收藏本站
《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

深海化能生态系统大型生物营养来源分析及对重金属的富集作用

王孝程  
【摘要】:深海化能生态系统由于其极其特殊的理化环境特点和生物群落特征,一直是研究的前沿和热点,其中深海热液和冷泉生态系统是最主要的研究部分。热液和冷泉生态系统从发现开始,人们就没有停止对其的探索。研究这样特殊环境下大型生物的营养来源和对重金属的富集作用能够帮助解释其生存策略和适应性,有助于了解深海化能生态系统的物质循环和能量流动过程。本文主要选用稳定同位素法和脂肪酸标记法,并辅以消化道内含物法,利用2015年5-7月和2016年6-9月“科学”号采集的样品,测定并分析了南海Formosa Ridge冷泉区、马努斯盆地热液区和冲绳海槽热液区大型生物的稳定同位素值和脂肪酸含量,对三个区域的大型生物食物来源情况及食性进行分析。选取南海Formosa Ridge冷泉区四种典型的大型生物,首次利用生态学混合模型分析了食物来源比例,定量的描述了各营养源对其食物的贡献,平端深海偏顶蛤(Bathymodiolus platifrons)作为主要的初级消费者,以内共生菌作为主要的营养源,其所提供的营养大约占95%,水体中的悬浮颗粒物也为其提供营养,仅占5%,两种甲壳类属于杂食性,以捕食为主,对颗粒物的摄食占了大约30%,长刺石蟹(Lithodes longispina)主要以捕食冷泉生态系统中的大型生物为食。同时参考大型生物的行为特点和其他海区的研究结果,首次描绘出南海冷泉区的食物网结构图,平端深海偏顶蛤、乳白深海笠贝(Bathyacmae lactea)和螺Provanna glabra处于第二营养级,属于初级消费者,海鳞虫(Branchipolynoe pettibonae)、长角阿尔文虾(Alvinocaris longirostris)、柯氏潜铠虾(Shinkaia crosnieri)以及螺Phymorhynchus buccinoides处于第三营养级,为次级消费者,入侵种长刺石蟹处于最高级,为顶级消费者。选取不同区域的贻贝类,比较稳定同位素和脂肪酸特点,分析环境对贻贝营养源情况的影响。利用南海Formosa Ridge冷泉区平端深海偏顶蛤作为研究对象,对其组织中重金属含量进行了测定,并与不同海区贻贝组织中重金属含量进行了对比,从生物适应性和生物学功能角度解释了其分布模式。在南海Formosa Ridge冷泉区生态系统中,对平端深海偏顶蛤(B.platifrons)、乳白深海笠贝(B.lactea)、柯氏潜铠虾(S.crosnieri)、长角阿尔文虾(A.longirostris)、海鳞虫(B.pettibonae)、两种腹足类P.buccinoides和P.glabra,以及入侵种长刺石蟹(L.longispina)进行了分析。其碳稳定同位素值均小于-40‰,脂肪酸组成以单不饱和脂肪酸为主。在此生态系统中甲烷营养型细菌作为主要的初级生产者而存在。平端深海偏顶蛤作为主要的初级消费者,以内共生菌作为主要的营养源。乳白深海笠贝作为次级消费者,以冷泉生态系统的微生物和有机碎屑作为食物源,其中微生物为主要营养源。腹足类P.glabra作为次级消费者,同样以冷泉生态系统的微生物和有机碎屑作为食物源,但相比于乳白深海笠贝,其营养来源更多的来自于有机碎屑。腹足类P.buccinoides作为次级消费者,主要以生物尸体和上层沉降有机碎屑为主要食物源,相比于P.glabra,其更多的营养源来自于光合作用系统。海鳞虫作为次级消费者,以贻贝和其它高营养级生物尸骸为主要食物源。长角阿尔文虾作为次级消费者,为杂食性,以低营养级的生物体和颗粒有机物为主要食物源。柯氏潜铠虾作为次级消费者,为杂食性,主要以体表微生物、低营养级的生物体和颗粒有机物为主要食物源。入侵种长刺石蟹作为顶级捕食者,主要以冷泉生物为主要食物源,并且也会摄食有机颗粒物。在马努斯盆地热液区生态系统中,对潜铠虾Munidopsis lauensis、虾Chorocaris vandoverae、贻贝Bathymodiolus manusensis、管状蠕虫Arcovestia ivanovi以及两种腹足类Ifremeria nautislei和Provanna nassariaeformis进行了分析。