收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海水中DMS和DMSP的生物生产与消费的研究

厉丞烜  
【摘要】: 二甲基硫(DMS)是参与全球硫循环的最主要的海洋生源硫化物,其在大气中的氧化产物会对全球气候变化和酸雨的形成产生重要影响。二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)是DMS的重要前体物质,在DMSP裂解酶的作用下分解产生DMS。生物生产与消费被认为是海洋中DMS和DMSP的主要来源和去除途径,在DMS及DMSP的生物地球化学循环中起着重要作用,决定表层海水中DMS浓度以及海-气通量。因此表层海水中DMS及DMSP生物生产和消费的研究,有助于衡量海洋生物对海水中DMS和DMSP的贡献,进一步深入了解DMS和DMSP的生物地球化学循环过程。 本论文首先以受人类活动影响较大的中国半封闭海域北黄海为研究区域,对海水中DMS生物生产和消费速率的时空变化及其影响因素进行系统的研究,初步衡量了此海域表层海水中微生物消费和海-气扩散在DMS去除过程中的相对重要性。其次,通过室内藻类培养实验,研究了中国近海海域常见藻种DMS和DMSP生产释放情况,并探讨了相关理化因子的影响。在美国Mexico海湾沿岸海域,通过35S同位素示踪法,首次评估了溶解态DMSP (DMSPd)的生物可利用率,并定量研究了DMSPd和颗粒态DMSP (DMSPp)生物消费对于DMS生物生产的相对贡献。主要研究结果如下: 1.北黄海表层海水中DMS生物生产与消费速率以及相关因素的研究 (1)于2006年12月-2007年1月、2007年4-5月和10月对我国北黄海海域表层海水中DMS生物生产和消费速率的时空变化进行了研究。冬季北黄海表层海水中DMS生物生产和消费速率分别为5.41(1.91~13.0)和3.84(0.81~11.6)nM d-1;春季速率分别为6.42(2.38~18.9)和3.71(1.74~13.2)nM d-1;秋季速率分别为7.35(2.04~15.9)和5.67(1.67~13.8)nM d-1。研究表明,北黄海表层海水中DMS生物生产速率在各季节变化趋势为:秋季春季冬季,三个季节的平均值为6.39±0.152 nM d-1;而DMS生物消费速率季节变化中,秋季明显高于春、冬两季,三个季节的平均值为4.41±0.249 nM d-1。从空间分布看来,各季节DMS生物生产和消费速率具有相似的空间变化趋势。冬季,DMS生产速率和消费速率在辽东半岛和山东半岛近岸出现高值区,而中部海域则为其低值区。春季,二者的高值区位于靠近辽东半岛东南部的近海海域,在鸭绿江入海口达到最低值。秋季,辽南沿岸区域是DMS生物生产和消费速率高值区,北黄海中部海区的生产和消费速率值则偏低。 (2)北黄海表层海水中DMS生物生产与消费过程受现场海洋物理、化学和生物条件(如:温度、盐度、DMSPd和DMS浓度、叶绿素a以及浮游植物组成等)不同程度的影响,是一个复杂的生物地球化学过程。冬季,DMS生物生产速率皆受到各种物理、化学和生物因子的影响,其中Chl a的影响最为显著,其次为海水表层温度和DMSPp浓度。春季和秋季,现场DMSPd和DMSPp浓度对于DMS生物生产速率的影响均较为显著。而对于DMS生物消费速率,冬季和秋季均受到DMS现场浓度的影响,海水表层温度和盐度只在冬季有显著的影响。海水物理、化学和生物因子皆会影响北黄海表层海水中DMS生物生产速率和消费速率,但其影响程度具有明显的季节差异性。 (3)北黄海表层海水中DMS生物生产速率皆高于其消费速率,总体平均高出65%,导致DMS净生物生产作用。而且,DMS生产速率和消费速率二者之间存在很好的相关性,表明DMS生物生产与其微生物消费构成一个紧密的生物循环过程。冬季、春季和秋季北黄海表层海水中DMS微生物消耗的生物周转时间τbio分别为0.834(0.2~1.73)、1.59(0.406~4.65)和0.666(0.240~1.36)d;而DMS海—气周转时间τsea-air分别为6.30(0.122~32.3)、5.04(0.868~32.6)和10.0(0.635~56.2)d。冬季、春季和秋季,τsea-air/τbio的比值平均值分别为10.95、3.97、17.94。由此看来,北黄海表层中DMS微生物消耗相对于海—气扩散在DMS迁移转化中的作用更加明显。 2.