球形棕囊藻生长的营养需求研究

以球形棕囊藻(Phaeocystis globosaScherffel)香港株(Hongkong strain,HK)和汕头株(Shantou strain,ST)为材料,采用正交实验方法研究了氮、磷、铁、微量元素及维生素等营养因子对其生长的影响。磷是球形棕囊藻香港株和汕头株生长的首要限制因子,在添加磷的培养基中,球形棕囊藻生长较快,在无磷培养液中,藻细胞生长较慢,其死亡速率超过生长速率,一般不形成正常生长曲线。汕头株的比生长速率极差值远高于香港株,表明汕头株棕囊藻的生长对营养盐更为敏感。磷酸盐对球形棕囊藻生长的影响极为显著(p<0.01),硝酸盐的影响达到显著水平(p<0.05),而铁、微量元素及维生素对球形棕囊藻生长影响不显著,表明自然海水中铁、微量元素及维生素的含量对球形棕囊藻的生长不构成限制。各因素影响的主次次序为P>N>微量元素>铁>维生素。本研究结果提示,海水富营养化是我国南海海域球形棕囊藻赤潮发生的关键诱因之一。     

不同氮源对球形棕囊藻生长的影响

采用实验室培养的方法比较了6种不同氮源-硝态氮、尿素、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸、腺嘌呤对典型赤潮藻球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)生长的影响。结果表明,6种氮源均能不同程度地促进球形棕囊藻的生长,但比生长速率和光合作用效率具有显著差异性。将球形棕囊藻在不同浓度氮源下的最大比生长速率分别拟合Monod方程,得出球形棕囊藻在硝态氮、尿素、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸和腺嘌呤等6种氮源下的最大比生长率分别为1.05,1.17,0.82,0.87,1.09,0.90d^-1,相应的半饱和常数分别为9.132,23.758,85.519,7.104,23.94,10.959μmol/L。其中,高氮浓度(8820μmol/L)下腺嘌呤对球型棕囊藻的生长具有显著抑制作用。相比较而言,球形棕囊藻对甘氨酸的亲和力最高。当硝态氮、尿素、甘氨酸、精氨酸、谷氨酸和腺嘌呤的浓度分别为8820,882,882,8820,882,0.441μmol/L时,球形棕囊藻的最大光合效率(Fv/Fm)分别为0.619,0.620,0.579,0.595,0.648,0.667。由此可见,氮源对球形棕囊藻的生长和光合作用具有显著影响;球形棕囊藻能够利用多种无机和有机氮源,与其它仅能利用无机氮源的浮游植物相比,更具有竞争优势。     

基于叶绿素荧光研究球形棕囊藻在富磷条件下的生长特性

棕囊藻属于定鞭藻纲、定鞭藻目,广泛分布在不同海洋生态环境中。有报道指出,棕囊藻时常在北太平洋温带港湾、挪威海、北海、英吉利海峡及南极海域等地方引发的大规模有害赤潮。近年来,我国东海海域和南海粤东海域均发生较大面积的棕囊藻赤潮,给当地的水产养殖业带来了严重的影响。除此之外,棕囊藻具有特殊的生理机制,可以产生二甲基硫化物(DMS),对整个海域的气候状况,酸雨酸雾的形成以及全球硫循环都有重要的意义。本文以球形棕囊藻为研究材料,设置3组较高的磷浓度处理(5mg·L^-1、10mg·L^-1和20mg·L^-1),利用细胞记数和叶绿素荧光测定等方法研究了该藻在不同富磷浓度下的生长情况。结果显示,不同磷浓度下的藻体荧光值变化均呈现"S"型曲线,表明藻细胞的生长经历缓慢期,快速期和平缓期3个阶段;同时,试验所设置的磷浓度对球形棕囊藻的叶绿素荧光值有一定的影响,其中在5mg·L^-1磷浓度下的藻体荧光值最低,在第7天只有802μg·L^-1,而在10mg·L^-1和20mg·L^-1磷浓度下的藻体荧光值较高,在第7天分别达到836μg·L^-1和850μg·L^-1,表明磷营养可以促进藻细胞的生长增殖,但在较高磷浓度下,这种促进作用不明显。结果还显示,较低浓度的磷(5mg·L^-1)减缓与限制了藻细胞的生长,在5mg·L^-1磷浓度下的藻最大特定比生长速率和细胞密度分别只有0.704d^-1和190cells·mL^-1。相对而言,20mg·L^-1磷浓度下的藻最大特定比生长速率和细胞密度最高,分别达到了0.771d^-1和250cells·mL^-1。研究结果揭示,水体中的磷营养浓度的变化是导致藻细胞大量增殖的一个主要的外在因素,而利用叶绿素荧光来测定藻细胞生长是一种快速、简便和可靠的方法,在今后有害水华监测过程中应该多加利用,以更及时、准确地预测预报有害水华的发生,降低其对经济、环境和社会造成的潜在危害。     

