氮和磷浓度对中肋骨条藻和锥状斯氏藻种间竞争的影响

采用室内单养和混养方法, 设置不同的氮、磷营养条件, 研究了氮、磷对中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)种间竞争的影响。结果表明: 混养时各氮和磷浓度下均呈现培养初期中肋骨条藻为优势种、培养后期锥状斯氏藻为优势种的变化趋势, 但随着氮、磷浓度的升高, 中肋骨条藻作为优势种的时间延长; 与单养时相比, 混养中两种微藻的最大密度受到不同程度的抑制, 表现出氮、磷浓度越高, 受抑制的程度越大的特征, 且与锥状斯氏藻相比, 中肋骨条藻的最大密度受到抑制的程度更大。混养时两种微藻均是在氮、磷浓度最高时, 抑制起始点出现时间最长, 随着氮、磷浓度的降低, 抑制起始点出现时间缩短; 各氮、磷浓度条件下, 锥状斯氏藻对中肋骨条藻的竞争抑制参数明显高于中肋骨条藻对锥状斯氏藻的竞争抑制参数, 当氮浓度为512 μmol·L^-1、磷浓度为2 μmol·L ^-1时, 竞争结果是锥状斯氏藻获胜; 其余氮、磷浓度条件下为两种微藻不稳定共存。     

东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争特征

对东海原甲藻和中肋骨条藻按照起始Chl-a比1∶5、1∶1和5∶1进行了f/2条件下的共培养实验,以探讨这两种藻的种间竞争特征。实验结果表明在共培养体系中,中肋骨条藻完全占优势,而东海原甲藻的生长受到明显的抑制。应用Lotka-Volterra种间竞争模型对共培养实验进行模拟的结果表明,东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争结果与初始密度配比无关,中肋骨条藻总会竞争胜过东海原甲藻。为了探讨他感作用对东海原甲藻和中肋骨条藻种间竞争的影响,采用了中肋骨条藻的无藻细胞滤液来进行培养实验。实验结果显示,中肋骨条藻滤液对东海原甲藻及其本身的生长均无明显影响,这表明他感作用并非中肋骨条藻获得优势的主要竞争方式。     

海水中藻菌共培养体系对碳氮磷的吸收转化

海洋环境中,细菌和微藻之间的物质交换是生源要素在自然界中迁移转化的重要方式。为进一步了解生源要素的生物地球化学循环,在实验室模拟条件下,研究了共培养体系中营养盐和有机物在细菌和微藻之间的转换。通过纯培养中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、天然海水中的细菌以及藻菌混合培养,分析了营养盐和有机物随藻菌生物量的变化情况,并计算了溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的浓度比值[(DOC/DON)a]。结果发现,在共培养体系中,细菌对中肋骨条藻的生长有抑制作用,对东海原甲藻影响不明显;中肋骨条藻有利于细菌生长,东海原甲藻抑制细菌生长,这种不同可能与微藻的粒径有关。海洋细菌在2种藻的指数生长均期均会促进微藻吸收氨氮(NH_4-N),但在生长末期NH_4-N以释放为主。硝氮(NO_3-N)的浓度与藻的生长呈负相关,但在衰亡期NO_3-N略有增加,表明NO_3-N再生所需时间较长。细菌对硝氮的吸收量较少,但对其再生有贡献。细菌和中肋骨条藻对磷酸盐(PO_4-P)的吸收存在竞争,但与东海原甲藻的竞争关系不明显。不同培养体系中DOC浓度变化不同,在藻菌共培养体系中增加较快,纯藻培养体系中增加缓慢,在纯菌培养体系中缓慢减少。通过对DOC与DON浓度比值的分析,发现用判断颗粒有机碳(POC)来源的方法可以分析DOC的来源。     

东海原甲藻与中肋骨条藻的种间竞争数值模拟

研究探讨了两个零维箱式模型在东海典型赤潮藻东海原甲藻和中肋骨条藻竞争与演替研究中的应用。模型在采用不同接种密度下的单种培养实验数据进行参数校正后,被用来模拟不同N/P条件下单种培养实验以及两藻种共培养竞争实验,并以实验数据对其结果进行了验证。模拟结果表明,在单种培养条件下,模型能够较好地重现两种藻在不同N/P环境中的生长及对营养盐的利用;共培养实验的模拟结果显示,在所有初始细胞密度比例条件下,中肋骨条藻的最终密度均会超过东海原甲藻,且PO4的消耗主要源于中肋骨条藻的利用,与实验结果一致,表明模型能够很好地体现两种藻的竞争结果及对营养盐的竞争关系;由于模型不足以模拟除营养盐竞争以外的藻间相互作用,模拟结果未体现东海原甲藻细胞数迅速衰减这一现象,有待进一步研究。     

