各种形态的氮中铵氮最容易被细胞吸收。藻类吸收硝酸氮由主动运输系统完成，被位于质膜上的ATP酶所催化，一旦硝酸氮进入储库可储存于液泡或经硝酸、亚硝酸还原酶还原为铵氮，藻对铵氮的吸收也已主动运输为主，铵氮通过谷氨酸合成酶的调节，形成的氨基酸用于生物生长所需的蛋白质、核酸和色素等生物大分子的合成。1．3．7缺铁对浮游植物群落组成的影响铁是浮游植物生长所必需的微量营养元素，铁限制或旌加铁能够改变海域的优势藻种，从而改变浮游植物群落的组成。Pollingher等人(1995)研究发现，施加铁改变了Kinneret湖浮游植物种类的组成，大大促进了绿藻和细菌的生长。Sunda(1995)等人的研究显示在长期铁限制条件下，海洋浮游植物被迫降低细胞大小或者降低细胞对铁的需求。Lin，Vu(1994)等人的围隔实验显示：高浓度铁的加入使硅藻迅速增加，成为浮游植物 壁：至旦塑翌塑娄塑壁鲞登塑墼兰塑窭戛丝堕一——的主要物种，改变了浮游植物群落结构。Fryxell(1994)等人的赤道太平洋施铁试验使浮游植物数目增加，但是种类减少，硅藻占多数。Muggii(1997)等人的亚极地太平洋研究显示在不施加铁时coccoltthophore生长最快，而硅藻在三代后就不能再分裂。添加5nM的铁后，硅藻重新分裂生长，并且超过了coccolithophore的生长速率。黄邦钦等人(2000)研究了中肋骨条藻、圆筛藻和塔玛亚历山大藻混合培养，结果细胞较大的塔玛亚历山大藻在一定时间后细胞数迅速下降，而细胞较小的中肋骨条藻和圆筛藻则生长较好，但是中肋骨条藻的细胞密度小于单独培养时的细胞密度，而圆筛藻则在混合培养的细胞密度比单独培养时大。1．4铁的测定方法一直以来，如何准确测定可利用铁的浓度成为人们所关注和不断探索的课题。近年来，随着分析技术突飞猛进，人们已经较好的解决了痕量金属分析中的“污染”问题，降低了测定空白，从而大大提高了分析灵敏度。目前人们测定铁的方法主要有分光光度法，原子吸收分光光度法，电化学分析方法，x射线荧光法，中子活化法以及电感耦合等离子发射光谱法。常用的方法有三种：分光光度法、原子吸收法和电化学分析方法。1．4．1分光光度法传统的分光光度法，首先要把有机铁及水合氧化铁转化为游离铁，分析前要作消化处理，主要采用湿法消化。常用的消化剂有高氯酸、巯基醋酸、HCl—K。S。瓯、稀HCI。处理过的样品在一定pH条件下(缓冲溶液控制)，用盐酸羟胺把三价铁还原为二价铁，加入一些显色剂，使二价铁与络合剂反应生成稳定有色络合物，进行分光光度测定。近年来，由于铁在催化动力学上的研究的飞速发展，出现了许多利用铁对某些指示剂的催化显色作用高灵敏度测定铁的新方法，显色剂有结晶紫(赵梅秀，1998)、变色酸2R(方国春，1997)、酸性铬深蓝(ACBD)(SE术皓1996)，紫脲酸铵(张玉洲，1998)，胭脂红(周坚勇，1998)、噻唑偶氮羧酸性试剂(樊学忠，1997)、乙酰基偶氮胂(赵书林，1996)等，并已应用于淡水和食品中铁的测定，获得了很好的效果。14 ±里塑堂查堂塑主堂丝丝室——1．4．2原子吸收法测定海水中痕量金属总量通常使用的方法就是AAS法，然而由于海水的高盐介质以及海水中痕量金属的浓度很低，在原子吸收分析之前必须对样品进行除盐预富集处理。常用的预富集方法有溶剂萃取法，螯合树脂离子交换法，共沉淀法等。溶齐j摹取法的原理主要是首先用APDC(毗略啶二硫代氨基甲酸铵)络合痕量金属，用有机溶剂萃取之后，再用酸性溶液进行反萃取，最后用AAS法进行分析。常用的有机溶剂有氯仿，MIBK(甲基异丁基酮)，1，1，2-三氯三氟乙烷(Freon)，甲基氯仿等．其他的萃取体系有NaDDTC—MIBK，APDC—DDDC-MIBE，以及在HOAc—NaOAc缓冲条件下直接用MIBE萃取。APDC—MIBE应用较广泛。螯合树脂离予交换法的原理与溶剂萃取法类似．。它首先是把对铁有强络合用的Ferron(7一碘一8一羟基喹啉一5一磺胺)吸附在Zeo-Karb一226螯合树脂上，然后在利用Ferron来吸附海水中的痕量金属(象Cr，Fe，Mn，Co，Ni，Cu等)。溶剂萃取法，螯合树脂离子交换法的富集倍数都不大，只适用于测定痕量金属浓度较高的海水而且溶剂萃取法还要接触易挥发、有毒害的有机试剂。而采用Co-APDC共沉淀预富集法就可以避免这个问题，该法共沉淀效率高，富集倍数大，可同时预富集多种微量金属，能用于测定微量金属浓度很低的海水样品。Co-APDC共沉淀法的原理主要是：APDC与痕量金属络合生成络合物之后，再与C02+离子生成沉淀；分离沉淀后再用酸溶解，进行FAAS(火焰原子吸收法)分析。这是目前常用的一种原子吸收方法。1．5营养盐及光强对浮游植物生长及生化组成的影响光和营养盐是海洋浮游植物光合作用的重要环境因子。这些环境因子的影响不仅表现为藻类生长及繁殖的快慢，还表现在藻类细胞光合作用生化组成的差别。氮磷是海洋浮游植物生长不可或缺的营养元素，大约以16：1(Redfield)的比例被浮游植物吸收。氮磷营养盐常是影晌开放体系浮游植物生长的主要因素。浮游植物可以吸收不同形态的营养盐，而营养盐的改变又会影响浮游植物群落结构组成。有关氮磷营养盐对浮游植物影响的研究，已经有很多报道，其研究内容主要涉 及以下几个方面。(曲克明等，2000)(1)营养盐及其氮磷限制条件下对浮游植物生长的影响邹立、张经通过对渤海现场营养盐受控培养的方式，研究和探讨春季渤海中部、莱州湾和渤海海峡3个海区的浮游植物生长的营养盐限制问题。发现莱州湾附近浮游植物生长受到磷限制，渤海中部和渤海海峡不存在营养盐限制问题。尽管硅酸盐浓度较历史水平大大降低，并且实验进行时硅藻为优势藻种，但是硅酸盐尚不成为限制因子。王勇和焦念志在胶州湾用现场实验的方法初步研究了浮游植物对营养盐添加的响应关系结果为各种营养盐的添加对浮游植物的生长都有促进作用。(邹立，张经，2001)(2)环境中氮磷营养盐对浮游植物吸收营养盐及浮游植物生化组成的影响李文权、蔡阿根等人(1994)研究了在不同氮磷比(4，12，16，30，100)条件下藻体内蛋白质和碳水化合物的含量变化，结果显示在氮磷比为16时，藻类光合作用速率(PR)最高，蛋白质含量也最高。