泛三大洋微微型浮游生物的分布及其与环境因子的相关性
海洋微微型浮游生物是地球上种类最丰富,数量最多的有机体,介导着生物地球化学循环过程,在海洋生态系统中起着极其重要的作用。国际上有关微微型浮游植物、异养细菌和浮游病毒在大尺度范围的分布规律报道很少,且在不同海洋环境条件下,微微型浮游植物、异养细菌和浮游病毒之间的相关性及其与环境因子之间的相关性,特别是浮游病毒与宿主细胞间的相关性研究更少。因此,本论文采用流式细胞仪计数法对西太平洋、印度洋、环南大洋及南极水域原绿球藻、聚球藻、微微型真核浮游植物、异养细菌和浮游病毒丰度的分布特点进行了研究,并利用PCA和Pearson相关系数法分析了微微型浮游生物与水温、盐度、营养盐(磷酸盐、硝酸盐+亚硝酸盐和硅酸盐)等环境因子之间的相互关系,同时还分析了不同水域各微微型浮游生物之间的相关性。本文还利用RFLP技术对南极长城湾微微型真核浮游生物的分子多样性进行了分析。本文的研究有助于探讨微微型浮游生物的分布规律、各生物因子之间及环境因子对其分布的影响,并为海洋生态环境的监测、预警及修复提供基础的数据资料。 (1)原绿球藻在西太平洋和印度洋的分布分别延伸至50°S和46°S,限制其生长的最低温度分别为9.7℃和11.8℃。在赤道地区丰度最高,随着赤道地区向高纬度水体延伸,丰度逐渐减低直至消失。原绿球藻在西太平洋和印度洋水域的丰度分别为5.4×103-4.20×105个mL-1和1.45×104-3.73×105个mL-1。生物量分别为0.16-15.64 mg m-3和0.20-11.6 mg m-3。在赤道附近海域,原绿球藻对浮游植物生物量的贡献率达到52.2％,是浮游植物生物量的主要贡献者。在西太平洋,影响原绿球藻分布的主要因素是温度和营养盐(磷酸盐和硅酸盐),与温度和较低的磷酸盐浓度成显著的正相关性(p＜0.01);与较高的硅酸盐浓度成负相关性(p＜0.01);在印度洋,由于研究海域营养盐水平较高,原绿球藻主要受温度的影响,其生物量与温度呈显著正相关性(p＜0.01)。 (2)聚球藻在西太平洋和印度洋的分布分别延伸至57.1°S和54.1°S,限制它们生长的最低温度分别为4.1℃和16.4℃。中纬度水域聚球藻丰度高于低纬度。聚球藻在西太平洋和印度洋水域的丰度分别为1.10×103-2.29×105个mL-1和1.54×103-2.79×105个mL-1。生物量分别为0.26-17.74 mg m-3和0.35-12.93 mgm-3。在西太平洋,聚球藻与温度呈显著负相关性(p＜0.01),与硝酸盐+亚硝酸盐和硅酸盐成显著正相关性(p＜0.01)。在印度洋,聚球藻主要受温度的影响,其生物量与温度呈显著正相关性(p＜0.01)。 (3)微微型真核浮游植物广泛存在于所研究的海域,在中纬度水域丰度高于低纬度,在高纬度南极水域丰度更低。在南极水域,大陆架水体微微型真核浮游植物的丰度明显低于远洋水体;在垂直分布上,随着水深的增加,它的丰度逐渐减低,直至500m水深完全消失。它在西太平洋、印度洋、环南大洋的丰度分别为5.2×102-4.68×104个mL-1,4.9×102-1.73×104个mL-1,7.6×102-1.04×104个mL-1和1.42×102-4.00×103个mL-1。生物量分别为0.26-17.74 mg m-3,0.36-29.8 mg m-3,0.99-14.1 mg m-3。在中纬度水域,微微型真核浮游植物是浮游植物生物量的主要贡献者。在不同大洋,影响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营养盐影响,与硝酸盐+亚硝酸盐和硅酸盐成显著正相关性(p＜0.01)。在印度洋,它主要受温度的影响,其生物量与温度呈显著正相关性(p＜0.01);在环南大洋,磷酸盐和温度是影响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与磷酸盐成显著的正相关性(p＜0.01),与温度成显著的负相关性(p＜0.01)。在南极水域,微微型真核浮游植物丰度与水深、盐度、溶解氧、硝酸盐+亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐浓度都有显著的负相关性(p＜0.01)。 (4)异养细菌广泛存在于所研究的海域,在中纬度水域丰度高于低纬度,在高纬度南极水域丰度更低。在南极水域,大陆架水体的异养细菌丰度明显低于远洋水体;在水深较浅的断面,异养细菌丰度在垂直分布上无显著差异,在水深较深的断面,在深层水体的丰度明显低于上层水体。