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不同营养条件下四种海洋微藻生产DMS和DMSP的实验研究

朱蓉  
【摘要】:二甲基硫(DMS)是海水中重要的、含量最丰富的还原态挥发性生源硫化物,其在表层海水中的过饱和及向大气中的扩散对全球硫循环有着重要的贡献。海水中的DMS的主要来源是通过二甲巯基丙酸内盐(DMSP)的降解产生的,DMSP是DMS的前体物质,其产生自海洋中的浮游植物。本论文对海洋微藻细胞中DMSP和DMS产量的种间差异及不同的生长条件对两种有机硫化物的生长和转化进行了探究。 1.四种海洋微藻的DMSP、DMS生产研究 论文以球形棕囊藻、尖刺拟菱形藻、小新月菱形藻和塔玛亚历山大藻为研究对象,研究生长周期内DMSP和DMS的生产情况,首次探讨了以上微藻在不同磷浓度、N/P比和铁浓度影响下DMSP和DMS生产的规律,尝试解释不同浮游植物种群对于DMSP和DMS浓度变化和影响程度,进而对于现场海域DMSP和DMS浓度水平分布提供一定的参考价值。结果如下: (1) DMS和DMSPd的浓度峰值会有1-2d的滞后现象,球形棕囊藻的溶解态(DMSPd)产率是另外三种藻的2-3倍颗粒态DMSP(DMSPp)峰值是其他三种微藻的6-7倍,DMSPp浓度与细胞密度有很高的相关性。在四种微藻中,塔玛亚历山大藻单位细胞密度的DMSPp产量明显最大。在实验周期内细胞DMSPd浓度与DMS浓度变化趋势一致。比较DMS的浓度发现:球形棕囊藻≈塔玛亚历山大藻>尖刺拟菱形藻≈小新月菱形藻。球形棕囊藻单位细胞密度DMS释放量最小,尖刺拟菱形藻的单位细胞密度DMS产量最大。 (2)氮限制和磷限制对球形棕囊藻生长影响大,最适宜生长条件在富磷时N/P比为50:1。尖刺拟菱形藻在富磷时,在N/P比为5:1时有较高的细胞密度;在贫磷情况下,N/P比为50:1时细胞密度明显最大。小新月菱形藻贫磷时细胞密度明显减小,说明这种藻对磷有较高的需求。塔玛亚历山大藻在富磷条件下,N/P比为50:1时最早进入指数生长期,并且有最大的细胞密度。 (3)球形棕囊藻的各实验组之间DMSPd浓度没有明显差别,富磷条件下的DMSPp浓度高于贫磷时DMSPp浓度;氮和磷没有成为尖刺拟菱形藻生产DMSP浓度的限制因子,但盐度和温度等可能会导致DMSP浓度的变化;小新月菱形藻在贫磷且N/P比为50:1时有较大的DMSPp浓度;塔玛亚历山大藻受N/P比的影响最显著,低N/P比条件下的DMS浓度是高N/P比条件下的2.5倍。 (4)培养液中Fe~(3+)浓度的提高明显促进尖刺拟菱形藻、小新月菱形藻和塔玛亚历山大藻细胞的生长;而球形棕囊藻的生长则未受Fe~(3+)浓度的影响。高Fe~(3+)浓度有助于尖刺拟菱形藻藻液中DMSPd的形成,而球形棕囊藻培养液中高Fe~(3+)浓度反而会抑制DMSP从藻体中释放。高Fe~(3+)浓度能够促进球形棕囊藻和小新月菱形藻细胞内DMSP的合成,却抑制了塔玛亚历山大藻细胞内DMSP的生产。高Fe~(3+)浓度能抑制塔玛亚历山大藻培养液中DMS生产,但明显提高尖刺拟菱形藻中DMS的产量。 2.黄海现场围隔实验 通过船基围隔实验研究了黄海海域营养盐的输入对海洋生态系统的影响,取现场海水在围隔桶内添加定量的营养盐,观察DMSP、DMS浓度的变化,同时将其与DMSO放在一起进行比较。结果表明,各围隔实验组都在10、11d达到种群密度峰值,氮限制对围隔水体中浮游植物的生长起到了抑制效果。加入了Fe~(3+)的M4的DMSPd浓度迅速达到了最大值然后快速下降,未加入铁的其他桶内的DMSPd变化趋势不明显。除了对照组M6以外,其他5组实验组的DMSPp浓度并没有明显的差异。围隔实验中氮限制明显增加DMS的浓度。N/P比符合Redfield比值和添加铁离子有助于DMSOd的产生,DMSOp的变化与叶绿素a的变化趋势很相似,两者有较好的相关关系。


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