李文权、黄贤芒等人(1999)认为当海水中N／P接近Redfield比值(N／P-=-16)时，海藻的生长状况最佳，藻类光合作用速率最高，各种藻类细胞生化组成含量和变化量均达到最大值，碳水化合物与蛋白质比值相对较低，表明藻类碳水化合物进一步转化为蛋自质效率的提高。刘东艳、孙军等人(2002)研究了不同氮磷比对中肋骨条藻生长特性的研究发现碳水化合物和蛋白质的合成和积累量在氨磷比≤16的状态下高于氮磷比大于16的状态，氮磷比≥16的状态下而叶绿素a合成的速率和浓度要高于氮磷比小于16的状态。(李文权等，1994，1999；刘东艳等，2002)(3)环境中氮磷比与浮游植物群落组成结构变化的影响沈志良研究了胶州湾营养盐结构的长期变化，指出近40年来，胶州湾无机N和P浓度分别增加了3．9倍和1．4倍。Si03一si浓度保持在一个较低的水平。胶州湾营养盐结构已经从比较平衡到不平衡。营养盐结构的变化已经导致大型硅藻的减少和浮游植物优势种组成的变化，大型硅藻可能趋于小型化。(沈志良，2002)(4)浮游植物营养盐限制因子的研究海洋中哪～种营养赫是限制因子，众多学者各执己见。海洋地化学家多持P限制观点而海洋生物学家多持N限制观点。前者的观点基本上基于Redfieldl958年的理论，即：海洋中任何N的缺乏都可由来自大气的氮通过周氮作用所弥补，而P 一皇望鎏登查兰塑主兰壁鲨奎————●—-_—_———————————●-—____，—__--—●——————●——————●———_——P————一的补充相对较少和缓慢。海洋生物学家的代表是Ryther与Dustan，他们认为是N，而不是P限制着沿岸海水中藻的生长。他们认为就整个海洋或较长的地质年代来说，固氮作用在小的区域或较短的时间里，固氮作用肯定无效。PiIson等1980年也证实，沉积物中P的加速释放也保持水团中有足够的磷酸盐。通常在研究浮游植物的营养盐限制因子时，一般考虑浮游植物对营养盐的吸收速率和营养熊限制浮游植物的增长速率，M。n。8方程“=um“j南表述营养盐限制下微生物的生长。u是比增长率；p。是假定在无限大的外部基层浓度S和没有别的因子限制生长的条件下最大的比增长率；Ks是在u=_t1max时的浓度。Michaelis—Menten公2式用于描述营养盐的吸收，V=V～×i三西，Km是V=半时的浓度。杨东方等人认为胶州湾硅酸盐是初级生产力的限制因子。(杨东方等，2000。)关于不同氮源对浮游植物生长的影响，以前科学家普遍认为在铵氮存在的情况下，浮游植物对硝酸氮的吸收急剧减少，科学家称这种现象为铵氮抑制硝酸氮吸收或浮游植物优先吸收铵氮，并且认为在铵氮浓度大于1uM的条件下，硝酸氮吸收被完全抑制。以前科学家认为硝酸氮的吸收和降解是紧密结合的，因此经常因为硝酸氮还原酶的限制使硝酸盐的吸收受到铵氮的抑制。而最近的研究显示硝酸盐的吸收和降解在短时间条件下并不是紧密联系的，而且硝酸氮和铵氮的相互作用是复杂的，不能用一种简单的机制进行解释。最近研究显示铵氮抑制硝酸氮或者铵氮的优先选择并非都是正确的，硝酸氮的吸收也不会被铵氮完全抑制，而且有报道称硝酸氮有时会抑制铵氮的吸收，而低浓度铵氮会促进硝酸氮吸收。为了表示浮游植物对铵氮和硝酸氮的优先吸收顺序，我们经常用以下三种比例来表示，(1)f比例(f-ratio)，即硝酸氮吸收／总氮的吸收。(2)硝酸氮吸收／铵氮吸收(3)在铵氮存在下硝酸氮吸收／无铵氮下硝酸氮吸收。另外一种常用的表示方法是相对吸收顺序法(RPI)。叠踊ml2—静诖而 铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响只。一表示硝酸氮吸收速率，ZP．表示总氮源下的吸收速率，fN03]表示周围硝酸盐浓度，【∑Ⅳ】表示所有氮源的总浓度。当脚V一1时表示浮游植物优先吸收硝酸氮源。在铵氮浓度等于luM时，一般情况下曰JP，。一N／P=80>N／P=4，且高浓度铁条件下生长的旋链角毛藻均优于低浓度下生长的藻。N／P=16条件下生长的藻在两种铁浓度下其叶绿素口含量的差别最大，而且浓度均大于其他氮磷比条件下生长的藻的叶绿素a含量。 中肋骨条藻和旋链角毛藻均在高氮磷比(N／P=80)条件下比低氮磷比(N／P24)条件下有较高的叶绿素a含量，这可能是因为中肋骨条藻和旋链角毛藻的生长主要受氮限制，中肋骨条藻的生长状况在N／P=80条件下好于N／P=4条件，如图3．19和图3．2l所示。对叶绿素a含量影响的大小方面不同氮磷比的影响大于铁浓度的影响，中肋骨条藻和旋链角毛藻叶绿素a含量均有相同的变化规律：N／P=16，高铁浓度>N／P=16，低铁浓度>N／P=80，高铁浓度>N／P=80，低铁浓度>N／P=4，高铁浓度>N／P=4，低铁浓度。藻细胞内蛋白质与碳水化合物的比值(h，PcHO)是海洋浮游植物营养状态的重要指标。本实验结果显示：中肋骨条藻和旋链角毛藻在不同氮磷比和不同氮源下细胞内碳水化合物和蛋白质含量的变化十分相似。在三种不同的氮磷比(4，16，80)条件下，N／P=4时单位藻细胞内可溶性碳水化合物含量最高，蛋白质含量最低；N／P=16时单位藻细胞内可溶性碳水化合物含量最低，蛋白质含量最高。因此，在三种不同的N／P条件下，N／P=16时，单位藻细胞内蛋白质／碳水化合物最高。在不同的氮磷比及不同氮源条件下，随着铁浓度的增加，单位细胞内碳水化合物含量均减少，单位细胞内蛋白质含量均增加。对中肋骨条藻和旋链角毛藻，N／P=4、低浓度铁条件下单位细胞内碳水化合物含量最高，铵氮、高浓度铁条件下单位细胞内蛋白质含量最高，N／P=16、高浓度铁条件下单位细胞内蛋白质／碳水化合物比值最大。3．2．2不同氮磷比条件下铁对营养盐吸收的影响7叫．惑匮强孙J心。{．==：二===．12*#≮tc6m】56图3．31中肋骨条藻在不同氮磷比及铁浓度条件下硝酸氮含量日变化 铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响l：“：图3．32中肋骨条藻在不同氮磷比及铁浓度条件下磷酸盐含量日变化2*^≮tf＆竹．158i图3．33中肋骨条藻在不同氮磷比及铁浓度条件下铵氮含量日变化图3．34中肋骨条藻在不同氮磷比及铁浓度条件下亚硝酸氮含量日变化图3．35旋链角毛藻在不同氮磷比及铁浓度条件下硝酸盐含量日变化38圈i釜＼i蝠N丽室一圈÷錾孑詈一＼。