其碳稳定同位素值均大于-35‰,脂肪酸组成除P.nassariaeformis外均以单不饱和脂肪酸为主。硫氧化型细菌作为主要的初级生产者供给整个生态系统。贻贝B.manusensis作为主要的初级消费者,其营养源主要来自其共生细菌,并且其共生细菌利用卡尔文循环(Calvin-Benson-Bassham,CBB)进行固碳作用,属于RubiscoⅠ型,其体内的共生多毛类营养源主要依赖于其宿主。管状蠕虫A.ivanovi同样以内共生的化能自养细菌为主要营养源,但其类型与贻贝中共生物微生物不同。两种腹足类I.nautislei和P.nassariaeformis均以碎屑和动物尸骸为主要营养源,主要营养源来自于热液生态系统本身,但二者相比,后者来源于上层光合作用系统的营养源较多。潜铠虾M.lauensis和虾C.vandoverae为杂食者,主要以低营养级的生物体和颗粒有机物为主要食物源。在冲绳海槽热液区生态系统中,对长角阿尔文虾(A.longirostris)、光足新海虾(Shinkaicaris leurokolos)、海鳞虫(B.pettibonae)以及拟阿尔文虫(Paralvinella hessler)进行了分析。其碳稳定同位素值均大于-35‰,脂肪酸组成除Dive#102区域的海鳞虫外均以单不饱和脂肪酸为主。甲烷营养型和硫氧化型细菌同时作为主要的初级生产者供给整个生态系统。平端深海偏顶蛤作为主要的初级消费者,其营养源主要来自其共生细菌,同时也存在滤食作用来源,在Dive#102区域的贻贝中表现较明显。海鳞虫共生于贻贝的外套膜腔内,营养主要来源于其宿主,同时也摄食微生物和生物尸骸和有机碎屑。拟阿尔文虫以共生的化能自养细菌为主要营养源,但其类型与贻贝不同,主要为硫氧化型细菌。两种长角阿尔文虾和光足新海虾都以化能自养细菌和低营养级生物体为主要食物源,但是两种虾所利用的化能自养细菌类型不同,前者所利用的化能细菌主要利用CBB循环固碳,而后者所利用的化能细菌主要利用还原性三羧酸循环(reductive tricarboxylic acid cycle,rTCA)来固碳。对深海化能生态系统中的贻贝类与近海远东偏顶蛤(Modiolus kurilensis)进行对比分析。远东偏顶蛤表现出明显的差别,碳同位素值大于-20‰,脂肪酸组成以多不饱和脂肪酸为主,且富含C20:5ω3和C22:6ω3系列脂肪酸。其主要通过滤食作用获取食物,营养源来自于光合作用系统,主要为藻类,而深海冷泉和热液区贻贝类的营养来源主要来自于化能自养细菌。对南海Formosa Ridge冷泉区平端深海偏顶蛤的鳃、外套膜和壳中的20种金属元素含量进行了测定。结果显示多数金属元素在鳃中都显著富集,这可能与食物的吸收和共生菌的存在有关。在壳和外套膜中,Mn的含量都特别高,这可能与对碳酸盐结构中Ca的替代作用有关。在鳃和外套膜中发现了Ca、Sr和Mg之间存在正相关关系,这与以往在热液和近岸贻贝中的研究结果相符。相比于其他深海环境和近岸环境中的贻贝,金属的富集展现出地域的差异但也存在着相似的富集和吸收模式,这意味着对必需元素的需求在不同区域贻贝中存在着相似性。Mn和Ag含有较高的生物浓度因子(BCF),这说明了它们与生物特别的适应和生命循环过程中特殊功能和调节机制有关。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q178.53

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 胡倩男;张鑫;蒋富清;王冰;栾振东;陈长安;阎军;;Geochemical characteristics of hydrothermal sediments from Iheya North Knoll in the Okinawa Trough[J];Chinese Journal of Oceanology and Limnology;2017年04期
2 佟宏鹏;冯东;陈多福;;南海北部冷泉碳酸盐岩的矿物、岩石及地球化学研究进展[J];热带海洋学报;2012年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张文进;王钦贤;陈多福;;西藏岗巴地区晚白垩世冷泉碳酸盐岩地球化学特征及其对流体来源及沉积环境的示踪[J];地球化学;2018年02期
