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拉氏拟柱孢藻对氮磷营养的响应及其生态优势研究
杨祎明
Subtype博士
Thesis Advisor李仁辉
2018
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract蓝藻水华是全世界重大环境问题之一,随着水体富营养化和全球气候变暖,蓝藻水华呈现出分布范围渐广、持续时间延长、爆发程度加重的态势。其中拉氏拟柱孢藻是一种能固氮的新型水华蓝藻,在我国东南沿海地区的很多水库中经常爆发,有由热带、亚热带向温带地区扩散的趋势。但该种成功入侵的生态学优势尚待进一步阐明。部分拉氏拟柱孢藻能产生大量具有肝毒性的拟柱孢藻毒素,其生态安全性不容小觑。目前国内关于拉氏拟柱孢藻的研究缺乏全面性,大多是在实验室内的生理特性研究。由于产毒的拉氏拟柱孢藻比例并不高,因此关于产毒藻的产毒特性以及毒素合成的调控机制有待进一步揭示。本论文以拟柱孢藻为研究焦点,结合大尺度的野外调查和小规模的室内实验,探讨氮磷营养对其生理和产毒能力的影响,尝试从不同层面揭示其作为入侵种的生态学优势。主要结果如下:1. 室内模拟拟柱孢藻、微囊藻和长孢藻的两两生物入侵,当微囊藻作为入侵种入侵拟柱孢藻时具有正生长,而拟柱孢藻作为入侵种入侵微囊藻时具有负生长;当长孢藻作为入侵种入侵拟柱孢藻时具有负生长,而拟柱孢藻作为入侵种入侵长孢藻时具有正生长。这表明拟柱孢藻的竞争能力介于微囊藻和长孢藻之间。2. 在中国东部5个省份江苏、安徽、湖北、湖南、江西共89个浅水湖泊的野外调查中,在23个湖泊中检测到拟柱孢藻的存在。这些湖泊的总氮浓度为0.09–3.78 mg L-1,总磷浓度为0.02–0.35 mg L-1,拟柱孢藻生物量为0.001–41.79 mg L-1。3. 拟柱孢藻生物量与水体总磷呈现显著负相关关系,而另一种常见水华蓝藻微囊藻的生物量与水体总磷呈现正相关关系,即在野外低磷水体中拟柱孢藻的优势更加明显;不管在高氮还是低氮水体中,拟柱孢藻均有较高的适应性,拟柱孢藻生物量占蓝藻生物量百分比高于50%时,水体硝氮浓度相对较低,为0.24–1.12 mg L-1。表明低氮水体更有利于拟柱孢藻的统治,且低氮浓度下潜在的产毒拟柱孢藻的比例可能增加,进而增加了拟柱孢藻毒素在水体聚集的风险。4. 室内探索磷在拟柱孢藻水华中的角色研究表明,低磷抑制了产毒藻Cylindrospermopsis raciborskii CHAB3438的生长;80–95%的拟柱孢藻毒素存在于细胞内,5–20%的拟柱孢藻毒素随着细胞生长而释放到胞外;拟柱孢藻毒素的合成速率与细胞生长速率同步,表明该毒素为组成型代谢物;拟柱孢藻毒素的合成与拟柱孢藻毒素合成酶基因的转录水平不一致,表明该毒素的合成可能受到转录后水平的调控。5. 室内探索氮在拟柱孢藻水华中的角色研究表明,产毒藻C. raciborskii CHAB3438与不产毒藻C. raciborskii CHAB151的生长对环境的氮浓度以及氮供应模式不敏感;C. raciborskii CHAB3438在不同氮浓度下有较大的毒理可塑性,其拟柱孢藻毒素产量在缺氮条件下最大并随着氮浓度增加而降低;氮限制促进了拟柱孢藻毒素在细胞内的聚集而抑制了拟柱孢藻毒素向细胞外的释放;C. raciborskii CHAB3438在不同的氮供应模式下有不同的产毒特征,外界氮波动阻碍了拟柱孢藻毒素的合成,且主要影响了细胞外的拟柱孢藻毒素产量。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/39056
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
杨祎明. 拉氏拟柱孢藻对氮磷营养的响应及其生态优势研究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2018.
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