在西太平洋、印度洋、环南大洋和南极水域的丰度分别为2.27×105-3.80×106个mL-1,2.65×105-1.27×106个mL-1,8.4×105-1.32×106个mL-1和1.05×105-3.69×106个mL-1。生物量分别为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,异养细菌的分布主要受营养盐影响,与硝酸盐+亚硝酸盐和硅酸盐成显著正相关性(p＜0.01)。在印度洋,异养细菌生物量与硝酸盐+亚硝酸盐浓度呈显著的负相关性(p＜0.01)。在南极水域,异养细菌丰度与深度、盐度、磷酸盐和硅酸盐成显著负相关性(p＜0.01)。 (5)浮游病毒广泛存在于所调查的海域,在水平分布上,浮游病毒的丰度与宿主细胞的丰度分布存在密切的联系。在赤道水域存在高值区,与原绿球藻的丰度分布趋势一致:而在中纬度水域,其高值区与聚球藻、微微型真核浮游植物和异养细菌的丰度分布一致。在南极水域浮游病毒在2000m以下水层均有分布,其垂直分布规律与异养细菌类似。在西太平洋、印度洋、环南大洋和南极水域的丰度分别为2.17×106-2.49×107个mL-1,3.80×106-2.41×107个mL-1,1.46×106-2.98×107个mL-1和1.49×106-4.39×107个mL-1。生物量分别为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,浮游病毒与微微型真核浮游植物、聚球藻和异养细菌生物量之间存在显著的正相关性(p＜0.01),但在赤道水域与原绿球藻生物量存在显著正相关性(p＜0.01);浮游病毒生物量与硝酸盐+亚硝酸盐和硅酸盐成显著正相关性(p＜0.01),与温度成显著的负相关性(p＜0.01)。在印度洋和环南大洋,浮游病毒的分布仅受异养细菌的影响,与异养细菌生物量成显著正相关性(p＜0.01)。在南极水域,浮游病毒与叶绿素a、微微型真核浮游植物丰度及异养细菌丰度成显著正相关性(p＜0.01),与水深、盐度、磷酸盐和硅酸盐成显著负相关性(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优势类群丰度变化的影响,而营养盐等环境因子通过影响病毒宿主的生长从而间接地影响浮游病毒的空间分布。温度、盐度可能直接或间接地影响病毒的分布。 (6)不同海域,不同类型的微微型浮游生物对海洋生态系统碳循环所贡献的生物量不同。在西太平洋和环南大洋,异养细菌生物量在微微型浮游生物中占据主导地位。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导地位。本文还发现微微型浮游生物存在拮抗和协调生长的作用。一方面,原绿球藻丰度和聚球藻、微微型真核浮游植物丰度成显著的负相关性(p＜0.01),表明原绿球藻与这2者之间存在拮抗作用。在低纬度水域,水温高,营养盐(特别是磷酸盐浓度)较低,体积较小的原绿球藻有更强的生长竞争优势,丰度升高,而聚球藻和微微型真核浮游植物丰度降低;而在中纬度水域,水温降低,营养盐浓度升高,较大个体的藻类生长占优势地位,聚球藻和微微型真核浮游植物丰度升高,而不占竞争优势的原绿球藻丰度急剧降低。另一方面,异养细菌丰度和聚球藻、微微型真核浮游植物丰度之间存在着显著的正相关性(p＜0.01),表明异养细菌与聚球藻、微微型真核浮游植物存在协同生长的作用。在中纬度水域,无机营养盐丰富,聚球藻和微微型真核浮游植物利用无机营养物生长,同时将无机营养物转化为有机营养成分,导致了水体中有机营养物的增加。这些增加的有机营养物被异养细菌利用,异养细菌快速生长,导致在中纬度水域异养细菌丰度随之升高。同时,异养细菌又将制造出大量的无机营养物质,这些物质又可以维持聚球藻和微微型真核浮游植物的生长。 (7)本文运用PCR-RFLP技术,在国际上首次揭示了南极长城湾海域微微型真核浮游生物的类群,获得了南极长城湾38个微微型真核浮游生物OTUs,主要类群为横裂甲藻纲(Dinophyceae)、真菌类(Fungi)、丝足虫类(Cercozoa)和纤毛虫亚纲(Ciliates)和未获培养的海洋微微型真核浮游生物。各类群的OTUs数分别为2个、16个、5个、2个和13个,未获培养的海洋微微型真核浮游生物占总OTUs数的33.4％。
微微型浮游植物;分布规律;环境因子;RFLP技术;分子多样性
中国海洋大学
博士
细胞生物学
张志峰;何剑锋;汪岷
2010
中文
Q178.53
126
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）