三种海洋浮游微藻的DMS、DMSP生产的研究 本文选取了三种中国近海常见藻种,即三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、海洋原甲藻(Prorocentrum micans)和球等鞭金藻(8701品系,Isochrysis galbana)为研究对象,通过实验室培养实验研究了这些海洋微藻生长周期内藻体细胞内外DMSP及释放到水体中DMS浓度,并研究了不同盐度、硝酸盐浓度和Fe3+浓度条件对三种微藻DMSP、DMS生产的影响以及硅酸盐浓度对三角褐指藻的影响。结果表明: (1)海洋原甲藻细胞外的DMSP浓度显著高于三角褐指藻和海洋原甲藻的相应浓度。单位生物量内,海洋原甲藻DMSPp含量分别比三角褐指藻高出3个数量级,比球等鞭金藻8701也高出2个数量级。这三种微藻在生长期后期DMS浓度增长速率均较初期明显提高。 (2)高硝酸盐浓度抑制海洋原甲藻和三角褐指藻DMSPp的产生;但球等鞭金藻8701的DMSPp生产却不受硝酸盐浓度的影响。海洋原甲藻的DMS生产受[NO3-]影响最为显著,低[NO3-]下DMS/Chl a的比值是高[NO3-]下的7倍。 (3)高盐环境能够增强三角褐指藻和海洋原甲藻细胞内DMSP的生产,并促进培养液中DMS生产,而低盐度则明显降低这两种微藻生产DMS的能力。盐度对球等鞭金藻8701细胞内外DMSP产量和DMS生产无明显影响。 (4)高[Fe3+]有助于三角褐指藻和海洋原甲藻藻液中DMSPd的形成,降低球等鞭金藻8701中DMSPd的生产。高浓度Fe3+能够促进球等鞭金藻8701细胞内DMSP的合成,却抑制了海洋原甲藻细胞内DMSP的生产。低浓度Fe3+则明显提高海洋原甲藻和球等鞭金藻藻液中DMS的产量;[Fe3+]的变化未对三角褐指藻DMS和DMSPp生产有影响。 (5)低硅酸盐浓度条件下三角褐指藻的单位生物量DMSPp浓度高于中高水平硅酸盐条件下的相应浓度,表明低浓度能够有利于其细胞内DMSP的生成。单位生物量DMS生产能力也在低硅酸盐浓度培养液中得到加强,在高于214μM硅酸盐浓度条件下单细胞DMS产量较低且变化不大。 3. Mexico海湾沿岸海域DMSPd生物可利用率和周转的评估 DMSPd是海洋细菌体内一种重要酶作用有机底物和活性硫气体DMS的前体物质。本研究中,Mexico海湾沿岸海域DMSPd生物消费速率通过两种方法进行测定:一种是借助于DMSP吸收(DMSP-uptake)的抑制剂甘氨酸甜菜碱(GBT)来确定的抑制剂方法,另一种是35S-DMSP示踪的动力学方法。这两种方法都需要确定海水中DMSPd的浓度,其中,DMSPd样品通过Whatman GF/F滤膜(0.7μm)进行小体积重力过滤(SVDF)采集,随即将DMSP进行碱解得到DMS来定量确定DMSPd。其中,35S-DMSP示踪法提供的DMSPd周转速率(35.7~215nM d-1)比GBT抑制剂方法得到的值(0.34~21.6 nM d-1)高出1.7~152倍。进一步实验确定了GBT能够有效抑制DMSPd的降解,而35S-DMSP示踪法能提供准确的DMSPd降解速率常数,这样采用SVDF方法采集测定DMSPd浓度([DMSPd]SVDF)可能是DMSPd降解速率估算的一个潜在的误差来源。的确,GF/F滤液培养实验表明[DMSPd]SVDF可能高估了DMSPd的生物可利用率,这主要有两个原因:(1)在GF/F滤液中,10~37%的DMSP存在于粒径大于0.2μm的颗粒物中,而并非是溶解态的;(2)在真正以溶解态存在的DMSP (DMSPd0.2μm)中,0.5~1.0 nM的DMSP在几天内难以降解,这部分DMSP占到相应DMSPdsvDF的40~99%。目前,对于这部分难降解的DMSP本质还是未知的。在此研究海域中,所估测的DMSPd浓度非常低,在0.006~1.0 nM范围内,平均值为0.41 nM。本研究建议DMSPd周转和其对于海洋中硫和碳通量的贡献需要重现评估。 4. Mexico海湾沿岸海域DMSP生物降解对DMS生物生产的贡献 表层海水中,溶解态和颗粒态DMSP都是DMS重要来源,对海洋中DMS生产具有重要的贡献。本研究中,监测Mexico海湾沿岸海域的表层海水及其GF/F滤液中DMS和DMSPd浓度变化趋势,结果发现DMSPd消耗可能促进或不影响DMS的生产。GBT能够短时间内抑制DMSPd的降解,并且此期间GBT能够促进DMSPp降解和DMS生产,而不影响DMS的降解和产率,表明DMSPp对DMS生产具有重要贡献。现场海水的黑暗培养实验中,在忽略DMS光化学和海-气扩散过程的情况下,测定DMS净生产速率、DMSPd消费速率、DMSPd降解为DMS的产率及DMS微生物消费速率,首次定量估算了DMSPp寸于DMS生产的贡献。