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微型异养鞭毛虫在桑沟湾氮营养盐再生作用的实验模拟研究

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目录

摘要

第一章 绪论

1.1 海洋微型鞭毛虫概述

1.2 海洋微型异养鞭毛虫排氨作用对氮营养盐再生的贡献

1.3 微型异养鞭毛虫排氨作用的影响因素

1.3.1 非生物因素

1.3.2 生物因素

1.4 微型异养鞭毛虫氮营养盐再生研究趋势及存在的问题

1.5 本文研究内容和意义

第二章 一株杂食性微型异养鞭毛虫的分离与鉴定

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 材料

2.2.2 微型异养鞭毛虫的分离和纯化

2.2.3 鞭毛虫形态观察

2.2.4 18S rDNA分子鉴定

2.3 结果

2.3.1 鞭毛虫的形态学特征

2.3.2 18S rDNA分子鉴定结果

2.4 讨论

2.4.1 电子显微镜和18S rDNA技术在Paraphysomonas种类鉴定中的作用

2.4.2 Paraphysomonas longispina分类地位

2.4.3 Paraphysomonas摄食代谢对海洋生源要素的生物地球化学循环的作用

2.5 小结

第三章 微型异养鞭毛虫摄食异养细菌和聚球藻的生长与代谢差异

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验材料

3.2.2 细胞计数

3.2.3 细胞碳和氮含量的测定

3.2.4 微型异养鞭毛虫对异养细菌和聚球藻的摄食实验

3.2.5 计算

3.3 结果

3.3.1 实验生物细胞碳和氮含量

3.3.2 微型异养鞭毛虫生长率与总生长效率

3.3.3 鞭毛虫排氨率和氨氮再生效率

3.4 讨论

3.4.1 食物种类对微型异养鞭毛虫摄食与生长的影响

3.4.2 微型异养鞭毛虫排氨率和氮再生效率的比较

3.5 小结

第四章 食物营养价值对微型异养鞭毛虫生长与代谢的影响

4.1 引言

4.2 实验材料与方法

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验方法

4.2.3 计算

4.3 结果

4.3.1 不同营养价值细菌的细胞碳和氮含量

4.3.2 微型异养鞭毛虫的生长率与总生长效率

4.3.3 微型异养鞭毛虫的摄食率和排氨率

4.4 讨论

4.4.1 不同营养价值细菌的培养及其对实验设计的影响

4.4.2 食物细菌营养价值对微型异养鞭毛虫生长的影响

4.4.3 食物营养价值对摄食率与氨氮再生效率的影响

4.5 小结

第五章 桑沟湾微型异养鞭毛虫氮营养盐再生作用的评估

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 采样站点

5.2.2 微型和微微型浮游生物氮营养盐再生实验设置

5.2.3 微型异养鞭毛虫对异养细菌和聚球藻的摄食实验

5.2.4 样品分析

5.2.5 数据处理

5.3 结果

5.3.1 桑沟湾理化参数

5.3.2 微型和微微型浮游生物群落对营养盐再生的贡献

5.3.3 微型异养鞭毛虫丰度和摄食率及其氯营养盐再生速率

5.4 讨论

5.4.1 微型鞭毛虫丰度分布的比较

5.4.2 食物种类对微型异养鞭毛虫摄食率与排氨率的影响

5.4.3 微型异养鞭毛虫排氨作用对微型浮游生物群落氮营养盐再生的贡献

5.4.4 微型异养鞭毛虫摄食率和排氨率与相关研究的比较

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 创新点

6.3 不足与展望

参考文献

研究生期间参与的项目与学术会议

致谢

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摘要

微型异养鞭毛虫(Heterotrophic nanoflagellates,HNF)是海洋异养细菌和聚球藻的主要捕食者,是海洋微食物环氮、磷营养盐再生过程的关键环节,同时也是海洋氮、磷元素生物地球化学循环过程中重要的环节。对其氮营养盐再生机制的深入研究和全面了解,是人们认识海洋微食物环乃至整个海洋生态系统的重要一步。然而,受到微型鞭毛虫研究方法的限制,目前对该领域的研究还不足。因此,通过室内模拟研究构建一套有效的估算模型,对人们更好地认识微型异养鞭毛虫在微食物环以及海洋生态系统中所扮演的角色具有重要意义。
  本研究通过分子生物学技术结合显微观察法对一种微型异养鞭毛虫进行种类鉴定,并通过实验模拟研究了在不同食物浓度、种类以及营养价值条件下,该鞭毛虫的生长与代谢差异,还结合2015年5月桑沟湾航次的现场研究结果对桑沟湾海区微型鞭毛虫氮营养盐再生的贡献作了评估,主要结果如下:
  (1)利用电子显微技术对一株鞭毛虫(NFBC)进行形态结构的观察,确定该种属于细胞膜外覆有硅质鳞片结构的Paraphysomonas属鞭毛虫。通过18SrDNA分子鉴定技术将PCR扩增所获得18S rDNA序列与NCBI已知的序列进行比对,结果显示NFBC与P.longispina的相似性最高,为100%,且两者MaximumComposite Likelihood计算的遗传距离为0.000。综合显微结构与分子生物学鉴定结果,确认NFBC属于P.longispina。
  (2)在食物源碳浓度相同条件下,微型异养鞭毛虫对异养细菌的摄食率显著高于聚球藻,两者分布范围分别为2.4-49.6 cell HNF-1 h-1和0.11-5.89 cell HNF-1h-1。在同等浓度条件下,微型异养鞭毛虫对营养价值较高的食物细菌具有较高的摄食率,但差异性不显著。
  (3)通过实验模拟获得微型异养鞭毛虫摄食异养细菌和聚球藻的排氨率和摄食率的相关关系,分别为EB=67.31×ln(IB+1)-73.3(R2=0.902)和ES=121.51×ln(IS+1)-14.1(R2=0.887),并以此作为自然海区微型异养鞭毛虫排氨率的估算公式。
  (4)微型异养鞭毛虫氮再生效率受食物浓度的影响大于食物种类,总体表现为随着食物源N浓度的下降,氮再生效率升高。在以异养细菌为食物的情况下,氮再生效率变化范围27.8%-80.2%;而在以聚球藻为食物的情况下,该值变化范围为31.7%-78.4%。
  (5)对桑沟湾的调查研究结果显示,以细菌为主的微微型浮游生物群落对海区DIN的日补充具有重要的意义,而其对DIP则表现为吸收利用作用;与之相反,微型浮游生物群落对DIP表现为补充贡献,而对DIN则表现为吸收作用。
  (6)桑沟湾微型异养鞭毛虫(包括部分具有异养生活方式的PNF)摄食异养细菌和聚球藻摄食率估算而得的排氨率为4.0-24.1μg N L-1 d-1,平均值为10.0±7.0μg N L-1 d-1;且微型异养鞭毛虫排氨作用对海区DIN的日补充率为3.7%-54.7%(平均值为15.7%),能够有效地对海区DIN进行补充。此外,微型异养鞭毛虫对氮和磷代谢的耦合作用,不仅能够通过再生氮对海区DIN进行补充,还能够对海区DIP产生有效的贡献。
  以上结果表明,以异养细菌和聚球藻单独建立起的估算模型对微型异养鞭毛虫摄食异养细菌和聚球藻氮再生作用研究具有重要意义,极大方便了对自然海区微型异养鞭毛虫排氨率的估算。同时,对桑沟湾等典型养殖区微型异养鞭毛虫氮营养盐再生的评估也填补了在该领域的空白,为后续的研究提供参考。

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