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海洋微型浮游动物摄食聚球蓝细菌研究综述.docx


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。海洋微型浮游动物摄食聚球蓝细菌研究综述??张武昌,赵苑,赵丽,李海波,2,陈雪,2,肖天(,山东青岛266071;,北京100049)在多数寡营养海区和中营养海区中,浮游生物的初级生产主要是由超微型(pico级)(~2μm)浮游植物贡献的(Lietal,1983;Plattetal,1983)。Pico级浮游植物包括聚球蓝细菌(us,简写为Syn)、原绿球藻和pico级真核生物。Pico级浮游植物每天最快分裂一次(Liuetal,1995;Vaulotetal,1995),然而,它们的丰度在几天甚至几年内保持不变,所以,这些生物的死亡率和生长率形成动态平衡。什么原因造成它们的消亡,一直是科学家探索的重要问题。摄食死亡、病毒侵染和沉降是聚球蓝细菌减少的主要原因(Christakietal,2002)。微型浮游动物(1摄食研究的参数研究两种生物的摄食关系首先要确定饵料生物是否被摄食,然后,用各种方法估算摄食的各种参数,包括,摄食速率(I,ingestionrate,个grazer-1h-1)、清滤速率(F,clearancerate,nlgrazer-1h-1)、摄食率(g,grazingrate,d-1)和摄食压力。摄食者在单位时间内摄入体内的饵料个数(或质量,通常以碳C表示)被称为摄食速率,摄食速率除以培养期间饵料的平均丰度即为清滤速率。假设饵料生物以指数形式生长,培养开始时(在t0时刻)的丰度为A0,培养一段时间t后,饵料生物的丰度变为At,内禀生长率μ=ln(At/A0)/t。在饵料生物培养液中加入摄食者培养一段时间t后,摄食者群体会造成饵料生物丰度比没有摄食者的对照组降低,摄食者群体造成的影响使得饵料生物的丰度以指数形式增长At=A0e(μ-g)t,饵料生物表现出的生长率为表观生长率k=μ-g。当培养体系中没有摄食者时,g=0,表观生长率等于内禀生长率,k=μ。摄食压力是指单位时间内摄食者的摄食量占饵料生物生物量(或丰度、生产力)的比例。,有两种方法来确定聚球蓝细菌是否被其他生物摄食:1)检测摄食者体内聚球蓝细菌颗粒(体内饵料颗粒法),表面荧光显微镜观察聚球蓝细菌独特的橘黄色荧光或用荧光染料的方法是确定聚球蓝细菌被摄食的依据;2)将摄食者与饵料聚球蓝细菌混合培养,监测摄食者的生长情况,如果摄食者能存活和生长(al,1982),说明摄食者利用了饵料生物。同一种摄食者和不同的饵料混合培养,摄食者表现出不同的生长率,可以指示不同饵料对于摄食者的营养价值(生长率指示法)。很多聚球蓝细菌有被摄食但难以被消化的现象,因此,体内饵料颗粒法是确定摄食关系的最佳方法。实验室内测定摄食速率的方法有两种:1)饵料浓度差减法。利用培养的单种生物进行实验,用聚球蓝细菌作为饵料,将聚球蓝细菌和摄食者(如鞭毛虫)混合培养,根据检测培养过程中培养组(含摄食者和被摄食者)和对照组(只有被摄食者)中聚球蓝细菌丰度的差异,可以估算摄食速率,为了防止摄食节律对结果的影响,Apple等(2011)认为不同日期的实验需在每天的同一个时间段进行。2)体内饵料颗粒增多法。因为聚球蓝细菌有独特的橘黄色荧光,因此,可以将聚球蓝细菌和摄食者混合培养,隔一定时间周期,监测摄食者体内饵料颗粒的增多情况,在最初的一段时间,摄食者体内的饵料不断增多,表现为线性关系,当第一个饵料颗粒被消化后,摄食者体内的饵料颗粒保持恒定,不再增加。线性增长时间内体内饵料数量增加的斜率即为摄食速率。(1982)最早在实验室内研究聚球蓝细菌与其他生物的摄食关系,用#.,存活了将近1年。Caron等(1991)用聚球蓝细菌菌株WH7803,WH8012,WH8101喂养在马萨诸塞海岸分离的一株鞭毛虫Paraphysomonassp.,发现它们都能支持异养鞭毛虫的生长,但是以它们为食时,异养鞭毛虫的生长率平均比以细菌为食时低74%。Zwirglmaier等(2009)用37种聚球蓝细菌喂养两株鞭毛虫Paraphysomonasimperforata和Pteridomonasdanica,监测培养过程中鞭毛虫丰度的变化,发现有一些种类的聚球蓝细菌不被摄食,而被摄食的种类中,有一部分不被消化。研究表明可以被摄食聚球蓝细菌的特征是蛋白质含量低但蛋白质多样性高。目前,使用饵料浓度差减法对4种鞭毛虫和5株聚球蓝细菌进行了研究(表1),培养实验的时间周期和采样间隔差别很大,培养周期最长为6d,,采样间隔最长为1d,。这些实验得出的摄食速率为0~-1h-1,~-1h-1。