微型异养鞭毛虫对氨氮营养盐再生作用的实验模拟研究

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微型异养鞭毛虫是一类主要以海洋微微型浮游生物为食的原生生物,通过摄食和代谢作用,可将获得的多余的氮以氨氮形式释放到环境中,为海洋自养生物提供可观的氮营养盐。微型异养鞭毛虫在海洋微食物环的氮循环过程中发挥着重要作用。但是,由于各类研究方法的局限性,仍很难准确评估微型异养鞭毛虫的氨氮再生作用。所以,本研究利用同位素标记法对微型异养鞭毛虫的氨再生作用进行评估,这有利于我们更加全面且准确地认识微型异养鞭毛虫在海洋微食物环及生物地球化学循环中的作用。本研究首先对分离的一株鞭毛虫进行了鉴定,并探索了扩散法提取和测定海水氨氮的方法;而后研究了三种鞭毛虫(Cafeteriaroenbergensis,Paraphysomonas longispina,Paraphysomonas sp.M01)对一株异养细菌(Vibrio sp.M01)及一株聚球藻(Synechococcus cf.elongatus,CCMP1379)的摄食差异;最后利用15N同位素标记法结合氨扩散法,在实验室模拟研究并测定了不同食物种类及不同食物浓度条件下,三种鞭毛虫的摄食率和对应的排氨率。主要结果如下:(1)利用光学显微镜和扫描电子显微镜对一株分离的微型鞭毛虫观察了其形态结构特征,另结合18S rDNA分子鉴定技术将克隆测序得到的18S rDNA序列与NCBI已知的序列进行比对,最终仅可判断该株微型鞭毛虫属于Paraphysomonas 属,为其命名为 Paraphysomonas sp.M01。(2)采用扩散法比较了不同扩散体积的回收率变化趋势,结果发现随着扩散时间的延长,两个扩散体系的氨氮回收率均呈现增大的趋势,扩散体系为250 mL时,在扩散7天时氨氮回收率高达94.76%,并且回收率已经趋于稳定,而500 mL的扩散体系在7天时氨氮回收率仅为70.23%。(3)在食物初始浓度均为1×10~6 cell mL-1时,三株微型鞭毛虫在摄食异养细菌或聚球藻的培养时间段内,其部分生长曲线均符合指数增长模型。摄食异养细菌时,C.roenbergensis、P.sp.M01、P.longispina的生长率和加倍时间分别是:0.057 h-1 和 12.1 h、0.035h-1 和 19.8 h、0.089 h-1 和 7.79 h;摄食聚球藻时,P.sp.M01和P.longispina的生长率和加倍时间分别是:0.044 h-1和15.8 h、0.060 h-1和 11.5 h。(4)在实验室,三株微型鞭毛虫分别摄食四个不同浓度梯度的荧光标记细菌(Fluorescent Labeled Bacteria,FLB)或聚球藻(Fluorescent Labeled Syn-echococcus,FLS),它们的摄食率均随着食物浓度的增加而表现出增大后趋于稳定的趋势。此外P.sp.M01摄食FLB的饱和食物浓度约为20×10~5cell mL-1,摄食FLS的饱和食物浓度为40×10~5 cell mL-1;P.longispina摄食FLB和FLS的饱和食物浓度均为40×10~5 cell mL-1,而C.roenbergensis在摄食最大浓度FLB时,其摄食率仍在增大。(5)分别向三株鞭毛虫喂食不同浓度的细菌或聚球藻,三株鞭毛虫的摄食率和排氨率均随着食物浓度的增大而增大,相反氨氮再生效率随着食物浓度的增大而减小。本实验测得的摄食率、排氨率和氨氮再生效率的范围为0.24~78.52 cell HNF-1h-1、1.69~1155.10fg N HNF-1 h-1和 12.62%~48.93%。实验结果表明食物相同时,三株鞭毛虫之间的摄食率差异较小;其次同种鞭毛虫对细菌和聚球藻的摄食具有偏好性。另外食物浓度相同的条件下,鞭毛虫摄食聚球藻排氨率高于细菌。氨氮再生效率无明显差异。(6)通过实验模拟获得三株微型异养鞭毛虫摄食细菌或聚球藻的排氨率和摄食率的相关关系分别为:a.C.roenbergensis摄食异养细菌时:E1=5.50×I1+19.13(R~2=0.945);b.P.sp.M01 摄食异养细菌时:E2=8.31×I2+13.82(R~2=0.945);c.P.longispina摄食异养细菌时:E3=5.03×I3+21.04(R~2=0.927);d.P.sp.M01 摄食聚球藻时:E4=31.38×I4+129.72(R~2=0.961);e.P.longispina摄食聚球藻时:E5=5.03×I5+225.96(R~2=0.916)。以上结果表明,本研究在测定排氨率的方法上的创新对深入开展鞭毛虫氮营养盐再生作用的研究具有重要意义。
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