东海两种赤潮生物种间竞争的围隔实验

1998年5月和2002年5月在东海赤潮高发区进行了两次添加营养盐诱发赤潮的围隔实验,结果表明,1998年5月实验开始时,具齿原甲藻和中肋骨条藻分别占群落总量的85％和11％,对照围隔中,具齿原甲藻一直处于优势,高峰时所占比例接近99％．加磷围隔中,中肋骨条藻显示出很强的竞争能力,第五天的数量与具齿原甲藻相等．2002年5月用4个围隔装置进行实验,在不同营养状况下两个种的增殖速率不同,营养盐浓度高的围隔中,中肋骨条藻的增殖速率比具齿原甲藻快得多,在营养盐限制条件下,具齿原甲藻比中肋骨条藻存活的要好。表明在营养盐丰富情况下,中肋骨条藻以其快速的繁殖在竞争中取得优势地位,导致中肋骨条藻形成的赤潮持续时间较短,消亡也快,而具齿原甲藻赤潮形成期较长,但在营养盐很低的情况下,还能维持较长时问．     

不同营养盐条件下赤潮高发区围隔生态系内多胺的变化

在东海赤潮爆发区域运用围隔生态系实验方法,研究了不同营养盐条件下围隔生态系内多胺浓度变化。结果表明:2010年选用东海原甲藻赤潮爆发处海水,东海原甲藻是各围隔生态系内主要优势种,没有种群演替现象发生。两种营养盐添加方式下各围隔内精胺浓度维持较高水平,都呈现先波折下降后波折上升的趋势,与东海原甲藻的生长变化正好相反;各围隔内腐胺浓度水平较高,变化起伏较大,其中有两个实验组腐胺整体变化趋势与东海原甲藻生长趋势类似;所有围隔内亚精胺浓度最低,波动较小。2011年取用中肋骨条藻赤潮爆发处海水,所有围隔生态系内优势种都发生了从中肋骨条藻到东海原甲藻的演替。各围隔生态系内腐胺浓度最高,在中肋骨条藻生长初期腐胺浓度下降,随着中肋骨条藻的生长有所上升,实验后期随着东海原甲藻的生长又整体呈现出下降趋势;各实验组精胺浓度较低,在中肋骨条藻消亡东海原甲藻出现的种群演替期间,都呈现出较大波动;各围隔内亚精胺浓度较低,在整个种群演替过程中没有明显的变化。围隔生态系中补充营养盐,通过对浮游植物生长的影响,间接影响围隔生态系内的多胺变化。     

营养盐限制条件下塔玛亚历山大藻对东海原甲藻的化感作用研究

为明确塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)对东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)生长的化感作用,研究了在N、P限制及正常营养盐条件下(又称富营养)塔玛亚历山大藻无细胞滤液对东海原甲藻生长的影响,并探讨了3种不同营养盐条件下两种藻共培养时的生长状况。结果表明,半连续培养时,营养盐限制下,塔玛亚历山大藻无细胞滤液对东海原甲藻的生长均有一定影响。N限制下,5 d后东海原甲藻藻密度显著低于未加滤液的对照组,藻密度为1.02×107 cells L-1,对照组为1.7×107 cells L-1;P限制下,东海原甲藻藻密度与对照组差异不显著,5 d后藻密度为1.44×107 cells L-1;富营养条件下,东海原甲藻藻密度与对照组无明显区别。共培养时,塔玛亚历山大藻对东海原甲藻生长的抑制作用更为显著,N、P限制下,4 d后东海原甲藻全部死亡,且聚集成团形成沉淀;富营养条件下,仍有少量东海原甲藻存活(藻密度3.3×104 cells L-1)。这表明,塔玛亚历山大藻对东海原甲藻的生长有一定的化感作用。营养盐限制可促进塔玛亚历山大藻化感物质的合成和释放,化感作用是塔玛亚历山大藻抑制东海原甲藻生长的原因之一。     