球形棕囊藻的生长、囊体形态以及囊体细胞的分布

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)是中国近海海区常见有害藻华原因种, 其异型生活史中包含单细胞和球形囊体两种形态。游离单细胞直径一般为几微米, 囊体最大直径可达3 cm, 巨大的体积可能导致囊体具有特殊的结构和细胞分布。以球形棕囊藻汕头株为研究对象, 测定了囊体直径、囊体细胞丰度和游离单细胞丰度, 并探讨球形棕囊藻囊体形态与细胞分布的关系。研究结果表明, 囊体形态在其异型生活史中占优势, 囊体对生物量的贡献介于38%–95%之间, 在对数生长期的后期和稳定期, 囊体细胞与单细胞相比占绝对优势。囊体细胞数量与囊体直径的对数呈线性相关, 回归线斜率为1.34, 该值显著低于世界海区其它球形棕囊藻株系的研究结果, 表明汕头株单位囊体表面上分布的细胞数更少。中国海区的球形棕囊藻囊体结构和细胞分布与其它株系不同, 在爆发球形棕囊藻的海区, 巨大的囊体能够有效地抵御摄食, 可能对区域海洋食物链结构和功能有重要影响。     

球状棕囊藻的形态结构、生活史及生态意义研究进展

球状棕囊藻生活史独特,在两种完全不同的生活状态--游离单细胞和粘液质的囊体之间相互转换.生活史中共出现4 种不同类型的单细胞,存在有性和无性两种生殖方式.不同的细胞能够适应不同的环境,占据不同的生态位,有利于棕囊藻细胞的生长.球状棕囊藻的囊体直径最大可达几个厘米,外被坚韧、紧密并且具有弹性,为内部的单细胞提供了一个良好的栖息和保护场所,并且储存着能量可供细胞在营养盐限制条件下继续生长.由于囊体粒径较大,浮游动物难以摄食,并且有效的抵御了细菌和病毒的侵蚀,从而降低了棕囊藻的死亡率.与其它浮游植物相比,球状棕囊藻的竞争策略更加优越,提高了球状棕囊藻在海洋生态系统中的竞争能力.     

硝酸盐对球形棕囊藻生长和硝酸还原酶活性的影响

以我国南海海域分离的赤潮原因种——球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)为材料,研究了不同硝酸盐浓度下藻细胞生长及硝酸还原酶活性的变化。当培养基中不含硝酸盐时,藻细胞内硝酸还原酶的活性保持在非常低的水平,藻细胞的生长受到限制,不能形成正常的生长曲线:当培养基中硝酸盐浓度为3.62μmol.L-1时,藻细胞的硝酸还原酶活性和比生长速率达到最大。在含有硝酸盐的培养基中,接种培养后第9天藻细胞硝酸还原酶活性达到最大值,并且在4种不同硝酸盐浓度下,藻细胞硝酸还原酶活性的差异性达到极显著水平(P<0.01)。在接种培养第16天藻细胞密度达到最大值,并且4种不同硝酸盐浓度培养的藻细胞密度之间的差异性也达到极显著水平(P<0.01)。实验结果表明,在培养基中添加不同浓度的硝酸盐,对球形棕囊藻细胞硝酸还原酶的活性和藻细胞的生长有极显著的影响,含有较高硝酸盐的富营养化海域有利于球形棕囊藻细胞的持续生长。     

