应用qPCR研究三峡库区沉积物中拟多甲藻的动态变化--以汝溪河为例

拟多甲藻水华已经成为三峡水库支流的常见水华之一,但其发生过程尚不清楚.为了揭示拟多甲藻在底泥沉积物中的动态变化及其影响因素,采用系统发育和实时荧光定量PCR(qPCR)技术,分析三峡库区支流-汝溪河回水区2016-2017年不同月份3个断面(T1-T3)沉积物中的甲藻.结果表明:底泥沉积物的甲藻为倪氏拟多甲藻(Peridiniopsis niei);3个断面底泥的甲藻基因拷贝数均在3-5月期间达到最大值,且春季细胞数显著高于夏、秋和冬季(p<0.05);3个断面左样点的底泥甲藻基因拷贝数的最大值分别为70.18×10^(3)个/g,68.60×10^(3)个/g和42.77×10^(3)个/g.多元回归分析显示:底泥甲藻拷贝数与泥温、总磷、碳磷比呈线性负相关(p<0.05),而与底泥中的总氮质量分数相关性不大(p>0.05),其中,泥温与春季甲藻拷贝数显著相关,钙和钾显著影响夏季甲藻拷贝数,总氮和总碳分别是秋季和冬季甲藻拷贝数的驱动因子.综合表明:春季是底泥拟多甲藻变化最活跃的时期,底泥甲藻动态变化受温度和营养盐的协同作用.研究为三峡库区甲藻水华的监测和防治提供了新的手段和科学参考.

一株淡水多甲藻的形态观察和多甲藻属系统发育分析

通过形态学方法将中国淡水藻种库一株编号为FACHB-329的甲藻鉴定为楯形多甲藻不等变种Peridinium umbonatum var.inaequale Lemmermann,并且描述了此甲藻所产生的孢囊形态。还对该藻的SSU和LSU rDNA序列进行测序,系统发育分析的结果也支持形态鉴定。系统发育研究结果表明多甲藻属是多系起源的,本研究所用的多甲藻属类群可以形成两个大的分枝——Peridinium umbonatum类群形成的分枝和狭义多甲藻属类群(Peridinium sensu stricto)形成的分枝。并且形态学和分子数据都显示了P.umbonatum类群与狭义多甲藻属类群之间的差异。P.umbonatum类群形成的淡水单系类群虽然没有高度的自展支持但获得了不同的系统发育分析的支持,而狭义多甲藻属类群形成的单系类群获得了高度的支持。淡水多甲藻P.aciculiferum和P.wierzejskii则与海洋斯氏藻属关系密切。

三峡水库支流拟多甲藻水华的形成机制

三峡水库支流的拟多甲藻水华发生已成为近年的常态,但是其发生机制依然不清楚。2009年到2011年期间,对拟多甲藻水华频发的童庄河回水区进行重点监测,并扩展到三峡水库长江干流及26条支流未淹没区和回水区浮游植物的四季调查。结果表明,四季调查中,拟多甲藻出现率、平均密度、最大密度和最大优势度,4月最高,相同季节,回水区最高。2—4月,童庄河回水区各点拟多甲藻密度均为升高到下降变化,最高密度自上游至下游大幅下降。2010年,拟多甲藻水华于2月最先在童庄河回水区上游出现,逐步向中下游发展,维持一定规模和时间后消退。与此同时,长江干流拟多甲藻出现率、密度和最大优势度大幅低于童庄河回水区。童庄河回水区发生(2005年、2007年和2010年)比不发生(2009年)拟多甲藻水华年份,三峡水库1—3月日出库流量(平均值4489.9—5623.3 m3/s)较小、1—2月水位日变幅(平均值0.148 m、0.246 m)和2月水位日升降(平均值-0.223 m)较大。研究认为,藻类在适宜水温时形成水华,2—4月支流回水区水温适宜、氮磷含量满足甲藻营养能力和生活习性需要。拟多甲藻能否形成水华,首先取决于回水区上游是否存在满足要求的水动力条件。其次,三峡水库出库流量、水位波动等水文条件,通过改变回水区上游水动力条件和回水区流速,影响水华能否形成及形成时间、程度、范围和维持时间。由于尺度效应不同,三峡水库相同水文条件对不同位置支流拟多甲藻水华形成的影响不一样。

