指状许水蚤与赤潮微藻相互作用的实验生态学研究

摘要

浮游动物作为浮游植物和渔业生产的中间连接环节在海洋生态系统中扮演着重要的角色。海洋浮游动物对于赤微潮藻具有一定的潜在调控作用,浮游动物的摄食和数量变化将直接影响到浮游植物的种类、生长和数量,对有害赤潮的发生、发展过程有着重要的影响作用;反过来,有害赤潮微藻又会影响浮游动物的存活、生殖、生长和摄食等生理过程,从而对浮游动物的种群数量和发展产生不利作用。研究浮游植物和浮游动物的相互作用对揭示海洋生态系统的物质循环和能量流动过程有着重要意义。本文以海洋桡足类生物指状许水蚤(Schmackeria inopinus Burckhardt,1913)以及四种海洋赤潮微藻-塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)、赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)和中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为实验生物,在实验生态条件下系统的研究了二者之间的相互作用,并对可能的作用机理进行了探讨,结果发现:
　　 1.指状许水蚤对四种赤潮微藻的摄食作用
　　 指状许水蚤对四种赤潮微藻:塔玛亚历山大藻、东海原甲藻、赤潮异弯藻和中肋骨条藻的摄食率呈现出一定的差异性:指状许水蚤对中肋骨条藻的摄食率相对较大,对塔玛亚历山大藻和东海原甲藻具有一定的摄食潜力,对赤潮异弯藻基本不摄食。按摄食率的高低排序依次为:中肋骨条藻＞塔玛亚历山大藻＞东海原甲藻＞赤潮异弯藻。
　　 指状许水蚤雌体和雄体对四种赤潮微藻摄食率同样体现出一定差异性:雌体对塔玛亚历山大藻、东海原甲藻和中肋骨条藻的摄食率明显高于雄体,但二者对于赤潮异弯藻的摄食率差异不明显。
　　 2.指状许水蚤对四种赤潮微藻种群动态的影响
　　 指状许水蚤的加入能明显改变共培养体系中东海原甲藻、塔玛亚历山大藻和中肋骨条藻的种群增长规律:与对照组相比,三种微藻种群进入指数生长期和稳定期的时间延迟,种群最大细胞密度降低(P＜0.05),这种影响随着指状许水蚤数量的增加而愈加明显;指状许水蚤对赤潮异弯藻种群动态没有明显的影响,与对照组相比,赤潮异弯藻种群密度变化较小(P＞0.05),种群增长规律也基本类似。
　　 3.赤潮微藻对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响
　　 四种赤潮微藻:赤潮异弯藻、东海原甲藻、塔玛亚历山大藻和中肋骨条藻均能够延迟指状许水蚤的抱卵时间和降低抱卵率,延长其卵囊发育所需要的时间和抱卵间隔(P＜0.05)。与对照组相比,四种赤潮微藻对指状许水蚤的生长没有明显的影响(P＞0.05),但是明显抑制了指状许水蚤发育的进程,延长了指状许水蚤从N Ⅱ期到成体所需的整个发育时间和每个发育阶段所需的时间(P＜0.01)。四种赤潮微藻相比,赤潮异弯藻对指状许水蚤生殖和发育的抑制作用最明显,其次是东海原甲藻和塔玛亚历山大藻,中肋骨条藻相对不明显。
　　 赤潮异弯藻的四种组分:藻细胞破碎液、藻细胞过滤液、藻细胞再悬液和藻细胞液不但能够延迟指状许水蚤的抱卵时间,还能抑制其抱卵率,与对照组相比差异显著(P＜0.05);藻细胞过滤液、藻细胞再悬液和藻细胞液能显著延长指状许水蚤卵囊发育所需时间和抱卵间隔时间(P＜0.05),但藻细胞破碎液的作用并不明显(P＞0.05)。四种组分对指状许水蚤生长的影响作用不明显(P＞0.05),但对指状许水蚤的发育影响显著(P＜0.05):一方面抑制了指状许水蚤发育的进程;另一方面延长了从一个时期发育到下一个时期所需的时间,其中藻细胞液对生殖和发育的抑制作用最明显,其次是藻细胞再悬液和藻细胞过滤液,藻细胞破碎液的影响相对较小。
　　 4.赤潮微藻对指状许水蚤种群数量的影响
　　 单养条件下,塔玛亚历山大藻和东海原甲藻能够抑制与其共培养的指状许水蚤的种群增长,与对照组相比种群数量增加缓慢,藻密度越高,抑制作用越明显,呈现出较明显的密度依赖性;中肋骨条藻对指状许水蚤种群数量的增长有一定的抑制作用,在2×104 calls mL-1(--)20×104 cells mL-1密度范围内,随着中肋骨条藻密度的增加,抑制作用减弱,当密度达到30×104 cells mL-1时,抑制作用明显增强。与上述三种微藻不同,在不同藻密度的赤潮异弯藻作用下,指状许水蚤种群数量不但没有增加,反而出现了降低的现象,并且随着藻密度的提高,种群数量降低越明显,显示赤潮异弯藻对指状许水蚤有较明显的致死效应。
　　 在塔玛亚历山大藻和东海原甲藻的混养体系中,二者起始密度比例的不同(8:5、1:1和5:8)并没有引起指状许水蚤种群数量的变化;随着培养时间的延长,三个起始密度比例下指状许水蚤种群数量均持续增加,但不同密度比例组之间种群数量的差异不显著(paired t-test,P＞0.05)。在中肋骨条藻和赤潮异弯藻的混养体系中,二者的起始接种密度比例对指状许水蚤实验种群数量的影响具有明显的差异,体系中中肋骨条藻所占的比例越高,对指状许水蚤种群的增长越有利。
　　 5.赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化活性的影响
　　 赤潮异弯藻可使共培养体系中指状许水蚤的超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(Gpx)的活性降低,而且,随着藻密度的提高,其活性下降愈加明显,与对照组比较差异显著(P＜0.05);赤潮异弯藻还能够导致指状许水蚤的二种抗氧化因子类胡萝卜素(CAR)和谷胱甘肽(GSH)含量的下降(P＜0.05),总抗氧化活性(Total antioxidant,TA)与对照组相比也有显著的降低(P＜0.05)。同期对活性氧(ROS)的检测结果表明,赤潮异弯藻作用能导致指状许水蚤体内ROS含量的增高并贯穿于整个实验过程中;随着起始微藻密度的提高,指状许水蚤体内的ROS明显提高,并且膜脂过氧化程度(MDA含量)也有相应的升高,与对照组比较差异显著(P＜0.05),说明在此条件下指状许水蚤体内产生了氧化胁迫(oxidative stress)。
　　 6.赤潮异弯藻对指状许水蚤生殖、发育和种群数量影响的机制分析
　　 综合分析本文的研究结果,我们推测赤潮异弯藻对指状许水蚤的生殖、发育和种群数量影响的机制可能为,在培养体系中,赤潮异弯藻分泌了某种有毒物质(他感物质),有毒物质一方面直接对蚤体产生毒害作用,另一方面,在有毒物质的胁迫作用下,指状许水蚤的抗氧化系统的活性下降,引起指状许水蚤ROS清除能力的降低,打破了其体内活性氧产生和清除之间的动态平衡,使得ROS在指状许水蚤体内大量积累;大量积累的ROS引起了膜脂过氧化作用加强,进一步对生物体的各项生理功能产生伤害。这种直接和间接伤害作用共同导致了指状许水蚤生理机能的异常,最终表现为生殖、发育和种群发展的抑制。