结果表明来自DMSPd降解的DMS生产速率((DMS生产速率)DMSPd)为0.13~1.72 nM d-1,而来自DMSPp转化的DMS生产速率((DMS生产速率)DMSPp)为2.79~6.82 nM d-1,(DMS生产速率)DMSPp明显高于(DMS生产速率)DMSPd,二者比值在1.84~34.1之间,平均为16.4,充分表明DMSPp才是比DMSPd更重要的DMS来源。此发现有助于更好地认识表层海水中DMS生物生产和消费过程。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈葵,沈颂东;硫代甜菜碱(DMSP)对大气环境的影响及其对水产动物营养的促进作用[J];海洋湖沼通报;2002年03期
2 王艳,齐雨藻,沈萍萍,李韶山,吕颂辉;温度和盐度对球形棕囊藻细胞DMSP产量的影响[J];水生生物学报;2003年04期
3 李和阳,王大志,林益明,洪华生;海洋二甲基硫的研究进展[J];厦门大学学报(自然科学版);2001年03期
4 焦念志,柳承璋,陈念红;东海二甲基硫丙酸的分布及其制约因素的初步研究[J];海洋与湖沼;1999年05期
5 李炜,焦念志;环境因子对三种常见微藻细胞中二甲基硫丙酸含量影响的初步研究[J];海洋与湖沼;1999年06期
6 焦念志,柳成章,洪华生,原田茂树,越川海,渡边正孝;中国近海浮游植物生产的二甲基硫和二甲基硫丙酸的分布状况及其影响因素(英文)[J];Acta Botanica Sinica;2003年07期
7 彭喜春,杨维东,刘洁生,彭志英;棕囊藻的次生代谢产物综述[J];生态学杂志;2005年03期
8 张昊飞;王金辉;刘材材;;聚球蓝细菌赤潮及生态学意义[J];海洋环境科学;2008年S1期
9 王秀娟;周成旭;严小军;蒋莹;;颗石藻藻源性二甲基硫丙酸(DMSP)在致死卤虫时的作用检测[J];生态毒理学报;2010年05期
10 杨眉;王世新;周艺;王丽涛;;DMSP/OLS夜间灯光数据应用研究综述[J];遥感技术与应用;2011年01期
11 景伟文;杨桂朋;康志强;;胶州湾海水中DMS和DMSP的分布及其影响因素[J];中国海洋大学学报(自然科学版);2010年11期
12 卓莉,陈晋,史培军,辜智慧,范一大,一之瀬俊明;基于夜间灯光数据的中国人口密度模拟[J];地理学报;2005年02期
13 徐良;徐继生;A.V.Koustov;霍亮;R.A.Drayton;;SuperDARN雷达的对流测量评估[J];电波科学学报;2008年04期
14 杨和福;紫外辐射对南极棕囊藻细胞DMSP合成和DMS释放率的影响[J];海洋学报(中文版);1998年05期
15 齐雨藻,徐宁,王艳,吕颂辉,陈菊芳;中国赤潮研究的新进展——球形棕囊藻赤潮及其产硫的研究[J];中国基础科学;2002年04期
16 孙承君,张曼平,孙忠松,刘刚;青岛沿岸海区海藻体中DMSP含量测定[J];中国海洋大学学报(自然科学版);1998年01期
17 邹翔,张巍,肖明军,蔡庆生;分布式环境下的序列模式发现研究[J];复旦学报(自然科学版);2004年05期
18 崔贞,张曼平,秦延文,黄竹英,张惠珍,盛平;海水悬浮颗粒物中DMSP顶空GC测定研究[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);1998年03期
19 李培基,曹梅盛,A.T.C.Chang,D.A.Robinson;中国西部SMMR积雪图的修正[J];冰川冻土;1992年04期
20 刘愿;图行天下[J];大自然探索;2002年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐雨藻;王艳;沈萍萍;陈菊芳;徐宁;吕颂辉;;广东沿海DMS/DMSP分布与浮游植物的关系[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
2 齐雨藻;王艳;沈萍萍;陈菊芳;徐宁;吕颂辉;;球形棕囊藻(Phaeoeystis glolosa)产生DMSP的研究[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
3 齐雨藻;王艳;沈萍萍;徐宁;陈菊芳;吕颂辉;;广东沿海海水及海二甲基硫(DMS)与二甲基丙酸(DMSP)分布及其与环境因子关系研究[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