、一 ±里塑登查堂塑主兰堡垒塞——————————————————————_———-————-———————————_——————————一图3．36旋链角毛藻在不同氮磷比及铁浓度条件下磷酸盐含量曰变化图3．37旋链角毛藻在不同氮磷比及铁浓度条件下铵氮含量日变化图3．38旋链角毛藻在不同氮磷比及铁浓度条件下皿硝酸氮含量日变化中肋骨条藻：在N，P：4的培养条件下，中肋骨条藻在前三天对营养盐的吸收最迅速，硝酸盐在第三天便达到最低值，此后基本没有变化；磷酸盐在第四天达到最低值，此后变化较小；铵氮含量基本没有变化；亚硝酸氮含量呈缓慢下降趋势。N／P=16时，在低浓度铁的条件下培养液中的硝酸盐含量足以维持藻体生长，硝酸盐含量逐日下降，铵氮含量逐日增加。然而在高浓度铁条件下，培养液中的硝酸盐含量在第五天降至最低值，而培养液中的铵氮浓度在前三天呈增加趋势，在第三天之后呈下降趋势，这说明当培养液中硝酸氮含量较高时，藻体吸收硝酸氮， 铁、不同氯源和光强对海洋微藻生长的交互影响并且环境中有少量的硝酸氮转化成铵氦从而使铵氮含量在前三天增加，当环境中硝酸氮含量较低时，微藻从环境中吸收铵氮来维持生长，因此在第三天后培养液中铵氦的含量开始下降。当N，P=80时，培养液中的硝酸盐含量充足，在培养过程中逐日下降，但是在培养后期浓度依然较高；在低浓度铁条件下培养液中磷酸盐含量在前三天大部分被吸收掉，此后变化缓慢，而在高浓度铁的条件下磷酸盐含量在第二天便降至最低值；培养液中亚硝酸氮含量和铵氮含量缓慢增加。旋链角毛藻：N，P=4时硝酸盐含量在第三天降至最低值，且浓度很低，磷酸盐含量变化比较缓慢，在第五天降至最低值，铵氮和亚硝酸氮含量变化较小。因此在N，P=4的条件下在培养的后期，硝酸盐限制了微藻的生长。在N，P=16时，硝酸盐含量和磷酸盐含量均在第四天达到最小值，且浓度都较低；铵氮含量变化较小，亚硝酸氮含量在前三天增加，第三天后开始下降。在N／P=80时，硝酸氮含量随时间的增加一直在减少，但是在低浓度铁条件下硝酸盐含量在培养结束时依然较高，高浓度铁条件下在培养结束时硝酸盐降至很低浓度；磷酸盐含量在培养的第二天便达到最低值，此后变化很小。3．2．3铁与不同氮源对海洋微藻生长的交互影响23●s6'23●5e培养天最(呻日培养无数《Day§)图3．39中肋骨条藻细胞数日变化图3．40中肋骨条藻吸光度日变化≥黧一薯蚕一／徭一丝，{，{卜一 中国海洋大学硕士学位论文]聪。。＼＼褥懿j、7∥i㈧／／f／÷t÷＼嘞。≮一。j所焉纛蠢]]。一。一。∥I=。A一-。N。HP,／P=-。16．。C，r。=Sx，1。0～"Im。obl．1o123镕霏^m{o”f789图3．41旋链角毛细胞数日变化习∥≤姜：：：L／，∥}r：|o：鬟NOJP=薹la,C,=S．器r—r—T—1—1——’”r—’—r—’—1—’——r—’—r—’—r—1图3．42旋链角毛藻吸光度日变化23_5B345B7培葬无数(DayS)培养天数(Daysl图3．43中肋骨条藻叶绿素口含量日变化图3．44旋链角毛藻叶绿素口含量日变化图3．45具齿原甲藻细胞数日变化3．46具齿原甲藻吸光度日变化w州ww州w-ow∞(1E王jo一巅鬻是醚OAO“O—JE、!i”蔷蕾PpPP""F""口．耋甜_謇埘_。w删r口．丘们一{iuv羹S《 壁：至旦墨塑塑鲞堡型塑!兰丝整竺竖塑奎三丝堕一——M#*#(Da社}图3．47具齿原甲藻叶绿素a日变化表3．4中肋骨条藻和旋链角毛藻在不同氮源和铁浓度条件下生长速率常数Kg(t’1)施加铁浓度flO‘6mol／L)硝酸氮(10‘6mol／L)铵氮(10‘6mol／L)O．50．740．9l中肋骨条藻50．840．940．51．131．26旋链角毛藻51．261．23表3．4显示中肋骨条藻和旋链角毛藻生长速率在铵氮环境下高于硝酸氮环境。在硝酸氮环境下，高浓度铁的加入使生长速率常数有较大的提高，而在铵氮环境下高浓度铁的加入使生长速率常数的变化较小，甚至使生长速率常数略有下降。这说明在硝酸氮环境下藻类对铁的需求高，而在铵氮环境下藻类对铁的需求较低，因此在施加低浓度铁的条件下，铵氮环境中生长的藻类其生长速率常数明显大于硝酸氮环境下的藻，而在施加高浓度铁的条件下，两者的差值减小甚至生长速率常数在硝酸氮环境下更大。中肋骨条藻：在铵氮环境下生长的中肋在5×100mol／L和5X10。6mol／L铁两种浓度下其细胞数和生长速率均大于相同铁浓度硝酸氮环境下生长的藻。高浓度的铁添加对硝酸氮环境下生长的中肋骨条藻有明显的促生长作用，而铵氮环境下生长的中肋骨条藻对高浓度铁的添加响应不明显，略有增加。这说明铵氮下生长的中肋骨条藻比硝酸氮下生长的中肋骨条藻需铁ld,，在较低铁浓度下就能达到最大生长速率。在不同铁浓度条件下，铵氮下生长的中肋骨条藻在第四天后叶绿素口一一一一一一一一一11量_*#_■}ln 中国海洋大学硕士学位论文含量才表现出较大差异：高浓度铁条件下叶绿素口含量高于低浓度铁条件下叶绿素口含量；而硝酸氮环境下生长的藻在培养初期便有明显差异。旋链角毛藻：硝酸氮源下生长的旋链角毛藻在添加高浓度铁条件下较低浓度铁有较明显的促进作用，而且叶绿素口含量也有显著增加；而铵氮下生长的旋链角毛藻添加高浓度铁后藻细胞数、生长速率和叶绿素口含量基本没有变化。值得注意的是，虽然低浓度铁条件下，硝酸氮环境中生长的旋链角毛藻其细胞数、生长速率和叶绿素口含量均低于铵氮环境下生长的藻，但是在添加高浓度铁后，硝酸氮环境下生长的藻达到甚至超过了同浓度铁条件下的铵氮环境中生长的藻。具齿原甲藻：从图3．45和图3．46可以看出硝酸氮源、铵源及硝酸氮铵氮混合氮源环境下生长的具齿原甲藻在加铁条件下其生长速率、藻细胞数和吸光度均高于不加铁条件下的藻，因此施加铁对不同氮源下的生长的具齿原甲藻均有促进作用e不加铁的硝酸氮源下的具齿原甲藻生长速率最小，加铁的混合氮源下生长的藻生长速率最大。在铁浓度相同的条件下，铵氮下生长的藻其生长速率、细胞数和吸光度均高于硝酸氮源下生长的藻。从图3．47可以看出在不加铁条件下，硝酸氮源下生长的具齿原甲藻其叶绿素口含量最小，铵氮下生长的具齿原甲藻其细胞内叶绿素口含量最高：而在添加铁之后，三种不同氮源下生长的具齿原甲藻叶绿素d含量没有明显差异，其中硝酸氮源下生长的藻加铁后较不加铁条件叶绿素口含量增加最大。