水体钙流失条件下浮游动物对蓝藻的诱导防御作用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanyancuiceo
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蓝藻和浮游动物是水生食物网的重要组成部分。它们直接或间接地影响对方及其他水生生物。浮游动物通过取食控制蓝藻生长,而蓝藻作为低质量食物又抑制浮游动物取食。浮游动物对蓝藻形成大菌落并产生不同毒素的过滤机制干扰尤为敏感。蓝藻和浮游动物的诱导防御在调节淡水生态系统营养级关系中起着重要作用,然而目前对二者相互关系的研究甚少。水蚤由于其个体较大被作为一种重要的浮游动物,它能够有效地控制蓝藻水华。前人已对不同水蚤种类的母体诱导作用进行了研究,但没有考虑被捕食者的表型可塑性。本研究中研究了捕食者和被捕食者的相互诱导防御,以便更好地了解它们在自然环境中的相互作用。同时,也在控制条件下研究了母体诱导在不同水蚤种类及其后代中的作用。近来,软水湖泊中可溶性钙含量下降,它可能与人为胁迫因子如蓝藻水华、气候变暖等同时发生,进而抑制水蚤的生长和存活。因此,本研究中也进一步探究了作为水蚤生长和存活的重要营养物质,低浓度钙影响其诱导防御的机制。  为了探讨两种常见的水蚤之间以及他们与浮游植物之间的的互动诱导防御关系,进行了一系列室内试验。此外,对钙在母体诱导、水蚤甲壳硬度及其降解方面的作用进行了研究。浮游植物的细胞密度、叶绿素a含量、菌落数量、微囊藻毒素含量,以及水蚤生长参数和存活率根据标准协议计算。  1.水蚤与蓝藻捕食相互关系的诱导防御。用铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosaPCC7806,Ma)或水华微囊藻(Microcystis flos-aquae,MF)与普通小球藻(Chlorella vulgaris,Cv)混合(有毒喂食),或只用小球藻(无毒喂食),喂养隆线溞(Daphnia carinata)和大型蚤(Daphnia magna)。有毒培养物是先通过有毒微囊藻与水蚤接触,刺激其释放化学信息物质而形成的。有毒培养物中微囊藻生长参数及产生的毒素与对照组有显著差异。有毒培养物中水蚤的生存和繁殖均比无毒培养物中的高。然而,给有毒培养物中水蚤喂食有毒藻类时,其生长和繁殖率比喂食普通藻类时降低。本实验提供了实验室条件下蓝藻与其取食者之间的相互诱导防御信息,提高了我们对水环境中蓝藻与水蚤相互作用的理解。  2.钙在提高水蚤对微囊藻抵抗防御性有重要作用。在实验室进行了微宇宙实验,研究了隆线溞和蚤状溞(Daphnia carinata,Daphnia pulex)的母体效应,以及不同钙浓度在母体环境下如何对其后代产生诱导反应。结果表明,当添加高浓度Ca和铜绿微囊藻时,与无毒喂食相比,有毒喂食使水蚤后代生长率和存活率增加。当添加有毒食物时,高钙基质中母体产生的后代比低钙基质中的后代个体大且存活率更高。有毒喂食隆线溞和蚤状溞后代时,钙缺乏基质中,同时增加铜绿微囊藻浓度,水溞母体首次产卵时间增加;三代产卵之后,后代个体变大,但后代总体数量下降。相反,高钙基质中母体产生的后代,其生长和繁殖在三个交替代是一致的。这项研究提示,钙在水蚤对微囊藻抗性的母体诱导中起着重要作用。近年湖泊钙含量下降以及微囊藻浓度增加都可能降低水蚤的生长和存活率。  3.水蚤残体的快速矿化可能会促进蓝藻水华。通过对隆线潘和蚤状溞在低浓度和高浓度钙条件下,用含有高磷或低磷的食物饲喂,水蚤生长两个星期后取出,进而研究水蚤残体在24℃和28℃下,添加基质细菌,或同时添加基质细菌和特定细菌的矿化情况。将水蚤矿化的滤液加入到微囊藻和小球藻培养中,记录他们的生长和菌落形成情况。结果表明,在充足的磷和钙处理下,水蚤也含有更多的钙和磷,降解过程缓慢;而在充足的磷和低Ca处理下,水蚤残体分解迅速由于微囊藻和小球藻生长率降低。在高钙低磷以及低钙低磷处理下,磷和钙浓度没有显著差异性,但水蚤残体在前者处理下分解慢,而在后者处理下分解快。水蚤残体在28℃环境中分解比在24℃快。具有特定菌株的水蚤残体促进了微囊藻菌落形成,但对小球藻菌落形成没有作用。本研究中我们发现,除了水体氮和磷的富营养化,钙含量下降引发的水蚤死亡和快速矿化也会加剧蓝藻水华现象。  因此,这两种常见水蚤在低钙浓度时对微囊藻毒性的母体诱导作用比高钙浓度时小,水蚤在高钙处理下的生长和生存率比低钙时高。目前,湖泊钙元素含量的降低以及蓝藻水华的持续爆发可能会抑制水蚤的生长和生存。
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