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻的昼夜垂直迁移特性

2008年4月3日08:00—4日08:00在三峡水库香溪河库湾5个监测点对拟多甲藻(Peridiniopsissp.)进行了24 h连续监测,以研究拟多甲藻的昼夜垂直迁移特性,并解释拟多甲藻水华表层水体表观颜色昼夜变化的原因.结果表明:拟多甲藻在12 m水深以上水柱中存在明显的周期性昼夜垂直迁移特性,00:00—16:00拟多甲藻向表层水体迁移并聚集,最大上移速度约为2 m/h;16:00—00:00拟多甲藻向下部水体迁移,最大下移速度约为4 m/h;拟多甲藻的昼夜垂直迁移是导致拟多甲藻水华表层水体表观颜色不断变化的主要原因.水体中各层叶绿素a质量浓度〔ρ(Chla)〕昼夜变化较大,用单层ρ(Chla)不足以评价藻类水华暴发程度;均深叶绿素a质量浓度〔ρ(A.D.Chla)〕的昼夜变化不大,能够综合表征藻类迁移水柱中藻类的现存量,可以作为河道型水库拟多甲藻水华暴发程度的评价指标.

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻昼夜垂直分布初步研究

具鞭毛的拟多甲藻(Peridiniopsis)是三峡水库多数支流库湾春季甲藻水华的优势种类。研究表明,昼夜垂直迁移是鞭毛藻重要的生态学特征。拟多甲藻形态学特征虽然也有鞭毛和自由游泳能力,但至今仍没有关于该种类昼夜垂直迁移的描述。定点昼夜垂直分层研究结果表明,三峡水库甲藻水华暴发的优势种之一拟多甲藻种3(Peridiniopsissp.3)是绝对优势种,相对丰度达到45%;该物种与其它鞭毛藻相似,有昼夜垂直迁移的生态学特征,白天趋于在水体上层聚集分布,晚上趋于在水柱中随机分布;太阳光的昼夜交替是影响拟多甲藻昼夜垂直迁移的重要环境因素。

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)的昼夜垂直迁移行为对碳磷分布的响应

于2015年2月26-27日在香溪河库湾高岚河段拟多甲藻(Peridiniopsis)水华发生地昼夜监测其在水体中的垂直迁移,分别在6个时间段(8:00、12:00、16:00、20:00、0:00、4:00)分层取样分析拟多甲藻在水中的叶绿素a浓度、细胞密度、碳酸酐酶(CA)与碱性磷酸酶(AP)活性;分析总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、溶解性反应磷(SRP)与溶解性有机磷(DOP)浓度在水中的垂直分布.结果显示,水华发生期拟多甲藻为绝对优势种,监测的6个时段中,拟多甲藻呈显著的昼夜垂直迁移规律,正午12:00,表层细胞密度最大,可达5.2×10~6cells/L,凌晨0:00表层细胞密度最低,仅为0.4×10~6cells/L;TP与DTP浓度无垂直分布规律,但SRP与DOP浓度呈现显著的垂直分布规律,SRP浓度随水深增加而减小,DOP浓度随水深增加而增加;CA活性日间高于夜间,日间CA活性呈垂直分布规律,随水深增加而减小,但夜间无垂直分布规律;AP活性在水中昼夜呈极其显著的垂直分布规律,随着水深增加逐渐增加.相关性分析结果表明,拟多甲藻细胞密度与水深、DOP浓度呈极显著负相关,水深与CA和AP活性分别呈极其显著负相关与正相关,拟多甲藻细胞密度与CA和AP浓度分别呈极其显著正相关与负相关.因此,拟多甲藻的垂直迁移行为可能是对日间迁移至表层获取光能和无机碳来源、夜间迁移至水下获取磷源的一种适应.