藻细胞内碳水化合物和蛋白质含量的变化：在硝酸氮和铵氮两种不同条件下，铵氮源下生长的藻单位细胞内碳水化合物和蛋白质含量均高于硝酸氮源下生长的藻：但是单位细胞内蛋白质／碳水化合物比值略小于硝酸氮源下生长的藻。43 壁：至旦墨塑塑堂塑塑塑堂塑夔竺堂塑窒三丝堕一——3．2．4不同氮源对海洋微藻吸收铁的影响图3．48中肋骨条藻培养液中铁含量日变化300250。150蛔钾，∞崔50图3．49中肋骨条藻培养液中铁含量日变化23456O'23456培养天数培养天教(Days)图3．50旋链角毛藻培养液中铁含量日变化图3．51旋链角毛藻培养液中铁含量日变化从图3．48得出在不同氮源条件下，中肋骨条藻在低浓度铁(5×10‘7mol／L)的添加实验中表现出不同的吸收速率。铵氮作为氮源的条件下，中肋骨条藻对铁的吸收速率小于硝酸氮氮源下铁的吸收速率，从图3．48可以看出在低浓度铁(5×10Tmol／L)的条件下，铵氮源下生长的中肋骨条藻细胞数和生长速率比硝酸氮源下生长的中肋骨条藻要大得多，从图3．51可以看出同样在低浓度铁(5X100mol／L)的条件下，铵氮源下生长的中肋骨条藻叶绿素a含量和增长速度比硝酸氮源下生长的中肋骨条藻要大得多。这说明在低浓度铁(5×104mol／L)的条件下，铵氮作薏一／．＼一．＼一1叫叫叫叫叫叫叫叫叫q ±里鲞堂盔兰塑主兰篁丝塞．——为氮源比硝酸氮作为氮源使中肋骨条藻有更高的生长速率和叶绿素含量；铁在浮游植物的生长过程中发挥着非常重要的作用，如浮游植物对氮的吸收、叶绿素的合成、卟啉生物合成、光合作用电子的传输等生物过程，因此铁是浮游植物生长所必需的微量营养元素，而在不同氮源下铁的吸收速率铵氮源环境却比硝酸氮源环境慢得多。这表明铵氮环境下生长的浮游植物对铁的需求小于硝酸氮环境下浮游植物对铁的需求。但是在添加高浓度铁(5×10。6tool／L)的条件下，不同氮源对铁的吸收速率却没有明显差异，这可能是因为接种前中肋骨条藻处于低浓度铁的环境条件下，在接入高浓度铁的环境后，中肋骨条藻对铁有非常明显的“存贮”现象或“过剩累积”现象(如图3．49所示)，使培养液中铁的含量有280ppb在培养一天后迅速降至30ppb左右，此后中肋骨条藻对铁的吸收甚少，中肋骨条藻细胞内储藏的铁组以维持藻细胞的生长，且藻细胞在死亡后，其细胞内的铁重新释放到培养液中供新分裂的藻细胞生长。旋链角毛藻在不同氮源和铁浓度条件下对铁的吸收与中肋骨条藻十分相似。在低浓度铁(5×10‘7mol／L)的条件下，铵氮作为氮源比硝酸氮作为氮源使微藻对铁的吸收速率小得多，铵氮比硝酸氮使旋链角毛藻有更高的生长速率、藻细胞数和叶绿素口含量。这同样证明了浮游植物在铵氮条件下对铁的需求小。同样在添加高浓度铁(5×10。6mol／L)的条件下，旋链角毛藻在培养开始时对铁有过量吸收现象(如图3．51所示)，铁含量有280ppb迅速降至60ppb左右，此后微藻对铁的吸收较少，培养液中铁的浓度缓慢下降，铵氮条件下微藻对铁的吸收略慢。3．2．5不同氮源条件下铁对吸收营养盐吸收的影响I≮∑i严i＼、』：=、＼：∑L丁—1—_广—丁—『丁12培≥无数4(Day。，6图3．52中肋骨条藻在不同氮源及铁浓度条件下硝酸氮含量日变化45∞∞柏∞∞∞∞柏∞o加(1专E一)掣蜒 铁、不同氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响图3．53中肋骨条藻在不同氮源及铁浓度条件下磷酸盐含量日变化图3．54中肋骨条藻在不同氮源及铁浓度条件下铵氮含量日变化图3．55中肋骨条藻在不同氮源及铁浓度条件下亚硝酸氮含量日变化O9876543210一宝oE一)型蠼2O8642O3jo§一世《一!o§一斟避 中国海洋大学硕士学位论文扑严萨严oj一一一一0J‘一a～。。2。’——磊i(厂Days)丁下’—丁蠢忑丁(Day≯s—丁堵莽天数培养天数)萋r℃萋；卜严01⋯～8oi—‘!一～舅＼尊l＼、葱弱。∑歹乏＼鞫i一：I≮图3．58旋链角毛藻在不同氮源及铁浓度条件下铵氮含量日变化47 铁、不周氮源和光强对海洋微藻生长的交互影响培养天数(Days)图3．59旋链角毛藻在不同氮源及铁浓度条件下亚硝酸盐含量日变化图3．60具齿原甲藻在不同氮源及铁浓度条件下硝酸氮含量!El变化图3．61具齿原甲藻在不同氮源及铁浓度条件下磷酸盐含量日变化图3．62具齿原甲藻在不同氮源及铁浓度条件下铵氮含量日变化基．扣_；}；：，一釜～，，，，一垂／I、。一j{|。y一秣、一_1J●1J●●J，1u●1Jflj●，n●，J，1J●1132，O●8Z854t1O0D—go§瑞*32，一i93雠琏 ±里塑鲎查兰塑主兰堡堡塞——图3．63具齿原甲藻在不同氮源及铁浓度条件下亚硝酸氮含量Et变化中肋骨条藻和旋链角毛藻在不同氮源及铁浓度条件下对营养盐的吸收大致相似。在添加硝酸氮的条件下，两种藻对硝酸氮的吸收速率均是高浓度铁条件下较大，在低浓度铁条件下较小；两种藻对磷酸盐的吸收速率也是在高浓度铁条件下较大，而亚硝酸氮和铵氮浓度在培养期间变化很小，且在不同铁浓度条件下无明显差异。在添加铵氮的条件下，两种藻对铵氮和磷酸盐的吸收速率在高浓度铁条件下大于低浓度铁条件，硝酸盐的含量均是先增加后减少，因为在培养实验的初期，铵氮浓度较高抑制了藻类对硝酸氮的吸收，并且实验过程中可能有部分铵氮转化为硝酸氮，使硝酸氮在培养初期含量略有增加，而在实验的后期，铵氮浓度降低，藻类开始吸收硝酸氮，因此硝酸氮含量出现先增加后减少的现象；此外亚硝酸氮含量在培养过程中变化较小，在不同铁浓度条件下无明显差异。具齿原甲藻在添加硝酸氮条件下，加铁组硝酸氮和铵氮的吸收速率略高于无铁组，磷酸盐、亚硝酸盐含量变化与铁浓度无显著性关系。具齿原甲藻在添加铵氮的条件下，加铁组铵氮吸收速率略高于无铁组，而亚硝酸氮、磷酸盐和硝酸氮浓度变化与铁浓度无明显关系。具齿原甲藻在硝酸氮和铵氮混合添加组条件下，铵氮含量逐Et下降，在第六天达到最低值，此后变化很小，而硝酸氮含量呈现先增加后减少现象，这是因为在培养初期，培养液中铵氮含量较高抑制了藻类对硝酸氮的吸收，溶液中可能存在不同形态氮的相互转化，使实验初期硝酸氮含量增加，而随着培养液中铵氮含量的降低，藻体开始吸收硝酸氮，故硝酸氮浓度呈现先增加后减少的现象。