2 刘关勇;王旭东;黄慧文;孙跃东;梁前勇;李牛;胡钰;冯东;;南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究[J];地球化学;2017年06期
3 席世川;张鑫;王冰;栾振东;陈长安;阎军;;海底冷泉标志与主要冷泉区的分布和比较[J];海洋地质前沿;2017年02期
4 陈芳;周洋;吴聪;刘坚;苏新;庄畅;陆红锋;余少华;段虓;荆夏;;珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物-冷泉活动的记录与时间[J];地学前缘;2017年04期
5 陈芳;陆红锋;刘坚;庄畅;吴聪;曹珺;周洋;刘广虎;;南海东北部陆坡天然气水合物多期次分解的沉积地球化学响应[J];地球科学;2016年10期
6 杨克红;于晓果;初凤友;董彦辉;;南海北部甲烷渗漏系统环境变化的碳、氧同位素记录[J];地球科学;2016年07期
7 陈芳;周洋;庄畅;陆红锋;吴聪;;南海东北部冷泉区末次冰期沉积间断及其成因[J];海洋地质与第四纪地质;2016年02期
8 张美;邬黛黛;吴能友;;南海北部天然气水合物沉积环境中自生矿物特征[J];新能源进展;2016年01期
9 李牛;陈多福;;南海北部陆坡神狐海域富有孔虫沉积层的特征及成因[J];地球化学;2015年06期
10 关永贤;罗敏;陈琳莹;王淑红;颜文;王宏斌;陈多福;;南海西部海底巨型麻坑活动性示踪研究[J];地球化学;2014年06期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 徐兆凯;常凤鸣;李铁刚;南青云;蒋富清;李安春;;24ka来冲绳海槽北部沉积物来源的高分辨率常量元素记录[J];海洋地质与第四纪地质;2012年04期
2 葛璐;蒋少涌;杨涛;杨競红;吴能友;张光学;刘坚;;南海北部神狐海域冷泉碳酸盐烟囱的甘油醚类生物标志化合物及其碳同位素组成[J];科学通报;2011年14期
3 陆红锋;陈芳;刘坚;周洋;廖志良;;南海东北部甲烷成因碳酸盐岩的矿物学及同位素组成(英文)[J];海洋地质与第四纪地质;2010年02期
4 赵一阳,鄢明才;冲绳海槽海底沉积物汞异常──现代海底热水效应的“指示剂”[J];地球化学;1994年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李洪伟;邓一荣;刘丽丽;;青海湖典型湿地土壤重金属分布特征[J];山东工业技术;2017年11期
2 孟兆龙;周振;吕子琳;;黄河河口流路重金属分布及作用机理[J];中国科技信息;2017年19期
3 周若薇;;湘江水体中常见重金属离子浓度的空间分布[J];湖南教育(D版);2016年12期
4 洪继华,章申;广东南部地理景观中土壤重金属垂直分异及其地球化学分层性[J];地理研究;1988年04期
5 应卫明,章申;海南岛琼山热带土壤中重金属分布和矿物特征的关系[J];土壤学报;1988年04期
6 邱礼生;珠江口海区表层沉积物中重金属的分布模式[J];海洋通报;1989年01期
7 祝建中,胡志华;垃圾焚烧过程中影响重金属分布因素的研究[J];环境污染治理技术与设备;2004年12期
8 陈超;刘汉羽;郝俊;赵丽丽;程巍;;不同种植年限香根草对煤矸石山基质中重金属分布的影响[J];煤炭学报;2016年12期
9 郭德英;;黄河三角洲重金属分布状况及分析评价[J];中国环境管理干部学院学报;2007年01期
10 康勤书,吴莹,张经,周俊丽,程和琴;崇明东滩湿地重金属分布特征及其污染状况[J];海洋学报(中文版);2003年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邵俊娟;刘成斌;顾昱晓;傅建捷;史建波;江桂斌;;拉萨河鱼体中重金属分布特征研究[A];第十届全国生物医药色谱及相关技术学术交流会论文集[C];2014年
2 王元仲;李冬梅;高云凤;;河北省优势农产品-小麦、玉米产区土壤重金属分布研究[A];首届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2005年
3 李原仪;冯桓;袁德奎;郭磊;;渤海湾重金属分布及输运机理[A];2016年全国环境力学学术研讨会摘要集[C];2016年
