摘要：近年來(lái)，由于陸源污染的加重以及近海環(huán)境治理的推進(jìn)，中國(guó)近海海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致浮游植物生物量及群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。作為一種廣泛分布且豐度較高的微微型藍(lán)藻，聚球藻在中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色，但其對(duì)不同硝酸鹽濃度的響應(yīng)尚待研究。本文分別從渤海和黃海采集聚球藻富集樣本，在不同硝酸鹽濃度下進(jìn)行半連續(xù)培養(yǎng)，通過(guò)測(cè)定生長(zhǎng)曲線(xiàn)、色素含量、光合生理參數(shù)以及碳氮含量，研究聚球藻對(duì)硝酸鹽濃度的響應(yīng)特征。當(dāng)硝酸鹽濃度為0.1、1.0、10.0μmol·L–1時(shí)，聚球藻培養(yǎng)體系可支持的生物量較小，光能轉(zhuǎn)化效率較低;當(dāng)硝酸鹽濃度為100.0μmol·L–1時(shí)，聚球藻細(xì)胞生長(zhǎng)得到促進(jìn)，其培養(yǎng)體系可支持的生物量約提高5倍，同時(shí)培養(yǎng)體系整體的光能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到最高，但單位細(xì)胞的捕光能力受到抑制，氮和磷的轉(zhuǎn)化率提高。研究表明海洋聚球藻能夠適應(yīng)不同的硝酸鹽濃度維持生長(zhǎng)，在較高的硝酸鹽濃度下，聚球藻生物量顯著提高，但釋放至胞外的碳氮未出現(xiàn)相應(yīng)的當(dāng)量增加。研究結(jié)果為營(yíng)養(yǎng)鹽脅迫條件下浮游生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)提供了原核微藻方面的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)以及全球氣候變化的影響，中國(guó)近海尤其是渤海灣、長(zhǎng)江口、珠江口等多個(gè)海域出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，浮游生態(tài)系統(tǒng)有害藻華頻發(fā)。近十年來(lái)，中國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，注重環(huán)境治理，近海營(yíng)養(yǎng)鹽濃度有所降低，部分海域監(jiān)測(cè)到寡營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生，近海營(yíng)養(yǎng)鹽水平波動(dòng)明顯。氮是營(yíng)養(yǎng)鹽中限制浮游植物生長(zhǎng)的主要因子，氮源濃度的變化可以導(dǎo)致浮游植物的生物量及群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。由于氮源的不斷輸入，長(zhǎng)江口浮游植物以葉綠素a表征的年平均生物量在20世紀(jì)80年代初約為1.5μg·L–1，至2016年已增加到3.0μg·L–1左右。同時(shí)長(zhǎng)江口浮游植物的種群組成也發(fā)生了變化，硅藻的相對(duì)豐度逐漸降低，而鞭毛藻的相對(duì)豐度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。硝酸鹽是海水中的主要氮源，在近海海水中的濃度約為銨態(tài)氮的4倍，已有研究表明其濃度變化對(duì)浮游藻類(lèi)具有顯著影響。在較高硝酸鹽濃度下進(jìn)行培養(yǎng)，東海原甲藻和三角褐指藻的生物量和生長(zhǎng)周期表現(xiàn)出明顯差異，釋放揮發(fā)性鹵代烴碘甲烷的能力受到抑制。微小亞歷山大藻在高氮磷比條件下能夠快速進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期，較高的硝酸鹽濃度可以促進(jìn)藻毒素在胞內(nèi)和胞外的累積，使赤潮產(chǎn)生的環(huán)境危害增大。目前關(guān)于硝酸鹽對(duì)浮游植物影響的研究大多關(guān)注真核生物，硝酸鹽對(duì)微微型原核藻類(lèi)的影響尚不明確。
聚球藻(Synechococcus)是一種典型的微微型原核藍(lán)藻，在全球海洋內(nèi)分布廣泛且豐度較高，年生物量達(dá)(7.0±0.3)×1026 cells。聚球藻是海洋中重要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)海洋微食物網(wǎng)具有關(guān)鍵支撐作用，根據(jù)每小時(shí)固碳率進(jìn)行估計(jì)，其年凈初級(jí)生產(chǎn)力貢獻(xiàn)約為8×109 t·C，占海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力的16.7%。聚球藻周轉(zhuǎn)迅速，受水平基因轉(zhuǎn)移影響，其對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)能力強(qiáng)，表現(xiàn)出明顯的適應(yīng)性響應(yīng)特征。通過(guò)生態(tài)模型的預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高至30℃時(shí)，聚球藻生物量將增加13.9%。隨著CO2濃度升高，不同生長(zhǎng)期聚球藻的生理響應(yīng)特征存在差異，指數(shù)生長(zhǎng)期的聚球藻光合作用能力增強(qiáng)，而穩(wěn)定期的聚球藻光合作用能力減弱。聚球藻在近海海域的生物地理分布是適應(yīng)性響應(yīng)的重要表征，在多個(gè)海域的研究發(fā)現(xiàn)硝酸鹽濃度是影響其分布的重要環(huán)境因子。
在中國(guó)近海海域，聚球藻是浮游植物的主要種群，豐度范圍為102~105 cells·mL–1。作為近海微型浮游動(dòng)物的主要食物來(lái)源，聚球藻在黃海中部的被捕食率高達(dá)44.4%~72.4%，其種群變化能夠改變底層食物網(wǎng)的生態(tài)承載力進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)。渤海和黃海地處中國(guó)東部陸架海，是西太平洋典型的半封閉大陸邊緣海，其營(yíng)養(yǎng)鹽濃度受人類(lèi)活動(dòng)的影響較大。為探究硝酸鹽濃度變化對(duì)聚球藻的影響，本研究從渤黃海采集原位聚球藻進(jìn)行富集培養(yǎng)，通過(guò)硝酸鹽濃度控制的室內(nèi)模擬培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，探究不同硝酸鹽濃度下聚球藻的生長(zhǎng)、光合生理參數(shù)和碳氮含量等的變化，旨在闡明不同硝酸鹽濃度下聚球藻種群的響應(yīng)特征，為進(jìn)一步探討聚球藻的環(huán)境指示作用及生態(tài)反饋效應(yīng)提供科學(xué)依據(jù)。
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