雾二一掌一辫|；一r、、、、、、、篓r弋、、、凳 壁：至旦塑婆塑堂塑盟塑堂堂蔓皇篓塑奎三丝堕一——32．6铁与光强对具齿原甲藻生长的交互影响一莲远图3．64具齿原甲藻细胞数日变化图3．65具齿原甲藻吸光度日变化图3．66具齿原甲藻叶绿素口日变化在不同的光强条件下，添加5X10’7M的铁对具齿原甲藻生长均有明显的促进作用。在相同的混合氮源条件下，高光强(4000Lux)下生长的具齿原甲藻其生长速率、藻细胞数、吸光度和叶绿素口含量均明显高于低光强(1500Lux)下生长的藻。高光强生长的藻在第六天达到了最大细胞数，低光强下生长的藻在第八天达到最大细胞数，且略低于高光强的最大细胞数。而不同光强下生长的具齿原甲藻在第10天后吸光度才开始下降。添加铁对具齿原甲藻时绿素口含量的影响十分显著，高光强下加铁组在第四天叶绿素口含量达到最大值，提前细胞数最大值两天：高光强下无铁组在第五天叶绿素口含量达到最大值，提前细胞数最大值一天；低光强下生长的藻均在第七天叶绿素口含量达到最大值，提前细胞数最大值一天。低光强下的生长的具齿原甲藻在加铁后也没有达到高光强下的叶绿素口含量的最大值。一J山『g．兮最捌婚群 中国海洋大学硕士学位论文3．2．7，J、结1．在不同氮磷比条件下中肋骨条藻和旋链角毛藻的藻细胞密度和叶绿素口含量的大小顺序依次为N／P=16>N／P=80>N／P=4。不同氮磷比条件下叶绿素口含量在高浓度铁条件下大于其在低浓度铁条件下，且不同氮磷比对叶绿素口含量的影响大于铁浓度对其影响。N／P=16时，藻细胞内Pr／PCHO比值最大，说明N／P=16时藻细胞生长最好。微藻在铵氮条件下比硝酸氮条件有较高的胞内碳水化合物和蛋白质含量，但是Pr／PCHO比值小于N／P=16的硝酸氮条件下生长的藻。2．硝酸氮源下，高浓度铁比低浓度铁条件下藻细胞数有显著增加，而铵源环境下，不同浓度的铁对藻的生长影响较小。藻细胞对铁的吸收速率在硝酸氮条件下比铵氮条件下快，这说明藻类以硝酸氮作为氮源时对铁有较高的需求，而以铵氮作为氮源对铁需求较小。3．微藻对营养盐的吸收速率在高浓度铁条件下大于其在低浓度铁条件下，硝酸氮和铵氮共存且浓度相近时时藻类优先吸收铵氮作为氮源。在N／P=4时，硝酸氮被藻体迅速吸收在实验后期限制藻体生长，在N／P=80时，在实验后期磷酸盐限制藻体生长。4．具齿原甲藻生长速率和叶绿素口含量在高光强下条件下均高于低光强条件。3．3铁、不同氮源和光强对海洋微藻混合培养的影响3．3．1铁对海洋微藻混合培养的影响，a一{j：。。。5x，I矿矿。M，F。e，．。400。DLJ‘f，，7‘、、一，。，rjl二!二坠11’!塑，!塑!坚|，．{。一／：≮‘蚓：夕：≮■。口j．．．．．．．．：：兰：图3·67旋链角毛藻细胞数日变化图3．68具齿原甲藻细胞数日变化．a舞===墨"?：111^5_2一J蔷哥。一裁鹫嚣喇 铁、不同墨塑塑堂望墅鲞登堂翌兰兰塑壅兰整堕一—————————————————————————————————————————————一——。垂影1≮；蓁芦蓼≯：一一{／／’／“’、．分叫，为彰：一一一：=培篓兰寻；鹭蜂善'——f一一丁——■——丁——丁一’；；j；，图3。69铁对旋链角毛藻和具齿原甲藻生长的影响图3．70铁对青岛大扁藻和中肋骨条藻生长的影响表3．5具齿原甲藻藻细胞在不同铁浓度及光强下比增长速率日变化比增长速率u。(t1)无铁对照组5×10⋯7mol／LFe5×101mol／LFe800Lux第二天O．15O_39O．60O．56第三天O．55O．430．68O_39第四天0．370．130|3l0．3】第五天0．37．O．20．O．02O28第六天0．24—0．20—0．220．24表3．6中肋骨条藻在不同铁浓度及光强下比增长速率日变化I比增长速率u。(t一-)无铁对照组5×10—7mol／LFe5×10～ol／LFe800Lux}第二天0．640．4l0．65O．12l第三天O．52O．16O．420．07第四天0．24．0．04．O．300．1l第五天O．12—0．35-0．500．24第六天0．02-o．42．O．72O．】9第七天O．0lO．15 生里塑登查堂塑主兰堡笙窭一——u．：!。In!∑表示浮游植物生长的比增长速率，表3．5和表3．6分别为具齿原。tAo甲藻和中肋骨条藻在不同铁浓度及光强下比增长速率日变化。旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组：在三种不同的铁浓度条件下，旋链角毛藻随着铁浓度的增加细胞数和生长速率均增加，而具齿原甲藻则在无铁组具有最大细胞数和生长速率。从图3．67和图3．68可以看出，具齿原甲藻在不加铁的培养体系中生长最好，细胞数在第五天达到最大值1．3X105cells／mL，中肋骨条藻也在第五天达到最大细胞数，但是与加铁组相比细胞数有较大差别。在添加铁的两个混合培养体系中，旋链角毛藻生长迅速，培养液中有较高的藻细胞密度，在第五天达到最大细胞密度，而具齿原甲藻的生长则受到抑制，在第三天后藻细胞数开始衰落，藻细胞数迅速下降，可能是高浓度旋链角毛藻对具齿原甲藻的生长具有抑制作用，也可能是具齿原甲藻藻细胞体积比旋链角毛藻大，具有较小的藻细胞比表面积，在与旋链角毛藻竞争吸收营养盐和铁的过程中处于劣势从而阻碍了其对营养盐和铁的吸收最终限制了具齿原甲藻的生长。中肋骨条藻和青岛大扁藻组：在三种不同的铁浓度条件下，青岛大扁藻在不加铁时细胞数和生长速率中最小，添加5×10—7mol／L铁后有最大细胞数和生长速率，添加5×10-％ol／L铁组其生长速率反而低于添加5×101mol／L铁组；中肋骨条藻在不加铁时其细胞数和生长速率最大。无论是加铁组还是不加铁组，中肋骨条藻的生长均受到抑制，其细胞数在第三天后便开始下降，尤其是加铁的混合培养组，中肋骨条藻在第三天后迅速衰败。在中肋骨条藻和旋链角毛藻混合培养的过程中，中肋骨条藻的生长受到了抑制，这应该不是对营养盐和铁竞争吸收的结果，因为中肋骨条藻细胞比青岛大扁藻小，因此中肋骨条藻具有较大的细胞比表面积，应该在对营养盐和铁的吸收过程中具有较强的竞争力。中肋骨条藻的生长受到抑制可能是因为青岛大扁藻生长过程中释放的细胞产物不利于中肋骨条藻的生长，因而对中肋骨条藻产生抑制作用。 