米氏凯伦藻与东海原甲藻共培养条件下的种群竞争

米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)与东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)为有害赤潮生物,两者经常形成复合型赤潮.该文设置东海原甲藻的起始密度为400 cells·mL-1,米氏凯伦藻分别为200 cells·mL-1、400 cells·mL-1和800 cells·mL-1,通过共培养实验,初步研究米氏凯伦藻和东海原甲藻的种间关系.结果表明:共培养条件下,受到东海原甲藻的影响,米氏凯伦藻的生长受到抑制.米氏凯伦藻不同的起始密度对东海原甲藻的生长有不同的影响,较低的起始密度(200 cells·mL-1、400cells·mL-1)促进东海原甲藻的生长,使其增长率提高,生长曲线达到拐点的时间提前;高的起始密度(800 cells·mL-1)对东海原甲藻的生长有一定的抑制作用,使其增长率降低,生长曲线达到拐点的时间推迟.     

东海原甲藻对不同磷源的利用特征

采用单因子实验,以NaNO3作为唯一氮源,固定初始氮浓度为40μmol.L-1,设置六个初始磷浓度梯度:0.1μmol.L-1、0.5μmol.L-1、1.0μmol.L-1、2.0μmol.L-1、5.0μmol.L-1、10.0μmol.L-1,对比研究了东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)对4种不同磷源的利用特征及其这4种不同磷源对东海原甲藻的营养价值。结果表明:东海原甲藻既可以直接吸收利用无机磷——磷酸二氢钠(NaH2PO4),又可以不同程度地利用3种小分子有机磷:三磷酸腺苷二钠盐(ATP)、D-葡萄糖-6-磷酸钠(G-6-P)和甘油磷酸钠(G-P);东海原甲藻在以NaH2PO4、G-6-P和ATP分别作为磷源时的最大比生长率(μmax)值相差不大,3种磷源对最大生物量的贡献也基本相近;但是以G-P作为磷源时则明显有最低的μmax值,其对最大生物量的贡献也最低。东海原甲藻对这4种磷源的利用特征说明:长江口自然海水中与三种小分子有机磷结构相似的溶解有机磷在一定程度上也可以为东海原甲藻赤潮的爆发和维持提供磷源。     

尿素对中肋骨条藻与米氏凯伦藻生长的影响

采用实验室一次性培养,研究了尿素对我国东海赤潮优势藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)生长的影响。结果表明,中肋骨条藻和米氏凯伦藻均能在不同比例尿素的条件下较好地生长。随着培养液中尿素比例的增大,中肋骨条藻细胞生长速率(0.91—0.82/d)逐渐减小,平台期最大生物量(2.0×10~5—1.2×10~5个/m L)也逐渐减小,而米氏凯伦藻细胞的生长速率(0.36—0.51/d)逐渐增大,最大生物量基本不变(约1.1×10~4个/m L)。在平台期中肋骨条藻培养液中氮盐浓度最低下降到2.5μmol/L左右维持不变,而米氏凯伦藻氮盐浓度最低下降到1.0μmol/L左右。在指数生长期,随着细胞的生长溶解有机氮(DON,Dissolved Organic Nitrogen)含量迅速增加,中肋骨条藻介质中DON的浓度达到最大值(5—6μmol/L),然后浓度基本不变。米氏凯伦藻介质中DON在指数生长阶段达到最大值(2—3μmol/L)后开始下降。中肋骨条藻单细胞颗粒氮的含量(约为10~(-6)μmol,平台期约为10~(-7)μmol)要远远小于米氏凯伦藻(指数期约为10~(-4)μmol,平台期约为10~(-6)μmol)。研究表明,两种藻对尿素的吸收利用存在明显差异,在较低的溶解无机氮和较高的溶解有机氮环境中,甲藻有更好的适应性,该研究对于解释我国长江口春季硅藻和甲藻赤潮的演替有借鉴的意义。     

Effect of nitrogen and phosphorus concentration on their removal kinetic in treated urban wastewater by Chlorella vulgaris

This study evaluates the feasibility of removing nutrients by the microalgae Chlorella vulgaris, using urban wastewater as culture medium, namely the effluent subjected to secondary biological treatment in a wastewater treatment plant (WWTP). For this, laboratory experiments were performed in batch cultures to study the effect of initial nitrogen and phosphorus concentrations on growth and reduction of nutrient performance of C. vulgaris. The microalga was cultivated in enriched wastewater containing different phosphorus (1.3-143.5 mg x L(-1) P.PO4(3-)), ammonium (5.8-226.8 mg x L(-1) N-NH4+) and nitrate (1.5-198.3 mg x L(-1) N-NO3-) concentrations. The nutrient removal and growth kinetics have been studied: maximum productivity of 0.95 g SS x L(-1) x day(-1), minimum yield factor for cells on substrate (Y) of 11.51 g cells x g nitrogen(-1) and 0.04 g cells x g phosphorus(-1) were observed. The results suggested that C. vulgaris has a high potential to reduce nutrients in secondary WWTP effluents.     

