北部湾海域球形棕囊藻的特征色素与藻华过程研究
文献类型:学位论文
作者 | 王锦秀 |
答辩日期 | 2022-05-17 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院大学 |
授予地点 | 中国科学院海洋研究所 |
导师 | 于仁成 |
关键词 | 球形棕囊藻 特征色素 北部湾 藻华过程 浮游植物 |
学位名称 | 理学博士 |
学位专业 | 海洋生态学 |
其他题名 | Diagnostic pigments and bloom dynamics of Phaeocystis globosa in the Beibu Gulf |
英文摘要 | 球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)是一种全球广布的有害藻华原因种。近年来,以囊体(colony)形成为特征的球形棕囊藻藻华在北部湾海域频频发生,对当地海洋生态环境、水产养殖和核电运行构成严重威胁,受到高度关注。在以往对球形棕囊藻藻华的研究中,常以19’-己酰氧基岩藻黄素(19’-hexanoyloxyfucoxanthin,Hex-fuco)作为特征色素,估算球形棕囊藻的生物量。但是,在对北部湾海域球形棕囊藻藻华的跟踪研究中发现,藻华形成时浮游植物样品中的Hex-fuco含量明显下降,而19’-丁酰氧基岩藻黄素(19'-butanoyloxyfucoxanthin,But-fuco)含量反而显著上升。北部湾海域的球形棕囊藻是否具有独特的色素组成特征?能否将其特征色素应用于现场调查,从而揭示北部湾球形棕囊藻藻华的分布和动态过程?针对这些问题,本研究以球形棕囊藻特征色素为切入点,对比分析了现有浮游植物色素提取与检测方法的有效性;在此基础上,探究了不同球形棕囊藻株系、形态(囊体或游离细胞)及环境因子对其色素组成的影响;进而将特征色素分析应用于2016–2017年和2018–2019年北部湾海域球形棕囊藻藻华的现场调查和研究,重点分析了北部湾海域球形棕囊藻藻华的早期来源、发展过程和年际变异,并探究了藻华过程中浮游植物群落结构的变化。 通过对比研究,分析评估了现有浮游植物色素提取与检测方法的有效性。比较了甲醇、95%甲醇水溶液、二甲基甲酰胺、90%丙酮水溶液等提取溶剂对球形棕囊藻(P. globosa)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、微绿球藻(Nannochloris sp.)、抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)、隐藻(Cryptomonas sp.)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和自然海水样品中色素的提取效率,发现90%丙酮对叶绿素的提取效率较高,95%甲醇对类胡萝卜素的提取效率较高。但是,95%甲醇提取会促进叶绿素a衍生物的形成,尤其是在叶绿素酶活性较高的硅藻中,从而造成样品叶中绿素a含量的低估。在色素检测手段上,与高效液相色谱法(high performance liquid chromatography, HPLC)相比,荧光法会高估样品中的叶绿素a含量,可能是受到叶绿素a衍生物荧光信号的干扰。因此,现有的色素提取分析方法各有利弊,在应用色素分析手段开展浮游植物生态学研究时,应根据不同研究目的,选择合适的色素提取和检测方法。在北部湾海域针对球形棕囊藻特征色素和藻华过程开展研究时,以95%甲醇作为提取剂的HPLC法最为适用。 比较研究了不同球形棕囊藻株系、形态以及温度、光照和氮源等环境因子对球形棕囊藻特征色素组成的影响。研究发现,不同株系的球形棕囊藻特征色素存在明显差别;囊体和游离细胞的色素含量和比例虽有差异,但特征色素组成没有差别;环境因子会对球形棕囊藻的色素含量和比例产生一定影响,但不会改变其特征色素组成。因此,可以根据特征色素组成对球形棕囊藻的种下多态性状况进行解析。对球形棕囊藻不同藻株的特征色素分析结果表明,球形棕囊藻至少可以分成两个“色素型”,其中“色素B型”只含有特征色素But-fuco,“色素HB型”既含But-fuco,也含有Hex-fuco,且以Hex-fuco为主要特征色素。两种 “色素型”球形棕囊藻与囊体大小密切相关,“色素B型”能形成直径达厘米级的“巨型囊体(giant colony)”,而“色素HB型”只能形成直径 ≤ 3 mm的小囊体。两种“色素型”的球形棕囊藻均存在于北部湾海域。研究发现,北部湾海域的“色素B型”和“色素HB型”球形棕囊藻藻株对温度和营养盐的适应性存在差异,低温(18°C)有利于两种“色素型”球形棕囊藻形成囊体,高温(30°C)有利于其游离藻细胞的生长,但“色素B型”球形棕囊藻的比生长速率受温度影响较小,而“色素HB型”的比生长速率在高温下明显降低。对球形棕囊藻营养利用特性的研究发现,两种“色素型”的球形棕囊藻在不同氮源中均可生长,但“色素B型”球形棕囊藻在以尿素为氮源时能够形成直径更大的囊体。 以球形棕囊藻特征色素为标志物,研究了北部湾球形棕囊藻藻华原因种和藻华动态过程。研究发现,北部湾海域的大规模球形棕囊藻藻华主要由 “色素B型”球形棕囊藻形成。根据But-fuco在不同水团中的分布及其变化情况,反演了球形棕囊藻藻华的动态过程,推测北部湾海域的球形棕囊藻藻华存在两个不同的来源:广西近岸海域的藻华是由上升流自南部外海携带输入的球形棕囊藻形成,而雷州半岛西侧的藻华是由琼州海峡流携带输入的球形棕囊藻形成。东北季风的年际变化能通过改变琼州海峡流输入北部湾的营养盐和球形棕囊藻,影响球形棕囊藻藻华的分布和规模。球形棕囊藻藻华期间,硅藻、聚球藻等浮游植物类群及其特征色素分别与球形棕囊藻丰度呈现显著的正相关和负相关关系,其特征色素岩藻黄素(fucoxanthin)、玉米黄素(zeaxanthin)以及棕囊藻特征色素But-fuco的含量变化可以用作北部湾球形棕囊藻藻华的监测预警指标。 综上,本研究以球形棕囊藻为研究对象,以色素分析为研究手段,研究了北部湾海域球形棕囊藻的特征色素状况,分析了北部湾球形棕囊藻藻华过程及其影响因素。从特征色素入手揭示了球形棕囊藻的种下多态性,首次将球形棕囊藻划分为两个“色素型”,确认了北部湾海域的球形棕囊藻藻华主要由“色素B型”球形棕囊藻形成。发现北部湾海域的球形棕囊藻藻华具有两个不同来源,湾内藻华分布和规模受到东北季风年际变异的调控。相关研究成果丰富了对球形棕囊藻种下多态性的认识,为系统阐明球形棕囊藻藻华的发生机制提供了科学认识,并为球形棕囊藻藻华的监测预警提供了技术手段和科学依据。 |
语种 | 中文 |
目次 |
2.3.2 不同有机试剂对其他叶绿素类和类胡萝卜素的提取效率 2.3.3 荧光法与高效液相色谱法对叶绿素a含量的测定结果对比 3.4.2 环境因子对不同“色素型”球形棕囊藻生长和囊体形成的影响 4.3.1 2016-2017年北部湾海域球形棕囊藻藻华的动态变化 4.3.2 2018-2019年北部湾海域球形棕囊藻藻华的动态变化 |
源URL | [http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/178366] |
专题 | 海洋研究所_海洋生态与环境科学重点实验室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 王锦秀. 北部湾海域球形棕囊藻的特征色素与藻华过程研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式: OAI收割
来源:海洋研究所
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