壁：至旦壑翌塑生堡壁塑堂堂塑兰茎竺壅兰整堕————————一3．3．2光强对海洋微藻混合培养的影响{曼／i二图3．7l光强对旋链角毛藻和具齿原甲藻生长的影响图3．72光强对青岛大扁藻和中肋骨条藻生长的影响旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组：4000Lux光强条件下旋链角毛藻生长迅速，在第三天有最大生长速率，在第五天便达到最大细胞密度；而具齿原甲藻则生长受到抑制，其细胞数从第四天开始甚至低于800Lux下生长的藻。800Lux光强条件下旋链角毛藻和具齿原甲藻均生长缓慢，没有形成指数生长期，旋链角毛藻细胞数略高于具齿原甲藻，但是具齿原甲藻生长并没有受到抑制，到培养结束为止具齿原甲藻细胞数一直在增加。中肋骨条藻和青岛大扁藻混合培养组：4000Lux光强条件下，青岛大扁藻生长迅速，在培养过程中一直处于生长状态，细胞数一直在增加，而中肋骨条藻在第三天后便处于衰败状态，细胞数迅速下降。然而在800Lux光强条件下，中肋骨条藻细胞数和生长速率均高于青岛大扁藻，说明在低光强条件下因为青岛大扁藻细胞密度较小，中肋骨条藻的生长并没有受到青岛大扁藻的抑制，反而因为中肋骨条藻有较小的体积和较高的比表面积而生长较快。州州州www¨一Jlo。1《口日镕《一’口时一时¨!苎协峨‰m著i。)《硝噼踏 中国海洋大学硕士学位论文3．3．3不同氮磷比对海洋微藻混合培养的影响1鹰／／7＼1E堂到，／iv／7／、、＼{l二!二!!婴：!!I＼j／／’一一一、≮1．／／，．：一．。{。一。么：-m∥。‘L——．——，——．——，——．——，——．——，——，——．一蠹习瓜．匿筻：j∥?o一～、”L『———鲨挲图3．73旋链角毛藻细胞数日变化图3．74具齿原甲藻细胞数日变化图3．75不同氮磷比对具齿原甲藻和旋链角毛藻生长影响图3．76不同氮磷比对青岛大扁藻和中肋骨条藻生长影响旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组：在三种不同氮磷比(4，16，80)条件F，旋链角毛藻生长速率依次为：N／P=16>N／P=4>N／P=80，而具齿原甲藻在三种不同的氮磷比条件下生长速率和藻细胞数相差不大，而且生长均受到抑制，在第三天细胞数便开始下降。中肋骨条藻和青岛大扁藻混合培养组：在三种不同的氮磷比(4，16，80)条件下，青岛大扁藻藻细胞数和生长速率依次为：N／P=16>N／P：4>N／P：80，而中肋骨条藻则在三种不同氮磷比条件下细胞数相差不大，且其生长均受到抑制，在N／P=4，N／P216环境下第三天后细胞数便开始迅速下降，N／P=80环境下在第二天以后细胞数便开始迅速下降。rpr0“mⅡ“(1篆忌u一鳆嗣异磷司虱，厂蕊一画纛兰刃矿丁蕊一堡一／，，／夕=乳篓rpr0☆am“3{。J目§* 铁、至旦塑翌塑堂塑型鲞堂丝塑竺篓塑至三丝堕一———————————————————————————————————————●—————————————一。3．3．4铁与不同氮源对海洋微藻混合培养的交互影响图3．77具齿原甲藻在不同铁浓度及氮源下的生长曲线黧封彩／‘暮幕需蚕弱l弱矽蕊毡蹩型图3．79铁与氮源对青岛大扁藻和中肋骨条藻生长的影响培养天数(Days)-o-原甲藻，5x1旷MFe，Nq／P=--m--悬链．5x10％1Fe，NQ／P=16一△一原甲藻，5x’盯’MFe，N口／P=一▲一悬链，5x10。MFe．NQ／P=16-o--原甲藻，5x10。MFe．NH／P=rO-悬链，5x10。h^Fe，NH／P=16一扣原甲藻。5x1叮’MFe．NH／P=—★一悬链，5x10‘7MFe，NH,／P=16图3．78铁与不同氮源对旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养的交互影响旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组：旋链角毛藻在硝酸氮环境下，5×101mol／L铁浓度下生长的藻比5×i01mol／L铁浓度下生长的藻细胞数和生长速率有明显提高，而在铵氮环境下生长的旋链角毛藻在不同铁浓度条件下细胞数和生长速率都没有明显差异，这显示了在铵氮环境下，旋链角毛藻对铁的需求量小于硝酸氮环境下生长的藻。从图3．77看出在不同氮源下，具齿原甲藻在高浓度铁(5×101mol／L)条件下均比低浓度铁(5×10-7mol／L)条件下有较高的细胞数。但是不同氮源及铁浓度下生长的具齿原甲藻均受到了抑制，没有达到较高的细胞数，在了罢￡ou一鋈骄雠．。付-o．。．o付∞捌～川恤协弧你{1E童}a3一瓤盛弱槠 宝里塑登查兰塑主兰堡堕塞————第三天后其细胞数便迅速下降。中肋骨条藻和青岛大扁藻混合培养组：青岛大扁藻在硝酸氮源、高浓度铁(5×10～ol／L)条件下藻细胞数和生长速率最小，在铵氮、低浓度铁(5×101mol／L)条件下藻细胞数和生长速率最大。在不同的氮源条件下，青岛大扁藻细胞数和生长速率都在低浓度铁环境下(5×10。7mol／L)较大，说明5×101mol／L的铁便能满足青岛大扁藻生长的铁需求。中肋骨条藻均在高浓度铁条件下(5×10。6mol／L)有较高的细胞数，但是其生长明显受到抑制，在第三天后细胞数便开始迅速下降，到第七天几乎全部衰亡。3．3．5小结1．铁浓度对微藻混合培养时两种藻的生长状况有显著性影响。加铁培养时旋链角毛藻与具齿原甲藻混合培养组具齿原甲藻受到明显抑制，中肋骨条藻和青岛大扁藻混合培养组中肋骨条藻受到明显抑制。而在不添加铁进行混合培养时，具齿原甲藻和中肋骨条藻的生长相对于加铁混合培养组其细胞数和生长速率均较大，这说明在不加铁时，混合培养组的两种藻生长相对较慢，在培养期间没有形成显著性抑制(如具齿原甲藻)或抑制作用与加铁组相比相对较小(如中肋骨条藻)。2．在高光强下具齿原甲藻和中肋骨条藻的生长受到显著性抑制，而在低光强下则没有受到抑制，细胞数均缓慢增加，而且在中肋骨条藻与青岛大扁藻混合培养组中肋骨条藻在低光强下比青岛大扁藻生长快，这是因为中肋骨条藻具有较小的粒径和细胞分裂速率较快。3．