中国近海常见浮游藻色素生物标志物研究和应用
以色素生物标志物为基础的浮游藻化学分类方法快速、准确,能够实现大批量样品的测定,特别在微微型浮游藻种类鉴定和数量分析方面具有明显的优势。用化学分类方法研究浮游藻类的群落组成和丰度,主要依据各种浮游藻特征色素生物标志物的不同,因此发展和完善化学分类方法需要建立在对浮游藻色素生物标志物更深入研究的基础上。本研究对中国近海常见的37种浮游藻的色素生物标志物进行了分析,研究了光照强度和不同生长过程对色素含量和特征色素比值的影响,并运用改进后的化学分类方法研究了东海浮游藻群落组成和丰度的时空变化,主要得到以下研究结果:
(1)测定了中国近海常见的18种硅藻、15种甲藻、3种针胞藻和1种定鞭藻的光合色素。根据色素定量结果和细胞计数结果,计算了各藻种主要特征色素与叶绿素α的比值、色素指标及单位细胞色素含量,根据文献提供的计算方法计算了部分浮游藻的体积,并以此为基础计算了其主要特征色素细胞密度。
(2)在海洋原甲藻、反曲原甲藻、具刺膝沟藻中检出叶绿素c1。Jeffrey等根据藻类特征色素,将甲藻纲划分为5个色素模式,海洋原甲藻、反曲原甲藻和具刺膝沟藻的色素特征最接近“甲藻类型1”,其最重要的特征色素是多甲藻黄素(其它任何浮游藻中都没有),其它代表性色素是硅甲藻黄素和叶绿素c2,但没有叶绿素c1;虽然“甲藻类型3”中也有硅甲藻黄素、叶绿素c2和叶绿素c1,但是没有多甲藻黄素,而是另一种特征色素——岩藻黄素。因此建议,检出了叶绿素c1的海洋原甲藻、反曲原甲藻和具刺膝沟藻应当独立成为“甲藻类型6”,其与“甲藻类型1”的色素模式接近,但是多出了叶绿素c1。
(3)多甲藻黄素是甲藻的特征色素,本研究中获得的中国近海常见甲藻的多甲藻黄素与叶绿素α的比值显著高于文献值,其原因需要进一步的研究。单位细胞色素含量特别是单位细胞非特征色素含量在不同浮游藻之间差别较大,即使是在同一纲内其差别也可以达到一到两个数量级。
(4)研究了不同光照条件(40、70和150μmol photons m-2s-1)下东海原甲藻、圆海链藻和球形棕囊藻色素生物标志物在生长过程中的变化规律。发现三种浮游藻总体上都是通过降低自身的单位细胞叶绿素α含量来适应光照强度的增加,其中东海原甲藻和圆海链藻的单位细胞叶绿素α含量随培养时间的增加而增加,球形棕囊藻的单位细胞叶绿素α含量却随培养时间的增加而降低。大部分色素与叶绿素α的比值以及色素指标在浮游藻整个生长过程中基本保持不变,受光照影响程度也很小,可以用于浮游藻的化学分类,但硅甲藻黄素、硅藻黄素以及β,β-胡萝卜素等光保护类色素与叶绿素口的比值受光照影响比较大,并在整个生长过程中都随光照强度的增加而增加,说明这些色素不适合用于浮游藻的化学分类。
(5)使用色素作为生物标志物,采用化学分类方法(运用CHEMTAX软件)和色素指标分别分析了东海2007年11月和2009年05月浮游藻群落及功能类群丰度的时空变化,结果表明,调查海域大部分的站位包含了硅藻、甲藻、定鞭藻、绿藻、蓝藻、青绿藻、金藻和隐藻,其中近岸以硅藻为主,黑潮水系附近主要以蓝藻和原绿球藻为主。使用化学分类方法获得的不同浮游藻对总叶绿素α的贡献率与使用色素指标获得的功能类群占总诊断色素的比例有差异,前者获得的硅藻和蓝藻的丰度略低于使用色素指标获得的数值,但二者反映的趋势一致。与此不同,使用色素生物标志物获得的结果与显微镜计数结果差别较大,在同一站位,使用显微镜计数得到的浮游藻的种类数明显少于化学分类方法鉴定的种类数。此外,两种方法获得结果的相关性因浮游藻种类不同而不同:对于硅藻来讲,两种方法获得结果呈现比较明显的正相关关系;但对于甲藻来讲,相关关系不明显,单位细胞叶绿素α含量在不同甲藻之间的差别可能是导致这一情况的主要原因;对于蓝藻来讲,虽然两种方法获得结果相关关系比较明显,但为负相关关系,对于这一情况的原因还有待于进一步的深入研究。
浮游藻;生物标志物;化学分类方法;色素指标
中国海洋大学
博士
海洋化学
于志刚
2011
中文
Q949.2
151
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）