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沙尘对中国近海不同海域异养细菌生物活性和群落结构的影响

侯瑞  
【摘要】:海洋异养细菌是海洋生态系统中物质循环和能量流动的重要组成部分,在海洋环境中占有重要地位。由于海洋异养细菌数量大、繁殖速度快、转换效率高、生物量循环迅速,海水中的氮、磷等营养盐常常成为影响异养细菌生长的重要限制因子。沙尘沉降作为陆源营养物质和污染物质向海洋输送的重要途径,是海洋中营养元素的重要来源之一,因此沙尘沉降对于海洋异养细菌的意义十分重要。 研究发现,沙尘沉降在不同海域营养输入上的地位不同,沙尘沉降对不同海域生态系统的影响也会有一定差异。本文于2013年3月和2013年7月分别在南海东北部S1站位(20.50°N,120.50°E)和黄海中部H1(37.00°N,124.25°E)、H2(36.00°N,123.50°E)两个站位进行了沙尘气溶胶添加的围隔培养实验,探讨了沙尘对不同营养水平海域异养细菌生物活性的影响过程和机制。结果表明:在南海S1站,沙尘气溶胶的添加组在异养细菌生物量最大时为对照组的1.65倍,可使异养细菌呼吸速率在最大时达到对照组的2.74倍;在黄海的H1、H2站位,沙尘气溶胶的添加组在异养细菌生物量最大时分别为对照组的1.78倍和2.42倍,使异养细菌呼吸速率在最大时分别为对照组的1.78倍和2.14倍。沙尘气溶胶的添加在营养水平低的海域对异养细菌的生长和代谢的促进作用比在营养水平高的海域大。沙尘气溶胶的添加能够显著促进异养细菌的物质转化速率,提高了其在海洋生态系统中的生态效率和生态功能。 因为沙尘在远距离输运过程中会与大气污染物中的重金属和有毒有机物结合,因此为了单纯考虑沙尘中营养物质对海洋异养细菌生长的作用,本文在南海S1、S2两个站位进行了源地沙尘对贫营养海区异养细菌生物活性的研究。结果表明:在S1、S2站位培养前3天,两种源地沙尘的单独添加均可极大地促进异养细菌的生物量和呼吸速率,而能够形成沙尘暴的小粒径沙尘对异养细菌生长和代谢的影响尤为明显。在S1站位培养第7天,小粒径沙尘和大粒径沙尘对异养细菌生长和呼吸代谢的影响差别不大;而在添加氮和磷基础上,添加小粒径或大粒径沙尘都会抑制异养细菌生长和呼吸代谢,而且它们对异养细菌生物量的长期影响差别不大。 通过运用PCR-DGGE的分子生物学方法,对南海东北部S1站位、黄海中部H1、H2站位的沙尘气溶胶添加组在培养前后,以及S1站位源地沙尘添加前后的细菌群落结构进行对比分析,探讨了不同沙尘对不同海域细菌群落结构的影响。得到结论如下:在沙尘气溶胶添加培养中,营养水平较高的黄海H1、H2站位细菌群落结构和群落多样性没有营养水平低的南海S1站位变化明显。在源地沙尘添加培养中,小粒径沙尘使得细菌群落结构和群落多样性的降低程度比大粒径沙尘明显。在南海S1站位的沙尘气溶胶和源地沙尘添加培养结束后,能够利用外源营养的α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)成为培养结束后的优势菌群,而叶绿体(chloroplast)等自养菌在培养结束后的优势度消失,细菌群落偏向于异养。然而,在黄海H1、H2两个站位的沙尘气溶胶添加培养中,叶绿体(chloroplast)在沙尘添加培养后的明显增加,而变形菌纲(Proteobacteria)在培养后优势消失,细菌群落偏向自养。


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