南麂列岛海洋自然保护区浮游植物的种类多样性及其生态分布

于2006年5月至2007年2月之间,对南麂列岛海域的浮游植物类群进行了4个季节的调查,分析了该海域浮游植物的种类组成、优势种类、群落结构以及水平分布等特征参数的季节变化。共鉴定浮游植物80种,隶属于4个门,硅藻种类最多,甲藻其次。浮游植物可划分为3个生态类群,以广温类群为主。春季和夏季分别以三角棘原甲藻和中肋骨条藻为绝对优势种,秋冬季的优势种类组成多样化。共鉴定57种赤潮生物,占浮游植物种类数的71.25%。调查期间,三角棘原甲藻和中肋骨条藻分别于春季和夏季形成赤潮。浮游植物的物种丰富度呈现春、夏、秋、冬递减的趋势。浮游植物细胞丰度的年平均值为1.03×106cells/L,春夏季显著高于秋冬季。春季和夏季时,浮游植物高值区集中在南麂岛西北近岸海域;秋季和冬季时,浮游植物高值区相对集中在南麂岛东南近岸海域。浮游植物群落的多样性指数(H')以秋季最高,冬季最低。春季的三角棘原甲藻赤潮期间,水体中N/P值显著升高;夏季的中肋骨条藻赤潮期间,水体中N/P值显著降低。     

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)对模拟食物链物质传递的影响

研究了东海原甲藻的基本营养组成,并就赤潮密度下的东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)在单一和混合情况下对赤潮藻→卤虫模拟食物链物质传递的影响进行了探讨。结果表明:与其它饵料微藻相比,东海原甲藻必需氨基酸中的苯丙氨酸、赖氨酸和组氨酸含量明显偏低。东海原甲藻单独投喂时,卤虫对其的总物质转化效率随着藻密度的增加呈现先逐渐增加再逐渐降低的趋势。而当不同密度的东海原甲藻分别与一种硅藻小新月菱形藻(Nitzschia closterium)混合投喂时,随东海原甲藻密度的增加,卤虫选择性地增加对东海原甲藻的摄食,而降低对小新月菱形藻的摄食,并且其总物质转化效率逐渐降低。暴露于链状亚历山大藻藻液,卤虫体重减轻,且在其体内未检测到叶绿素a,表明卤虫未摄食该藻。当链状亚历山大藻藻细胞重悬液和去藻过滤液分别与小新月菱形藻或东海原甲藻混合时,卤虫对后两株藻的摄食量和总物质转化效率均有所降低。因此,在大规模赤潮发生时,东海原甲藻和链状亚历山大藻可能分别对浮游动物的营养和存活带来不利影响,并影响物质沿食物链的传递。     

强壮前沟藻化感物质分析

微藻化感作用是一种极其复杂的生理、生态学现象。选取强壮前沟藻指数生长初期Ⅰ和平台生长初期Ⅱ两个阶段的滤液对中肋骨条藻、海洋原甲藻、锥状斯氏藻及球等鞭金藻生长的影响进行了研究,并萃取了阶段Ⅱ的粗提物,抑藻检测表明其具有"杀藻"效应,通过GC/MS分析该粗提物中具有潜在化感作用的物质种类。研究发现强壮前沟藻两个生长阶段的滤液对中肋骨条藻均产生强烈致死效应(phaseⅠ:F=15.18475,P=0.00298<0.05;phaseⅡ:F=6.24559,P=0.03149<0.05);锥状斯氏藻在强壮前沟藻滤液中生长,实验结束时两个阶段中的细胞密度分别是对照组的79.3%和68.9%;海洋原甲藻在强壮前沟藻生长阶段Ⅱ滤液实验的最后3d,其生长受到显著抑制(F=4.84438,P=0.04925<0.05);而等鞭金藻在强壮前沟藻两个生长阶段滤液中被抑制现象不明显(P>0.05)。强壮前沟藻滤液实验表明,强壮前沟藻能够向微环境中分泌代谢产物来抑制中肋骨条藻和海洋原甲藻的生长,并且这种抑制效应具有种类特殊对应性。上述实验结果还表明,强壮前沟藻生长阶段Ⅱ的滤液具有的生长抑制作用较为明显。采用乙酸乙酯萃取强壮前沟藻生长阶段Ⅱ滤液中的代谢产物,检测发现其代谢粗提物具有溶藻效应,GC/MS分析结果表明粗提物中存在4种可能产生化感抑制作用的物质,其中二丁基羟基甲苯(Butylated Hydroxytoluene BHT)被认为具有抗滤过性病原体和抗微生物活性。     