不同氮磷比对两个混合组中具齿原甲藻和中肋骨条藻生长的影响差别不大，但是不同氮源对混合培养组两种藻生长的影响显著。两组混合培养中生长受到抑制的藻在铵氮环境下均比硝酸氮环境下受到的抑制作用更强。在铵源下旋链角毛藻生长最快，而具齿原甲藻受到最显著抑制；同样青岛大扁藻在铵源下生长最快，而中肋骨条藻的生长则受到最显著抑制。 壁：至旦墨婆塑堂塑型塑鲎塑塑竺茎塑至三丝堕一4结论本文综述了海水中铁的浓度、来源、形态、测定方法以及铁与浮游植物的相互关系，并在此基础上选用中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、旋链角毛藻(Chaetoceroscuroisetus)、具齿原甲藻(Prorocentrumdentatum)和青岛大扁藻(Platymonashelgolandicavar．tsingtaoensis)四种常见的海洋浮游植物进行实验室一次性培养实验。研究了铁、光强和EDTA对海洋微藻生长的影响；探讨了铁、氮磷比及氮源对海洋微藻生长及生化组成的交互影响，讨论了不同氮源条件下海洋微藻对铁的吸收情况，以及铁对海洋微藻吸收营养盐的影响，并初步研究了铁、营养盐和光强对海洋微藻混合培养的影响。通过实验研究得出以下结论：1．不同浓度的铁对海洋微藻生长的影响在实验添加的浓度范围(0～5×101mol／L铁)内，添加不同浓度的铁均对海洋微藻的生长有促进作用，在5×101mol／L铁浓度条件下海洋微藻的生长速率最快，叶绿素a含量最高。2．不同光强对海洋微藻生长的影响在800Lux，1500Lux，4000Lux光强下进行海洋微藻的一次性培养。在实验选定的光强范围内微藻在4000Lux下生长最快，在800Lux生长最慢，没有形成指数生长期。虽然微藻的生长速率在1500Lux下比4000Lux下小，但是在实验的后期可以达到与4000Lux下生长的藻相似的细胞密度。3．不同浓度的EDTA对胶体态氢氧化铁的转化和微藻生长的影响实验选用胶体态氢氧化铁作为铁源，添加0，5×10’6mol／L。5×i0一mol／L，1×101mol／L的EDTA，结果显示添加不同浓度的EDTA均比不加EDTA对照组微藻的生长速率快，说明EDTA在胶体态铁向藻类可直接吸收利用的溶解态铁的转化过程中起着非常重要的作用，在实验的浓度范围内添加5×106mol／L的EDTA使海洋微藻达到最大生长速率。4．铁、氮磷比和氮源对海洋微藻生长的交互影响在不同氮磷比和氮源条件下添加5×101mol／L的铁均比添加5×101mol／L的铁有更高的生长速率和叶绿素a含量。铵氮作为氮源时两者的差别很小，而硝酸氮 作为氮源时两者的差别较大。在实验选定的三个不同氮磷比(N／P=4，16，80)条件下，藻细胞数和叶绿素a含量大小有如下顺序：N／P=16>N／P280>N／P--4。N／P=-16时，藻细胞内Pr／PCHO比值最大，说明N／P=16时藻细胞生长最好。5．不同氮源下海洋微藻对铁的吸收情况海洋微藻在硝酸氮和铵氮两种氮源条件下对铁的吸收速率不同。在硝酸氮条件下微藻对铁的吸收速率大于其在铵氮条件下，但是微藻的生长速率和叶绿素a含量在铵氮环境下却大于硝酸氮环境下，这说明铵氮环境下生长的浮游植物对铁的需求小于其在硝酸氮环境下对铁的需求。6．铁对海洋微藻吸收营养盐的影响海洋微藻对营养盐的吸收速率在高铁浓度条件大于低浓度铁条件。铁的浓度影响微藻对硝酸氮和铵氮吸收比例，在硝酸氮和铵氮浓度大小相似时，海洋微藻优先吸收铵氮。7．铁、营养盐和光强对海洋微藻混合培养的影晌在高光强下(4000Lux)和不加铁的条件下，青岛大扁藻抑制中肋骨条藻的生长，旋链角毛藻和具齿原甲藻混合培养组则没有产生抑制作用。在加铁后，青岛大扁藻对中肋骨条藻的抑制作用加强，旋链角毛藻对具齿原甲藻也产生了明显的抑制作用。不同氮磷比对混合培养组藻的抑制作用影响不大。铵氮作为氮源比硝酸氮作为氮源显示出更强的抑制选择性，使各混合培养组的抑制作用加强。在低光强(800Lux)下，两个混合培养组均没有产生抑制作用，这是因为在低光强下混合培养的两种藻在培养的周期内生长均比较缓慢，培养液中细胞密度较小，因此没有形成相互抑制作用。 壁：至旦墨婆塑堂塑型塑堂塑塑兰堑塑壅三墅堕一一参考文献1．AllenJ．MilliganandPaulJ．Harrison，Effectsofnon·steady·stateironlimitationonnitrogenassimilateoryenzymesinthemarinediatomTHALASSIoSntAWEISSFLOGIIPhycology．2000，v0136：78-86．2．Armstrong,R．A．，Anoptimization-basedmodelofiron-light-ammoniumCO—limitationofnitrateuptakeandphytoplanktongrowth．Limn01．Oceanogr．1999．44：1436‘1446，3．Banse，K．Lowseasonalityoflowconcentrateionsofsurfacechlorophyllinthesubantarcticwaterring：Underwaterirradiance，iron，orgrazing?Prog．Oceanogr．199637：(no．3·4)pP．241-291．4．BarbeauK，RueE_L．，BrulandK．W，ButlerA．，Photochemicalcyclingofironinthesurfaceoceanmediatedbymicrobialiren(1II)·bindingligands．Nature，2001，413：409-419．5．Barbeau,K．；Moffett,／．W．；Caron,D．A．：et．a1．Roleofprotozoangrazinginrelievingironlimitationofphytoplankton．Nature1996vet．380(no．6569)：6l-64．6．Behrenfeld，M．J．；Bale，A．J．；Kolber,Z．Set．a1．Confirmationofironlimitationofphytoplanktonphotosynthesisin"theEquatorialPacificOcean．