4 宗美荣;董发勤;刘明学;侯兰杰;杨刚;魏红福;张伟;罗浪;周青;许稳;谢敬宜;罗昭培;王萍萍;张倩;;西部某铀矿采矿坑口辐射及重金属分布[A];中国矿物岩石地球化学学会第15届学术年会论文摘要集(1)[C];2015年
5 张鑫;周涛发;殷汉琴;杨西飞;;铜陵矿区水系沉积物中重金属分布特征[A];全国环境生态地球化学调查与评价论文摘要集[C];2006年
6 窦磊;马瑾;周永章;付善明;;乡镇企业密集区土壤-蔬菜系统重金属分布特性分析——以广东东莞为例[A];中国矿物岩石地球化学学会第11届学术年会论文集[C];2007年
7 杨曼丽;卢志明;;雾霾颗粒中重金属分布时间演化模拟[A];2014年全国环境力学学术研讨会论文摘要集[C];2014年
8 雷莹;陆杰;;宁德市茶园土壤重金属分布特征及评价[A];2012中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2012年
9 李博;何腾兵;樊博;张皓;林昌虎;;不同种植方式太子参土壤中重金属分布的研究及评价[A];农业环境与生态安全——第五届全国农业环境科学学术研讨会论文集[C];2013年
10 谷蕾;;连霍高速不同运营路段路旁土壤重金属分布及潜在生态风险评价[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 罗岳平 朱日龙 胡刚玉;重视土壤重金属有效态分析[N];中国环境报;2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 潘尚霞;南方某工业区环境重金属暴露对儿童神经和肾脏早期影响[D];中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所);2017年
2 哈日巴拉;内蒙古部分铀矿周围放射性和重金属的探测与分析研究[D];兰州大学;2018年
3 刘禹;重金属在冰—水—底泥多相环境介质中的迁移规律研究[D];内蒙古农业大学;2017年
4 王孝程;深海化能生态系统大型生物营养来源分析及对重金属的富集作用[D];中国科学院大学(中国科学院海洋研究所);2018年
5 黄星;红树林土壤有机碳、重金属特征对红树林景观格局变化的响应[D];华东师范大学;2017年
6 孙晓艳;铅锌矿区土壤重金属植物有效性研究[D];中国地质大学(北京);2018年
7 钟道旭;土壤污染修复植物热处置及其重金属迁移转化规律研究[D];东南大学;2017年
8 李正文;镉处理下不同水稻品种对两种土壤中铅、镉的吸收及其生育期动态[D];南京农业大学;2003年
9 胡振宇;珠江三角洲重金属排放及空间分布规律研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2004年
10 王昌全;成都平原城市化土壤重(类)金属演变及其环境效应研究[D];西南农业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张甜甜;昌平南口地区土壤重金属分布及地球化学特征[D];中国地质大学(北京);2018年
2 郝玉;生活垃圾焚烧飞灰特性及重金属螯合稳定/水泥固化处理研究[D];华东理工大学;2018年
3 张江燕;福建斗湖沉积物重金属元素特征及其环境意义研究[D];福建师范大学;2017年
4 李雪双;环青海湖区植物稳定碳氮同位素与重金属空间分布规律及影响因素研究[D];鲁东大学;2018年
5 徐辰星;宜兴市土壤重金属分布特征与不确定性分析[D];南京大学;2018年
6 李昊哲;不同地膜条件下重金属在农田土壤的垂向分布特性研究[D];太原理工大学;2018年
7 王旭;小清河沉积物重金属生态风险评价及管理对策研究[D];山东大学;2018年
8 周蛟;亚高山针叶林—溪流—河流集合生态系统重金属元素迁移过程[D];四川农业大学;2017年
9 杨巾;马铃薯StPCS基因的克隆分析及不同重金属对其表达的影响[D];四川农业大学;2017年
10 苏丽鳗;武夷岩茶土壤重金属生物有效性及其影响因素研究[D];南昌航空大学;2018年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026