硝酸盐对球形棕囊藻生长和硝酸还原酶活性的影响

以我国南海海域分离的赤潮原因种——球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)为材料, 研究了不同硝酸盐浓度下藻细胞生长及硝酸还原酶活性的变化。当培养基中不含硝酸盐时, 藻细胞内硝酸还原酶的活性保持在非常低的水平, 藻细胞的生长受到限制, 不能形成正常的生长曲线: 当培养基中硝酸盐浓度为3.62 mmol.L-1时, 藻细胞的硝酸还原酶活性和比生长速率达到最大。在含有硝酸盐的培养基中, 接种培养后第9天藻细胞硝酸还原酶活性达到最大值, 并且在4种不同硝酸盐浓度下, 藻细胞硝酸还原酶活性的差异性达到极显著水平(P<0.01)。在接种培养第16天藻细胞密度达到最大值, 并且4种不同硝酸盐浓度培养的藻细胞密度之间的差异性也达到极显著水平(P<0.01)。实验结果表明, 在培养基中添加不同浓度的硝酸盐, 对球形棕囊藻细胞硝酸还原酶的活性和藻细胞的生长有极显著的影响, 含有较高硝酸盐的富营养化海域有利于球形棕囊藻细胞的持续生长。     

二氧化氯对球形棕囊藻叶绿素a、蛋白质、DNA含量的影响

分析了二氧化氯(1.0、1.5、2.0、2.5mgL-1,作用96h;2.5、6.0、8.0、16.0mgL-1,作用60min)对球形棕囊藻叶绿素a、蛋白质含量、氨基酸组成、核酸含量的影响,用透视电镜对二氧化氯(0.5mgL-1,0.8mgL-1)作用24h后藻细胞形态的变化进行了观察,以探讨二氧化氯去除赤潮藻的机理。结果表明,二氧化氯对球形棕囊藻叶绿素a、蛋白质、DNA的含量均有影响。实验各组(1.0-2.5mgL-1,2.5-16.0mgL-1)球形棕囊藻的叶绿素a、蛋白质、DNA的含量均显著低于对照。二氧化氯浓度超过2mgL-1时,球形棕囊藻的叶绿素a、蛋白质、DNA的含量持续降低,氨基酸相对含量发生明显变化;半胱氨酸、酪氨酸和赖氨酸等的相对含量明显降低,而组氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸则明显增加。当二氧化氯(2.5-16.0mgL-1)作用3min后,DNA漏出率在13%-18%之间;电镜观察发现,二氧化氯可使细胞膜破损,引起内容物外泄。这些结果显示,二氧化氯能以单分子形式进入细胞,引起叶绿素、蛋白质结构的变化,并破坏藻细胞膜系统,最终导致藻细胞死亡。     

充气和搅动对球形棕囊藻生长及囊体形成的影响

球形棕囊藻生活史中包含游离单细胞和球形囊体两种生活形态,但是实验室中培养的球形棕囊藻经常无法形成囊体。研究通过向培养基中泵入过滤空气,以及给培养基提供不同程度的搅动,研究了充气和搅动对球形棕囊藻生长及囊体形成的影响。充气和搅动均显著提高了囊体的数量,并且提高了囊体内细胞的生长速率。但是充气对于囊体直径及囊体内细胞密度并无显著影响。搅动则明显的提高了囊体直径和囊体内细胞数量。然而,尽管充气以及搅动有利于球形棕囊藻囊体的形成,但是培养的囊体直径依然小于自然海区中囊体的大小。     

棕囊藻属(Phaeocystis)的分类与生活史(综述)

棕囊藻属Phaeocystis（定鞭藻纲Prymnesiophyceae)的分类问题目前还有争论。其种的分类标准是以初始的群体形态、地理分布、细胞特征等以及分子生物学特征,如染色体倍性,基因组大小等为依据。基于以上各种分类特征,目前比较确定的棕囊藻属藻类有四种：一种是只观察到单细胞形态的凹孔棕囊藻（P.scrobiculata),另外三种是能够形成群体的波切棕囊藻（P.pouchetii)、球形棕囊藻（P.globosa)和南极棕囊藻（P.antarctica)。棕囊藻具有一个复杂的异形生活史,介于几种游离的单细胞（不动的细胞,具有鞭毛的动细胞,小游动孢子以及可能存在的大游动孢子）和群体之间的形态交替。但其生活史中仍有许多不确定的问题。     