目录

文摘

英文文摘

第1章 文献综述

1.1 浮游植物和浮游动物的相互作用研究

1.2 赤潮藻对浮游动物的影响

1.2.1 赤潮藻对浮游动物存活和生长的影响

1.2.2 赤潮藻对浮游动物摄食的影响

1.2.3 赤潮藻对浮游动物繁殖的影响

1.2.4 赤潮藻对浮游动物消化酶活性的影响

1.3 浮游动物摄食对赤潮藻的影响

1.3.1 微型浮游动物摄食浮游植物的特点

1.3.2 微型浮游动物摄食对赤潮藻种类组成的影响

1.4 立论依据

参考文献

第二章 指状许水蚤对四种赤潮微藻的摄食研究

2.1 材料与方法

2.1.1 赤潮微藻的培养

2.1.2 指状许水蚤的培养

2.1.3 实验方法和条件

2.1.4 摄食率和滤水率的计算

2.2 结果

2.2.1 指状许水蚤对塔玛亚历山大藻的摄食

2.2.2 指状许水蚤对东海原甲藻的摄食

2.2.3 指状许水蚤对赤潮异弯藻的摄食

2.2.4 指状许水蚤对中肋骨条藻的摄食

2.3 讨论

2.3.1 赤潮微藻密度对指状许水蚤摄食的影响

2.3.2 指状许水蚤对赤潮微藻的摄食选择性

2.3.3 指状许水蚤对塔玛亚历山大藻的摄食

2.3.4 指状许水蚤对中肋骨条藻的摄食

2.3.5 指状许水蚤对赤潮异弯藻的摄食

2.4 小结

2.4.1 指状许水蚤对四种赤潮微藻的摄食

2.4.2 指状许水蚤雌体和雄体对四种赤潮微藻摄食的差异性

参考文献

第三章 指状许水蚤对四种赤潮微藻种群动态的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 赤潮微藻的培养