Effects of Prorocentrum donghaiense and Alexandrium catenella on the material transfer in a simulated marine food chain

The biochemical composition of Prorocentrum donghaiense was analyzed and the effects of P. donghaiense and Alexandrium catenella on the transport of materials through a simulated marine food chain were investigated. The results showed that the content of phenylalanine, histidine and lysine in P. donghaiense was obviously lower than that in other dietary microalgae. Fed with P. donghaiense solely, the gross conversion efficiencies (GCEs) of A. salina increased gradually when the algal densities were lower than 4 × 104 cells/ml, and decreased gradually at higher densities. When fed with the mixture of P. donghaiense and the diatom Nitzschia. closterium, A. salina preferred grazing on P. donghaiense to grazing on N. closterium, and the GCEs of A. salina decreased with the increasing density of P. donghaiense. Exposed to A. catenella, A. salina lost weight and no Chlorophyll a was detected in the guts, which indicated that A. salina did not ingest the algal cells. When the re-suspended cells and cell-free medium of A. catenella were mixed with N. closterium or P. donghaiense, respectively, the grazing and GCEs of A. salina were all diminished. Consequently, the large-scale blooms of P. donghaiense and A. catenella in the East China Sea could adversely affect zooplankton owing to insufficient food or nutrition, and therefore impact the material transfer efficiency through the food chain.     

Effect of microalgae on viability of microorganisms in the natural and artificial environment

The data of literature on complicated relationships between microorganisms and microalgae in algobacterial associations with microalgae often playing the leading role are analyzed. Under these conditions inhibiting and stimulating substances synthesized by microalgae, as well as their nutritional value, may have an essential impact on the state of the bacterial population. Apparently that microalgae may become the main substrate in the development of new culture media (ecologically pure culture media, media for the reversion of the noncultured forms of bacteria into the vegetative state, media for the prolonged preservation of microbes in the noncultured form).     

Development of a PNA probe for fluorescence in situ hybridization detection of Prorocentrum donghaiense

Prorocentrum donghaiense is a common but dominant harmful algal bloom (HAB) species, which is widely distributed along the China Sea coast. Development of methods for rapid and precise identification and quantification is prerequisite for early-stage warning and monitoring of blooms due to P. donghaiense. In this study, sequences representing the partial large subunit rDNA (D1-D2), small subunit rDNA and internal transcribed spacer region (ITS-1, 5.8S rDNA and ITS-2) of P. donghaiense were firstly obtained, and then seven candidate DNA probes were designed for performing fluorescence in situ hybridization (FISH) tests on P. donghaiense. Based on the fluorescent intensity of P. donghaiense cells labeled by the DNA probes, the probe DP0443A displayed the best hybridization performance. Therefore, a PNA probe (PP0443A) analogous to DP0443A was used in the further study. The cells labeled with the PNA probe displayed more intensive green fluorescence than that labeled with its DNA analog. The PNA probe was used to hybridize with thirteen microalgae belonging to five families, i.e., Dinophyceae, Prymnesiophyceae, Raphidophyceae, Chlorophyceae and Bacillariophyceae, and showed no visible cross-reaction. Finally, FISH with the probes PP0443A and DP0443A and light microscopy (LM) analysis aiming at enumerating P. donghaiense cells were performed on the field samples. Statistical comparisons of the cell densities (cells/L) of P. donghaiense in the natural samples determined by FISH and LM were performed using one-way ANOVA and Duncan's multiple comparisons of the means. The P. donghaiense cell densities determined by LM and the PNA probe are remarkably higher than (p<0.05) that determined by the DNA probe, while no significant difference is observed between LM and the PNA probe. All results suggest that the PNA probe is more sensitive that its DNA analog, and therefore is promising for the monitoring of harmful algal blooms of P. donghaiense in the future.