三峡水库香溪河库湾拟多甲藻(Peridiniopsis)水华对环境中磷的响应机制

于2015年春季拟多甲藻水华暴发期在香溪河支流高岚河、南阳河与干流设置9个采样点,探讨浮游植物种群与水体总磷浓度等环境因子的相关性;同时,分离纯化拟多甲藻后,设置5个不同磷浓度(0、0.005、0.020、0.100、0.600 mg/L)对其进行实验室培养,分别测定其比生长速率;在对数生长期,检测不同磷浓度培养下的藻细胞的快速光曲线及其参数;检测不同磷浓度培养下的藻细胞对外源无机碳的吸收效率及其参数.结果表明,水体中总磷浓度越高的河段,拟多甲藻细胞密度越高;培养基中磷浓度越高,拟多甲藻的比生长速率越大,光合效率越高,其对外源无机碳的吸收能力越强.这些结果表明高磷的水环境可能是促使拟多甲藻形成水华的关键因素之一.

大亚湾五角多甲藻赤潮发生的环境因素分析

根据现场监测资料 ,分析 2 0 0 0年 5月 4～ 19日在大亚湾澳头海域发生的五角多甲藻 (Protoperidiniumquinquecorne)赤潮的环境因素。结果表明 :海水温度急升和盐度的骤降是赤潮发生的刺激因素 ;由风引起赤潮生物细胞的物理聚集是赤潮发生的重要条件 ;五角多甲藻对各种营养盐都有明显的需求 ,而对无机氮的需求则以吸收NO3 - N为主 ;赤潮初期拟菱型藻可伴随其迅速繁殖 ,而到后期则存在明显竞争作用 ,拟菱型藻细胞的繁殖受到了抑制。

中国淡水多甲藻属研究

板片形态和排列格式是有壳甲藻的重要分类依据,荧光染色法和扫描电镜在显示板片排列上具有独特优势。通过这两种方法,并结合光学显微技术,对我国淡水多甲藻属Peridinium 11种的形态结构和板片排列进行了描述,其中6种为中国新记录,它们是加顿多甲藻P.gatunense Nygaard、古氏多甲藻P.gutwinskii Woloszynska、拉氏多甲藻P.lomnickii Woloszynska、腭状多甲藻P.palatinum Lauterborn、线纹多甲藻P.striolatum Playfair和带多甲藻P.zonatum Playfair。

波兰多甲藻,中国淡水产毒甲藻新记录

2006年,在湖北姊归香溪河高阳镇河段发现一种甲藻,通过光学显微镜和电子扫描显微镜观察,鉴定该种为波兰多甲藻(Peridinium polonicum),中国新记录。文献显示该藻是一种产毒甲藻,可以在水库或池塘形成水华,造成鱼类死亡。该种为目前淡水甲藻产毒的唯一记录,其对环境和生态的影响值得关注。

三峡水库支流童庄河拟多甲藻水华的监测

2009年和2010年对三峡水库支流童庄河回水区和长江干流水体理化和浮游植物进行了同步连续跟踪监测。结果表明,2010年童庄河回水区和长江干流氮、磷含量较2009年有所升高,相同年份童庄河回水区和长江干流氮、磷含量各有高低,但差别不大。2-3月,童庄河回水区拟多甲藻(Peridiniopsis sp.)细胞密度逐步增加并达到高峰,其细胞密度可从2009年第13位、2010年2月26日的第9位,在2010年3月17日迅速上升为第1位,成为第一优势种类,并在2010年2-3月形成水华。拟多甲藻水华最先出现在回水区尾端,随着时间推移,逐步向中下游发展,并形成大面积水华,在维持一段时间后消退。童庄河回水区拟多甲藻密度上游最高,从上游至下游,密度逐渐下降。同期长江干流出现拟多甲藻的次数较少、密度较低,通常在回水区最低密度的30.91%以下。分析认为,2-3月回水区更适合拟多甲藻生长,能否形成水华主要受水文因子的影响。