鞭毛虫对不同聚球蓝细菌的摄食速率不同,9311的摄食速率大于对WH8102的摄食速率(Appleetal,2011)。Christaki等(2002)利用体内饵料颗粒增多法估算摄食速率,培养60min,每10min采集鞭毛虫样品,进行DAPI染色,得出的结果和饵料浓度差减法近似。,当饵料浓度低于5×105synml-1时,摄食速率随饵料浓度增加而线性增加;当饵料浓度达5×105synml-1时,-1h-1;饵料浓度继续增加,处于6×105~×106synml-1时,摄食速率降低。清滤速率则随饵料浓度增大而减小(Christakietal,2002)。、体内饵料颗粒增多法和15N同位素标记法研究了甲藻对聚球蓝细菌的摄食,~-1h-1。Jeong等(2005)用饵料浓度差减法和体内饵料颗粒增多法测定了Prorocentrumdonhaiense的摄食速率,两者相差10%(表1)。~×106cellsml-1时,不同甲藻的摄食速率随着甲藻粒级的增大而增大。用体内饵料颗粒增多法确定甲藻对聚球蓝细菌的摄食关系的研究不多。Legrand等(1998)首先研究甲藻Heterocapsatriquetra(具色素)对用DTAF染色的聚球蓝细菌的摄食,没有在甲藻体内发现聚球蓝细菌。但是Jeong等(2005)在实验室内用体内饵料颗粒法确定17种赤潮甲藻(Akashiwosanguine,Alexandriumcatenella,,,Cochlodiniumpolykrikoides,Gonyaulaxpolygramma,,Gymnodiniumcatenatum,,Heterocapsarotundata,,Kareniabrevis,Lingulodiniumpolyedrum,Prorocentrumdonghaiense,,,Scrippsiellatrochoidea)与对聚球蓝细菌(ussp.,essionNumberDQ023295,直径1μm)的摄食关系。将甲藻和聚球蓝细菌或用DTAF染色的聚球蓝细菌混合培养,在培养5min,10min,30min,1h,4h时采样,用表面荧光显微镜检查或激光共聚焦显微镜检查这些甲藻体内的聚球蓝细菌,在这些甲藻中都发现了聚球蓝细菌,证明这些赤潮甲藻是摄食聚球蓝细菌的。Glibert等(2009)用激光共聚焦显微镜在赤潮甲藻Karenniabrevis体内发现了聚球蓝细菌。同一种甲藻对不同聚球蓝细菌的摄食速率不同。9902的摄食速率(56和71cellsgrazer-1h-1)大大高于对WH8102的摄食速率(-1h-1)(Appleetal,2011)。据文献报道,两种甲藻(Prorocentrumdonhaiense和Prorocentrummicans)的摄食速率随饵料浓度改变(功能反应)而变化。Jeong等(2005)用体内饵料颗粒增多法发现,×106cellsml-1时,摄食速率达到饱和,-1h-1,-1h-1;×106cellsml-1时,摄食速率达到饱和,-1h-1,-1h-1。(1986)在实验室内用聚球蓝细菌培养两种砂壳纤毛虫(Tintinnopsisacuminate,Tintinnopsisvasculum),培养结果两种砂壳纤毛虫均死亡,但是没有说明砂壳纤毛虫有没有摄食蓝细菌,可能由于蓝细菌营养不够,不能维持砂壳纤毛虫生长。Caron等(1991)在实验室内测定了两种纤毛虫(scuticociliate和hymenostome)对细菌和聚球蓝细菌(菌株WH7803,WH8012,WH8101)的摄食。三株聚球蓝细菌支持的生长率与细菌支持的生长率相比,纤毛虫scuticociliate仅为20%,纤毛虫hymenostome为48%。有关纤毛虫对聚球蓝细菌摄食速率和清滤速率的文献不多(表1)。Christaki等(1998)在实验室内使用荧光标记的聚球蓝细菌喂养具沟急游虫,使用体内饵料颗粒增多法估算清滤速率为75~125nlgrazer-1h-1。Christaki等(1999)利用培养的聚球蓝细菌喂养纤毛虫,-1h-1,Strombidiumsulcatum以这两种饵料为食时生长良好,。表1实验室内研究摄食者对聚球蓝细菌摄食的结果Apple等(2011)选用四株聚球蓝细菌(9902)喂养砂壳纤毛虫Eutintinnussp.,应用体内饵料颗粒增多法估算平均的清滤速率为219nlgrazer-1h-1。砂壳纤毛虫对WH8102摄食速率为89syngrazer-1h-1,对CC9311的摄食速率为160syngrazer-1h-1,9902的摄食速率大于1200syngrazer-1h-1。(摄食者)培养法。