I'4aturel996v01．383(no．6600)508-511．7．Bruland，K．W，Donat，J．R．andHutchins，D．A．，InteractiveinfluencesofbioactivetracemetalsORbiologicalproductioninoceanicwaters．Limn01．Oceanogr．。1991，36：1555—1577．8．Coale，-K．H．：Fitzwater,S．E．；Gordon，R．Met．al，ControlofcommunitygrowthandexpoaproductionbyupwelledironintheEquatorialPacificOcean，．Nature，1996v01．379(no．6566)：621-624．9．Coale,K．H．：Johnson，K．S，；Fitzwater,S．E．et．a1．Amassivephytoplanktonbloominducedbyartecosystem-scaleironfertileizeationexperimentintheEquatorialPacificOcean．Nature1996vol，383(no．6600)：495-501，10．Ditullio，G．R．，Hutchins，D⋯ABruland，K．W．，InteractionofironandmajornurtrientscontrolsphytoplanktongrowthandspeciescompositeoninthetropicalNonhPacificOcean．LimnologyandOceanography,1993，V01．38(no．3)：495-508．11。Dortch．Q．，PostelJ．1LPhytoplankton-nitrogeninteractions．1N：Landry,M．R．．Hickey，b．M．(eds)CoastaloceanographyofWashingtonandOregon．ElsevierScience，Amsterdan，1989，139．173，12。DouceRe,G．J．；Erdner,D．L．；Peteato,M．L．et．a1．Quantitativeanalysisofiron．stressrelatedproteinsinThalassiosiraweissfiogii：MeasurementofflavodoxinandferredoxinusingHPLC，Mar．Ec01．Set．】996v01．130(no．1—3)：269-27613．FrosLB．WPhytoplanktonbloomonironrations．Nature，1996383(no．6600)：475-476．14．Fryxell，G．A．；Kaczmarska,T．SpecificvariabilityinFe．enrichedculturesformtheequatoriallPacific．J，Plankton—res．1994v01．16(no．7)：775．76915．OerringaL．J．A．。BarrH，j，W．de,TimmermansK．R．，AcompareisonofironlimitationofphytoplanktoninnaturaloceanicwatersandlaboratorymediaconditionedwithEDqA．MatineChemistry,2000。68：335-346．16．GledhillandVandenBerg，C．M．G，Determinationofcomplexationofiron(Illlwithnaturalorganiccomplexingligandsinseawaterusingcathodicstrippingvoltammetry．Mar．Chem． 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勘误1．P：第二段倒数第二行“以及不同氮源对浮游植物对吸收铁的影响”去掉第二个“对”字。2．Ps1．2中第四行“先用0．4tlm的滤膜过滤，然后用0．2um的滤膜过滤”改为“先用0．2um的滤膜过滤，然后用0．4um的滤膜过滤”3．P242．3．1第四行中的两处“无铁对照组”均改为“不加铁对照组”。第五行中的“第二组加入5X10“mol／L的铁”改为“第二组加入5×101mol／L的铁(FeCl。)。4．P。2．5中的“加入1000mL的培养液中，选择8种不同的生长环境进行培养，如表2．3所示”改为“加入1000mL海水中，培养采用不加铁、硝酸氮和磷酸盐的f／2培养液，然后添加表2．3所示的营养盐，选择8种不同的生长环境进行培养。”5．P。最下面公式B，=鼠Pbl中的T改为t，即B，=Boek‘。6．P。表3．1下面第三行“无铁对照组”、P。3．1．4第四行的“无铁对照组”、P5。表3．5和表3．6中的“无铁对照组”均改为“不加铁对照组”。 铁、不同氯源和光强对海洋微藻生长的交互影响致谢本文是在张曼平教授的悉心指导和关怀下完成的，感谢导师三年来对我的培育与教诲。论文完成过程中李静老师和陈淑珠老师给予了许多有益的指导，在此感谢两位老师的热情帮助。感谢生命学院孙军老师、刘东燕老师提供实验藻种以及在实验和论文修改过程中的指导。感谢任玲老师在论文撰写和论文答辩过程中热情的指导。感谢高先池老师、辛惠蓁老师、祝陈坚老师、姬泓巍老师、于红老师在仪器使用方面给予的热情帮助。感谢祁建华师姐、欧明明师姐在实验过程中给予的热情指导与帮助，感谢蒋风华师姐参与了部分样品的测定。感谢实验过程中给予帮助的杨汝君师姐、冯嫒援同学、宁霞同学、赵雪师姐、赵润德同学、李金涛同学和韩文君同学。感谢106实验室全体成员在学习和生活中给予的鼓励与支持，实验室团结与融洽的氛围支持我不断前进。感谢我的家人多年来对我的支持与鼓励。向所有曾经给予我关怀、帮助、鼓励与支持的人们表示我最诚挚的谢意与最美好的祝愿!谢谢!作者：袁征2003年5月