4 沈萍萍;齐雨藻;王艳;段舜山;;广东沿海大型海藻二甲基硫丙酸(DMSP)含量研究[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
5 沈萍萍;齐雨藻;王艳;段舜山;;广东沿海海水及海藻二甲基硫(DMS)与二甲基硫丙酸(DMSP)分布及其与环境因子关系研究[A];中国藻类学会第十一次学术讨论会论文摘要集[C];2001年
6 吴永英;郭琰;;DM3存储过程技术性能及实现[A];第十六届全国数据库学术会议论文集[C];1999年
7 杨惠根;胡红桥;刘瑞源;黄德宏;佐藤夏雄;卷田和男;;午后极光的概要分布特征[A];2000年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十六届年会论文集[C];2000年
8 李晓静;刘玉洁;朱小祥;;利用SSM/I资料获取积雪参数[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(下册)[C];2004年
9 李昊;李萍;白衡;;OLS/VIIRS微光成像原理和应用[A];2009第五届苏皖两省大气探测、环境遥感与电子技术学术研讨会专辑[C];2009年
10 刘立波;;The dependence of plasma density in the topside ionosphere on the solar activity level[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第一卷)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 厉丞烜;海水中DMS和DMSP的生物生产与消费的研究[D];中国海洋大学;2010年
2 张洪海;中国东海、黄海DMS和DMSP的生物地球化学研究[D];中国海洋大学;2009年
3 郭建鹏;太阳辐射对热层和电离层变化性的影响[D];中国科学院研究生院(地质与地球物理研究所);2008年
4 景伟文;海水微表层与次表层中DMS和DMSP的生物地球化学研究[D];中国海洋大学;2006年
5 刘梦坛;脂肪酸标记在黄海生态系统营养关系研究中的指示作用[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
6 周媛;指状许水蚤与赤潮微藻相互作用的实验生态学研究[D];中国海洋大学;2010年
7 张清春;东海大规模甲藻赤潮种吞噬特性及其在赤潮形成中的作用初探[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
8 文世勇;基于营养盐的赤潮灾害风险评估技术与应用研究[D];大连海事大学;2010年
9 刘淑霞;中国近海常见浮游藻色素生物标志物研究和应用[D];中国海洋大学;2011年
10 蔺智泉;海水淡化对海洋环境影响的研究[D];中国海洋大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高原;海洋微藻释放二甲基硫(DMS)与二甲巯基丙酸内盐(DMSP)的研究[D];中国海洋大学;2012年
2 闫晖;分布式建模仿真平台的设计与研究[D];武汉工程大学;2012年
3 沈萍萍;有害赤潮藻——球形棕囊藻的分类生理特性及产硫研究[D];暨南大学;2001年
4 张瑜;浮游动物摄食对二甲基硫产生和转移的影响[D];中国海洋大学;2012年
5 张雪峰;内蒙古城市化空间扩展的遥感监测研究[D];内蒙古师范大学;2010年
6 王莉莉;黄东海和胶州湾海水中丙烯酸的生物地球化学研究[D];中国海洋大学;2012年
7 黎峥;不同藻类在UV-B处理下的抗性生理研究[D];暨南大学;2003年
8 张俊;赤潮藻藻际细菌溶藻效应研究[D];暨南大学;2010年
9 梁瑜;典型赤潮藻对氮磷营养要素的响应[D];暨南大学;2010年
10 李松涛;有机改性蒙脱土去除球形棕囊藻的研究[D];暨南大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 赵有松;美国卫星遥感实用化[N];中国测绘报;2003年
2 晓浩;气象卫星“旁敲侧击”为战争服务[N];大众科技报;2002年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978