聚球蓝细菌被发现后,在自然海区的一些样品中,人们用透射电镜和表面荧光显微镜发现了聚球蓝细菌被其他生物摄食的证据:例如聚球蓝细菌细胞出现在乔治滩飞马哲水蚤粪便中(al,1982)、加利福尼亚沿岸海樽和翼足类的粪便中(Silveretal,1981)、法国Villefranche-sur-Mer的鞭毛虫体内(Laval,1971)、ChesapeakeBay的原生动物体内(Perkinsetal,1981)。根据聚球蓝细菌的特有荧光,Perkin等(1981)在异养真核生物的食物泡中发现了聚球蓝细菌。在自然海区采集的纤毛虫的食物泡中也发现了聚球蓝细菌(Campbelletal,1986;Sherretal,1986;Bernardetal,1993)。在Villefranche湾检查砂壳纤毛虫体内的食物泡发现,聚球蓝细菌是Rhabdonellaspiralis的主要饵料,是Salpingellaacuminata的唯一饵料。Perez等(1996)使用自然海水中添加饵料(摄食者)培养法,发现在自然海水中添加蓝细菌,促进纤毛虫的生长,而在自然海水中添加纤毛虫,蓝细菌的生长得到明显抑制。Frias-Lopez(2009)用稳定同位素标记的方法研究摄食者。这种方法用稳定同位素13C和15N标记的聚球蓝细菌喂养自然海水中的微型浮游动物,培养24h后,用滤膜过滤海水中的微型浮游动物,提取RNA,用密度梯度超速离心的方法(densitygradientultracontrifugation)分离重(被稳定同位素标记)的和轻(未被稳定同位素标记)的RNA,重的RNA中18SrRNA被扩增、测序,然后分析重的RNA的来源生物,得出在夏威夷海域(Aloha连续观测站)聚球蓝细菌的主要摄食者是Bolidomonas属的生物。Iturriaga等(1986)用放射性同位素14C标记聚球蓝细菌菌株(WH7803),添加到自然海水中喂养微型浮游动物,用显微放射性自显影技术(microautoradiography)观察体内含有放射性物质的动物,在很多动物的体内发现了14C标记。这些动物体内的14C有的是通过多级摄食进入体内的,并不全是直接摄食聚球蓝细菌的结果。:1)体内饵料颗粒增多法(即Strom(2000)的第一类方法)估算不同类群的摄食,检查不同类群体内的聚球蓝细菌。部分研究中检查的是摄食者体内的自然发生的聚球蓝细菌(自然饵料食物泡法),有些研究检查的是摄食者体内添加的人工染色的聚球蓝细菌或粒级相同的荧光颗粒(人工饵料食物泡法)。2)对自然海水进行干预,改变海水中生物类群的组成从而改变摄食速率或生长率(原核生物抑制剂法)进行培养(即Strom(2000)的第二类方法),通过统计学的方法估算摄食率。这类方法包括海水稀释培养、添加生物抑制剂培养(刘镇盛,1990)、分粒级培养等,这类方法研究微型浮游动物群体对聚球蓝细菌的摄食率。(k,cellcontentmin-1)就可以估算鞭毛虫和纤毛虫的摄食速率(I,syngrazer-1h-1)。I=摄食者体内的平均饵料个数×消化率。Dolan等(1999)最先使用这种方法研究天然鞭毛虫对聚球蓝细菌的摄食,计数现场鞭毛虫体内食物泡中聚球蓝细菌的数目,%cellcontentmin-1来计算对聚球蓝细菌的摄食压力。在地中海的Villifranche,~,,,夜间和白天的差异不显著。每个异养鞭毛虫体内的聚球蓝细菌数量与海水中正在分裂的聚球蓝细菌所占比例呈反比,~-1h-1,~-1h-1。Dolan等(1999)认为异养鞭毛虫只能摄食单细胞的聚球蓝细菌,正在分裂的聚球蓝细菌体积变大,不能被异养鞭毛虫摄食。根据单细胞聚球蓝细菌的丰度,%,中午为每小时1%,每天14%。Christaki等(2001)在地中海的研究表明,~,聚球蓝细菌的FDC和鞭毛虫体内聚球蓝细菌个数呈反比,~45%。Christaki等(2002)在地中海现场连续观测54h,每6h采样一次,~-1h-1,~17nlgrazer-1h-1。Dolan等(1999)和Christaki等(2002)在海上的现场实验表明,异养鞭毛虫对聚球蓝细菌的摄食有昼夜节律,摄食率在晚上达到最大,白天减少,傍晚最小。这一节律和聚球蓝细菌的分裂节律是一致的。根据FDC方法的结果,聚球蓝细菌分裂最为活跃的时间为傍晚,而分裂中的聚球蓝细菌太大(~2μm3),不能被鞭毛虫摄食(al,1999)。Pitta等(2001)最先使用这种方法计数地中海纤毛虫体内的聚球蓝细菌,%cellcontentmin-1来计算纤毛虫对聚球蓝细菌的摄食速率。单个纤毛虫体内的聚球蓝细菌最多可达14个,在不同深度采集的纤毛虫体内平均的饵料颗粒没有差异。~,,~-1h-1,

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