CURRENT KNOWLEDGE OF THE LIFE CYCLES OF PHAEOCYSTIS GLOBOSA AND PHAEOCYSTIS ANTARCTICA (PRYMNESIOPHYCEAE)1

Despite continuous efforts since the 1950s and more recent advances in culturing flagellates and nonflagellate cells of the prymnesiophyte Phaeocystis, a number of different life‐cycle models exist today that appear to apply for P. globosa Scherff. and P. antarctica G. Karst., both spherical colony formers. In one such model, this life cycle consists of three different flagellates and one nonmotile cell stage that is embedded in carbohydrate matrix‐forming colonies of different sizes and forms. Recently, noncolonial aggregates of diploid nonmotile cells attached to surfaces of diatoms were put forward as a new stage in the sexual life cycle of P. antarctica. However, it can be discussed that these “attached aggregates” (AAs) are an intermediate between motile diploid flagellates, with their well‐known tendency to adhere to surfaces, and the young spherical colony with its diploid nonmotile cells, which in nature is commonly found attached to diatoms. A life‐cycle model pertaining to both P. globosa and P. antarctica is presented.     

氮磷比率对3种典型赤潮藻生长的影响

采用实验室内一次性培养的方法,在贫磷和富磷条件下分别测定了不同氮磷比率对3种典型赤潮藻东海原甲藻、球形棕囊藻和尖刺拟菱形藻生长的影响。结果表明,这3种藻的最适氮磷比率分别为30：1、30：1和10：1。当N：P比率介于0—100：1之间时,3种赤潮藻的生长速率与营养盐浓度的关联度大于氮磷比率。东海原甲藻和球形棕囊藻对营养盐的需求量相对较高,在贫磷条件下的生长速率显著低于富磷条件;尖刺拟菱形藻对营养盐的需求量明显较低,在贫磷条件下可保持较高的生长速率。     

温度和盐度对球形棕囊藻细胞DMSP产量的影响

球形棕囊藻汕头株(Shantou strain,ST)和香港株(Hongkong,HK)是DMSP与DMS的高产株,在20℃、40盐度的培养条件下,二者DMSP产量分别达到161.3 437.60nmol/106cells.细胞内DMSP的积累与释放到细胞外DMS量受盐度、温度等环境因子的影响:在高盐低温条件下,单位藻细胞的DMSP与DMS产量较高.香港株DMSP/DMS的积累和释放与生长时期有关,稳定期细胞内的DMSP含量高达3898.3nmol/106cells,是指数期的12.3倍.       

浮丝藻生活史及其亚显微结构特征的研究

通过观察浮丝藻（Ｐｌａｎｋｔｏｎｅｍａ）的生活史、显微和亚显微结构、细胞分裂方式,系统地研究了其藻丝体的生物学特性。浮丝藻为单列细胞不分枝的丝状体,细胞圆柱形或椭圆形,细胞之间主要靠筒状的纤维素细胞壁相互连接。藻细胞中含叶绿素ａ、ｂ和β－胡萝卜素。电镜下,细胞壁明显分层,绝大多数是２～３层;色素体片状、周生,通常２至多条类囊体重叠;１～２个蛋白核在色素体体上,蛋白核外常有淀粉鞘,有时１至多条类囊体重叠;１～２个蛋白核在色素体上,蛋白核外常有淀粉鞘,有时１至多条类囊体侵入蛋白核内;１～２个线粒体位于色素体旁,嵴不分枝;高尔基复合体靠近细胞周边,分泌许多潴泡;细胞核１个,球形或不规则方形,常靠近细胞的一端;光镜下细胞两端的折光亮点在电镜下是１至多个泡囊,泡囊内通常含些被染色很深的物质。浮丝藻的形态学、细胞分裂和生活史观察结果都证明,浮丝藻的细胞在整个生活史中没有营养分裂,细胞分裂时母细胞产生两个有独立、完整细胞壁的似亲孢子,一系列似亲孢子通过存留的、不连续的筒状或杯状母细胞壁连接成形状上象丝状体的结构。因此,藻丝体形成和成长的过程是一个无性繁殖过程,这样的藻丝体本质上是一种假丝体。     

THE STORAGE GLUCAN OF PHAEOCYSTIS GLOBOSA (PRYMNESIOPHYCEAE) CELLS1

A non-colony-forming axenic strain of Phaeocystis globosa (Harlot) Lagerheim was shown to produce a water-soluble β-d -glucan. This glucan consisted of about 20 glucose units, mainly (l→3)-linked, with branching at position 6. Therefore, it can be classified as a chrysolaminaran. Glucan production occurred mainly during the stationary growth phase and resulted in concentrations as high as 76 pg glucose per cell. When cultures were deprived of light the glucans were consumed, which supports their possible role as compounds used for temporary storage of energy.     