倪氏拟多甲藻叶绿素荧光活性对环境因子的响应

采用叶绿素荧光分析技术探讨了温度、p H、光强对水华优势种倪氏拟多甲藻光合活性的影响。结果表明,倪氏拟多甲藻光系统Ⅱ的量子产量Y(Ⅱ)和最大光化学效率(F_v/F_m)随温度(7.5—20.0℃)升高而显著增加(P<0.05),在低温下电子传递速率未受阻,细胞在7.5—20.0℃内均有高光合活性;10.0℃下的光合活性随p H增大先升高后降低,峰值出现在p H 7.3时,光合活性顺序为:弱碱性>中性>酸性;快速叶绿素荧光动力学曲线分析显示p H 7.3下的光合活性为典型OJIP曲线,其他p H下PSⅡ反应中心、电子受体库受损,显示该藻适应较窄的p H范围,p H7.0—8.0内是其适宜的条件;快速光响应曲线显示其半饱和光强E_k为385.52μmol photons/(m^2·s),表明其具有高光饱和点,耐受高光强。研究表明藻细胞光合活性对温度和光强变化有较强适应性,对p H的变化敏感,弱碱性条件是其光合作用的适宜条件;低温时细胞通过环式电子链提高光化学效率,降低高光强可能带来的光损伤;弱酸性(p H 5.0)会同时损伤其光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,造成其光化学效率的显著下降;倪氏拟多甲藻在低温和高光强下的独特光合特性使其在春季淡水水体中占据竞争优势,是其形成水华的内在原因。

中国淡水拟多甲藻属研究

拟多甲藻属Peridiniopsis Lemmermann是重要的淡水有壳甲藻,是形成淡水甲藻水华的主要类群之一。该属被定义为不具或仅有一块前间插板的多甲藻类群,其板片格式为3–5′,0–1a,6–7(8)″,5″′,2″″。迄今,全球范围内报道的拟多甲藻属约有20种。通过对所采集国内甲藻标本的整理和鉴定,描述了8种及1变种,并对其形态特征、板片排列、生境和分布进行了简述。其中有3个是中国新纪录,它们是柏林拟多甲藻P.berolinensis(Lemmermann)Bourrelly、波吉拟多甲藻P.borgei Lemmermann和柯维拟多甲藻P.kevei Grig-orszky et Vasas。

无机磷对多甲藻生长及叶绿素荧光的影响

磷通常被认为是水体藻类生长第一限制因子,水体中磷的质量浓度对藻类生长与光合作用有着重要的影响.多甲藻(Peridinium umbonatum)是淡水甲藻水华常见的种类,而磷对其影响的研究甚少.以多甲藻为研究对象,探讨不同质量浓度无机磷源对多甲藻的生长及叶绿素荧光的影响.结果表明,随着无机磷质量浓度的增加,多甲藻的吸光度(OD)也增加.从培养期的第11d开始,磷质量浓度为0.1和0.6 mg/L处理下的多甲藻的OD值高于无磷(0 mg/L)与低磷(0.005,0.02 mg/L)处理.叶绿素荧光动力学参数结果发现,当磷质量浓度为0.005mg/L与0.02mg/L时,PSII单位反应中心(RC)耗散掉的能量(DI_0/RC),单位反应中心捕获的并用于还原QA的能量(TR_0/RC),单位反应中心传递到电子传递链末端的能量(RE_0/RC),单位面积(CS)吸收的光能(ABS/CS_0),单位面积的热耗散(DI_0/CS_0),单位面积捕获的光能(TR_0/CS_0),单位面积电子传递的量子产额(ET_0/CS_0),单位面积传递到电子传递链末端的能量(RE_0/CS_0),吸收的能量传递到电子链末端的量子产率(R_0)与无磷处理组差异无统计学意义.而磷质量浓度高于0.1mg/L时,荧光参数与无磷处理组差异有统计学意义(p<0.05).这些结果表明了高磷处理(0.1,0.6mg/L)显著促进了多甲藻的生长与光合作用,而无磷与低磷条件则对甲藻的生长与光合产生一定胁迫,也暗示了磷质量浓度的变化可能影响多甲藻水华的发生及过程.