3.1.2 指状许水蚤的培养

3.1.3 指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.1.4 不同光照条件下指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.1.5 不同温度条件下指状许水蚤虫对赤潮微藻种群动态的影响

3.1.6 数据分析

3.2 结果

3.2.1 指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.2.2 不同光照条件下指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.2.3 不同温度条件下指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.3 讨论

3.3.1 指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.3.2 光照在指状许水蚤调控赤潮微藻种群动态中的作用

3.3.3 温度在指状许水蚤调控赤潮微藻种群动态中的作用

3.4 小结

3.4.1 指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

3.4.2 不同环境条件下指状许水蚤对赤潮微藻种群动态的影响

参考文献

第四章 赤潮微藻对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 赤潮微藻的培养

4.1.2 指状许水蚤的培养

4.1.3 指状许水蚤生殖实验

4.1.4 指状许水蚤生长发育实验

4.1.5 赤潮异弯藻不同组分对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响

4.1.6 数据处理

4.2 结果

4.2.1 赤潮微藻对指状许水蚤生殖的影响

4.2.2 赤潮微藻对指状许水蚤生长的影响

4.2.3 赤潮微藻对指状许水蚤发育的影响

4.2.4 赤潮异弯藻不同组分对指状许水蚤生殖的影响

4.2.5 赤潮异弯藻不同组分对指状许水蚤生长的影响

4.2.6 赤潮异弯藻不同组分对指状许水蚤发育的影响

4.3 讨论

4.3.1 赤潮微藻对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响

4.3.2 赤潮微藻抑制指状许水蚤生殖和发育的原因分析

4.4 小结

4.4.1 四种赤潮微藻对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响

4.4.2 赤潮异弯藻不同组分对指状许水蚤生殖、生长和发育的影响

参考文献

第五章 赤潮微藻对指状许水蚤种群数量的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 赤潮微藻的培养

5.1.2 指状许水蚤的培养

5.1.3 四种赤潮微藻单养条件下对指状许水蚤实验种群数量的影响

5.1.4 赤潮微藻混养条件下对指状许水蚤实验种群数量的影响

5.1.5 数据处理

5.2 结果

5.2.1 单养条件下四种赤潮微藻对指状许水蚤实验种群数量的影响

5.2.2 混养条件下赤潮微藻对指状许水蚤实验种群数量的影响

5.3 讨论

5.3.1 赤潮微藻对浮游动物的影响分析

5.3.2 塔玛亚历山大藻、东海原甲藻和中肋骨条藻对共培养体系中指状许水蚤的影响分析

5.4 小结

5.4.1 四种赤潮微藻单养对指状许水蚤实验种群数量的影响

5.4.2 赤潮微藻混养对指状许水蚤实验种群数量的影响

参考文献

第六章 赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化活性的影响

6.1 材料与方法

6.1.1 赤潮异弯藻的培养

6.1.2 指状许水蚤的培养

6.1.3 赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化活性的影响

6.1.4 数据处理

6.2 结果

6.2.1 赤潮异弯藻对指状许水蚤总抗氧化能力的影响

6.2.2 赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化酶活性的影响

6.2.3 赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化因子的影响

6.2.4 赤潮异弯藻对指状许水蚤活性氧水平的影响

6.2.5 赤潮异弯藻对指状许水蚤膜脂过氧化水平(MDA含量)的影响

6.3 讨论

6.3.1 赤潮异弯藻对指状许水蚤的膜脂过氧化伤害作用

6.3.2 赤潮异弯藻对指状许水蚤膜脂过氧化伤害的机制探讨

6.4 小结

6.4.1 赤潮异弯藻对指状许水蚤抗氧化活性的影响

6.4.2 赤潮异弯藻对指状许水蚤活性氧产生和膜脂过氧化伤害的影响

参考文献

总结