两种水华藻——球形棕囊藻和铜绿微囊藻的脂肪酸组成特征与水华形成机制

浮游植物所含的不饱和脂肪酸是测定其作为食物质量的指标,并在浮游植物向浮游动物及其它动物能量转化过程中起着关键的作用,必需不饱和脂肪酸的缺乏有利于水华的形成。球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)分别是常见的海洋和淡水水华藻类,该文分析了它们在不同生长期的脂肪酸组成,探讨了这两种藻类的脂肪酸组成特征。球形棕囊藻和铜绿微囊藻的脂肪酸碳链长为14~20个碳原子,脂肪酸种类组成都比较简单,以饱和脂肪酸为主,未检测到二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)和二十二碳六烯酸 (Docosahexaenoic acid,DHA)等动物的必需脂肪酸。球形棕囊藻的总脂肪酸含量在247.294~735.44 μg·g^-1干重之间,在对数期和延滞期含量最高的脂肪酸分别是C14:0和C16:0;而两株铜绿微囊藻的总脂肪酸在1 405.095~6 087.617μg·g^-1干重之间,以C16:0含量最高。两株铜绿微囊藻的脂肪酸含量在对数期和延滞期差异明显(p<0.05),但球形棕囊藻的脂肪酸含量在不同生长期差别不大。由于缺乏必需脂肪酸EPA和DHA,球形棕囊藻和铜绿微囊藻不能为高营养级的生物提供必需的不饱和脂肪酸,不是浮游动物等生物的良好食物。因此球形棕囊藻和铜绿微囊藻作为浮游动物的食物质量较低,浮游动物对它们的捕食压力也较小,可能是这两种藻容易暴发水华的重要原因。     

MOLECULAR EVIDENCE IDENTIFIES BLOOM-FORMING PHAEOCYSTIS (PRYMNESIOPHYTA) FROM COASTAL WATERS OF SOUTHEAST CHINA AS PHAEOCYSTIS GLOBOSA

Chen, Y. Q., Zhou, H. & Qu, L. H. Key Laboratory of Gene Engineering of Education Ministry, Biotechnology Research Center, Zhongshan University, Guangzhou 510275, P. R. China Sequence data from the 18S small subunit ribosomal RNA gene and rDNA ITS regions have been used to identify the species of a Phaeocystis (Prymnesiophyta) that caused harmful algae blooms in the coastal waters of southeast China. This Phaeocystis has morphological and physiological features that differ from those previously described for either P. globosa Scherf- fel or P. pouchetii (Hariot)Lagerheim. However, the sequence comparison of the Phaeocystis 18S rDNA and rDNA ITS clearly showed that it was remarkably similar to several isolates of P. globosa. Thus, the species isolated from the southeast coast of China is identified as P. globosa rather than P. cf. pouchetii or another species. Our results also demonstrate that phenotypes of different members of the genus Phaeocystis are variable, apparently changing in response to environmental conditions. It is concluded that, on the basis of this phylogenetic analysis, the bloom forming southeast China coast species of Phaeocystis most likely originated from an endemic warm-water, rather than a foreign source.     

甜菜多粘菌形态发育过程研究

甜菜多粘菌(Polymyxa betae)是一种专性寄生于甜菜根部的低等真菌,可作为甜菜坏死黄脉病毒(BNYVV)的传播介体并与甜菜丛根病的产生有关。对甜菜多粘菌的研究有助于了解其与所传病毒的生物学关系及其在引致甜菜丛根病中所起的作用。本文观察记录了甜菜多粘菌侵染甜菜根系及其在甜菜根细胞中的发育过程,对甜菜多粘菌各主要发育阶段进行了显微镜观察并发现在其游动孢子中有BNYVV粒体存在。根据观察结果并提出了甜菜多粘菌生活史模式图。