多甲藻素在一种海生黄藻中的存在

采用聚酰胺薄层层析分离、分光光度法 ,对一种海生超微型黄藻品系PP983的色素组成进行了研究测定。结果表明 ,该黄藻中只含有叶绿素a而不含叶绿素c,检出 8种类胡萝卜素 ,除作为黄藻特征色素的Heteroxanthin和Vaucheriaxanthin两种外 ,还发现该藻含有一个吸收峰在 471nm ,呈现多甲藻素 (peridinin)特征的色素。用高效液相色谱 (HPLC) ,并以微小多甲藻 (Peridiniumpusillum)作对照 ,对其光合色素作进一步的分析 ,确证该黄藻中不含有叶绿素c而含多甲藻素。结果显示此种黄藻与甲藻有更近的亲缘关系。

贵州黔东南州三板溪水库春季拟多甲藻水华特征

2011年3月13日对贵州省黔东南州三板溪水库进行春季浮游植物调查的结果表明,三板溪水库Ⅱ号采样点(下革东)发生以佩纳形拟多甲藻为优势种的拟多甲藻水华,细胞密度高达1.15×107cell/L;板溪水库总氮的最低值为2.09mg/L,总磷的最低值为0.95 mg/L,三板溪水库的总氮、总磷含量较丰富,不存在总氮或总磷是限制性因子;通过SPSS16.0统计软件分别进行Pearson积距相关系数分析表明,氮磷比是三板溪水库发生拟多甲藻水华的主要影响原因。

多甲藻和微囊藻竞争利用不同形态磷增殖研究

为了探究不同藻竞争利用不同形态磷对浮游植物群落结构影响,分别以楯形多甲藻不等变种(Peridinium umbonatum var.inaequale)和铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)进行PM4A板多磷源单培养实验,并向原位水样添加其两藻种进行5’-单磷酸腺苷(5’-AMP)和磷酸氢二钾(K2HPO4)增殖模拟实验.结果表明:不同的藻种对不同形态磷的竞争利用具有选择性,楯形多甲藻不等变种和铜绿微囊藻分别能够利用溶解性有机磷(DOP)35种和25种,两种藻能够较好的利用氨基酸和核苷酸.当以楯形多甲藻不等变种调控起始生物量占比(绿藻:甲藻:硅藻:蓝藻为38%:26%:20%:7%),无论以有机磷还是无机磷为磷源,甲藻的竞争优势明显,生物量占比达37.11%~50.19%;当以铜绿微囊藻调控起始生物量占比(绿藻:蓝藻:硅藻:甲藻为38%:29%:20%:4%),蓝藻竞争优势明显,生物量占比达52.25%~53.44%.在温度和光照等环境条件一定的情况下,磷源形态和藻类起始生物量结构共同影响浮游植物群落结构演替.

低浓度草甘膦对多甲藻和微囊藻增殖影响研究

为了探究含C—P键的草甘膦对多甲藻和微囊藻的增殖影响,以0.05 mg·L-1草甘膦为磷源开展实验室模拟实验.结果表明:单培养时,与起始生物量相比,多甲藻和微囊藻生物量分别增加了4.4倍和61.9倍;共培养时,多甲藻生物量占比从49.7%降至5.5%,而微囊藻生物量占比从50.3%升至94.5%.通过测定培养过程中两藻种生理生化指标的变化,推测微囊藻可能是利用草甘膦进而取得竞争优势,而多甲藻的增殖可能受低浓度草甘膦的刺激胁迫而增殖,水体环境中草甘膦的存在增加了蓝藻水华发生的可能.

多甲藻对不同光照强度的反应:色素沉着及暗光适应的可能性(英文)

在ＨＰＬＣ色素分析的基础上，研究了多甲藻对不同光照强度（１６．６—２５０μ·Ｅｍ－２ｓ－１） 的反应。类胡萝卡素中最重要的多甲藻素和硅甲藻黄素占叶黄素总量的９０％。随光照强度的 逐步增加，多甲藻细胞中叶绿素ａ含量呈现明显的下降趋势。结果表明硅甲藻黄素和β胡萝卜 素具有光保护作用：１）当多甲藻暴露于较强光下时，硅甲藻黄素／叶绿素ａ之比呈现出明显增 加的趋势。β胡萝卜素／叶绿素ａ之比也显现出明显的增加趋势。２）β胡萝卜素／叶绿素ａ之比 在有光条件下比在完全黑暗条件下要高；３）硅甲藻黄素／叶绿素ａ之比在高辐照度、低辐照 度，及由高到低、由低到高辐照度处理时，显示出组间差异。由此可推出色素代谢可能的途径 及其湖沼学意义。