脉冲式磷酸盐输入对水华蓝藻-卵孢金孢藻的生理生态影响

【摘要】：随着全球气候变暖以及水体富营养化现象加剧,蓝藻水华在全球淡水生境中暴发的频率和强度也逐渐增加;同时,也加速了一些具有入侵能力的水华蓝藻物种在全球的扩散,其中,拟柱孢藻和卵孢金孢藻受学者关注较多。卵孢金孢藻是一种丝状固氮蓝藻,原分布于热带地中海地区,之后在全球多个地方被报道。近年来,我国上海也暴发了卵孢金孢藻水华。作为我国新近发现的水华蓝藻,对其生理生态学的研究仍相对较为匮乏。水体营养盐含量的大量输入通常被认为是引起蓝藻大量增殖并暴发水华的直接诱因。区别于实验室培养下的稳态条件,自然水体中营养盐的外源输入具有间断性、脉冲式特征,从而会引起浮游植物的脉冲式响应。了解脉冲式营养盐输入对入侵水华蓝藻的生长和种间竞争的影响,对于深入认识此类物种在新栖息地的暴发机制,并对其水华进行防治具有重要的意义。因此,本研究以中国新型水华蓝藻——卵孢金孢藻为研究对象,研究了脉冲式磷酸盐输入对卵孢金孢藻生长、与其他藻类竞争以及浮游植物群落演替过程中其种群动态的影响,试图从脉冲式营养盐输入的角度,解释卵孢金孢藻扩散到新的水域环境后存在并建立生长优势的原因。具体研究内容和结果如下:(1)通过单次脉冲和五次等量脉冲两种脉冲方式,分别将大桶内湖水磷酸盐水平脉冲至原湖水2倍、4倍和8倍,进行室外原位模拟实验。结果表明:室外模拟实验期间,卵孢金孢藻在前期生物量呈快速下降,而后趋于稳定状态;与单次脉冲相比,低磷酸盐浓度下多次脉冲处理组的卵孢金孢藻生物量前期下降速率较低。磷酸盐的升高提高了绿藻的相对丰度。相比单次脉冲,低浓度磷酸盐条件下多次脉冲抑制了蓝藻的生长,促进了绿藻生长;高浓度磷酸盐条件下,多次脉冲则抑制了绿藻的生长,促进了蓝藻的生长。多次脉冲能够在一定程度上削弱磷酸盐水平对浮游植物群落的影响。另外,观测结果发现:相比单次脉冲,多次磷酸盐脉冲抑制了浮游植物群落中微囊藻的生长。(2)通过单次脉冲、五次等量脉冲和五次不等量脉冲三种脉冲方式,对卵孢金孢藻纯种藻株进行了室内培养实验。结果表明:不同磷水平下单次脉冲和五次脉冲对卵孢金孢藻生长的影响有所不同;随着磷水平的提高,相比单次脉冲,五次脉冲对卵孢金孢藻生长的影响由促进转为抑制。卵孢金孢藻的光合活性主要受磷水平的影响,单次脉冲和五次脉冲之间差异并不显著(P0.05)。在实验前期,五次脉冲下卵孢金孢藻胞内磷酸盐含量高于单次脉冲,表明多次脉冲有助于卵孢金孢藻对磷酸盐的摄取。随着磷酸盐水平上升,碱性磷酸酶含量逐渐下降,相比单次脉冲,多次脉冲降低了卵孢金孢藻碱性磷酸酶的合成。单次脉冲和五次脉冲对卵孢金孢藻的拟柱孢藻毒素的释放影响并不显著(P0.05)。(3)通过单次脉冲和五次脉冲两种脉冲方式,在25℃和30℃共培养卵孢金孢藻和铜绿微囊藻。研究了两种温度下脉冲式磷酸盐输入对两者种间竞争能力的影响。结果表明,所有磷水平下铜绿微囊藻都对卵孢金孢藻产生了显著的抑制作用,而且这种抑制作用会随着磷水平的上升而减弱。相比于单次脉冲,五次脉冲下卵孢金孢藻的存在时间和生物量都有所上升,多次脉冲条件削弱了铜绿微囊藻对卵孢金孢藻的竞争抑制作用。此外,温度升高也能削弱铜绿微囊藻对卵孢金孢藻的抑制作用。通过激光共聚焦显微镜观察发现:卵孢金孢藻的胞内多聚磷酸体荧光强度高于铜绿微囊藻,而五次脉冲中卵孢金孢藻的多聚磷酸体荧光强度高于单次脉冲,铜绿微囊藻中则相反。铜绿微囊藻碱性磷酸酶荧光强度高于卵孢金孢藻,且表现出:低磷酸盐水平下单次脉冲高于五次脉冲,高磷酸盐水平下单次脉冲低于五次脉冲的特征。随着磷水平的提高,胞外拟柱孢藻毒素的含量逐渐上升,相比单次脉冲,多次脉冲抑制了拟柱孢藻毒素向细胞外的释放。随着磷水平的提高,胞外微囊藻毒素的含量逐渐下降;相比单次脉冲,多次脉冲降低了水体中微囊藻毒素含量。温度升高则促进了微囊藻毒素的释放。本实验研究了脉冲式磷酸盐输入对卵孢金孢藻的生长和竞争能力的影响,初步探讨了卵孢金孢藻在自然水体中生存并形成优势的可能性策略,但其中机理有待于进一步研究。