廈門灣浮游植物死亡及細胞程序性死亡的研究.pdf

1、浮游植物是海洋最重要的初級生產(chǎn)者，其生長和死亡顯著影響海洋生態(tài)系統(tǒng)結構和生物地球化學作用。然而，目前對自然海區(qū)浮游植物死亡的調(diào)查研究還較少，對浮游植物死亡的機理和生理生態(tài)響應也并不清楚。本文主要利用現(xiàn)場調(diào)查研究和實驗生態(tài)相結合的手段，研究亞熱帶海灣浮游植物死亡及其影響因子，利用分子生物學技術手段研究東海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)對營養(yǎng)鹽限制條件下的死亡機理-細胞程序性死亡。取得的主要結果如下:
　　

2、1.廈門灣浮游植物的死亡比率
　　利用細胞消解法并結合Cytosub流式細胞儀對廈門灣東部海域不同類群浮游植物死亡比率進行周年（每2周一次）研究。根據(jù)浮游植物細胞光譜特征、所采集的浮游植物圖像信息以及實驗室內(nèi)單種培養(yǎng)的浮游植物的聚類結果，將現(xiàn)場水樣中的浮游植物聚類分成6個類群(G1-G6)，其中G1是除聚球藻外的其它藍藻類;G2是聚球藻類群，為優(yōu)勢類群;G3屬于隱藻類群;G4和G5同屬于nano-真核類，前者也是優(yōu)勢類群;G6是硅

3、藻為主的micro-真核類。
　　在調(diào)查期間各個類群的細胞死亡比率差異較大。G1的死亡比率基本都低于15％; G2死亡比率總體呈現(xiàn)春夏低，秋冬較高的趨勢;G3對鹽度很敏感，鹽度低于28，其死亡比率小于20％，當鹽度高于28，其死亡達到70-100％，明顯高于其他類群的死亡比率。如此高的死亡比率，表明死亡是浮游植物細胞損失的主要途徑，是調(diào)節(jié)隱藻細胞豐度和群落結構季節(jié)性變化的重要因素;G5的死亡比率基本都比較低，特別是在夏末和秋季，其

4、細胞基本都是存活的;G6的死亡比率與硅濃度呈顯著負相關，主要是因為G6是以硅藻為主的類群。每個類群的死亡比率都有高于50％，也進一步表明浮游植物死亡是不可忽略的，直接影響其豐度及群落組成。G4在春夏對總體死亡細胞的貢獻最大，約54％，而在秋冬季，G2的死亡細胞貢獻的最大，60-70％。浮游植物總的平均死亡比率呈現(xiàn)夏季最低(16±6％)，春、秋季次之，冬季最高（達27±16％），其變化趨勢和葉綠素a濃度的變化呈相反趨勢。結果表明浮游植物死

5、亡具有季節(jié)性，不同類群對環(huán)境因子的響應各不相同。本研究的采樣站位處于亞熱帶海區(qū)，終年水溫較高，光照充足，營養(yǎng)鹽比較豐富，其浮游植物死亡最主要最主要的因素是溫度和鹽度。即使在這么適合浮游植物生長的環(huán)境條件下，年平均死亡比率仍達到20.5％，可見浮游植物死亡是研究其動態(tài)變化的重要部分。因此，浮游植物的細胞死亡過程是研究水生生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學過程中不可忽略的過程。
　　2.九龍江河口浮游植物的死亡的比率
　　2014年2月和6

6、月研究了九龍江河口區(qū)不同鹽度梯度(0-28.5)水域浮游植物的死亡。該區(qū)域營養(yǎng)鹽濃度比較豐富，呈現(xiàn)隨著鹽度增加而逐漸減少的趨勢。浮游植物每個類群在枯水期（2月）和豐水期（6月）的分布各不相同，除了粒徑較大的類群G3和G6外，枯水期其他類群的豐度都明顯低于豐水期，并且枯水期的葉綠素a濃度也是主要由G3和G6貢獻，而豐水期主要由G2和G4貢獻。
　　在調(diào)查期間各類群的死亡比率變化較大，G1的死亡比率最高為70.05-100％，明顯高于

7、其他類群;G2豐水期的死亡比率平均為26％，明顯低于枯水期;G3在枯水期的死亡比率基本是在鹽度低的站位較高，而在豐水期呈相反的趨勢。在枯水期G2、G4和G6是對總死亡細胞貢獻最大的3個類群，且G2的死亡貢獻和G4呈相反的趨勢，而G6總體上是隨著鹽度增加死亡貢獻也增加;在豐水期G4和G5是死亡貢獻最大的2個類群，且G4在鹽度高于3.7(A9)的站位死亡貢獻相對較大，在鹽度小于3.7(A9)的站位，死亡貢獻最大的是G5?？菟诳偹劳霰嚷驶?/p>

8、都＞50％，明顯比豐水期高，遠高于穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，表明細胞死亡是細胞損失的主要途徑，已經(jīng)嚴重影響到其類群豐度和演替過程。而影響浮游植物死亡的主要因素是鹽度，一個類群的存活狀況取決于其對鹽度的適應。
　　在調(diào)查期間，營養(yǎng)鹽濃度總體較高，甚至各個營養(yǎng)鹽的最低濃度都沒有限制浮游植物的繁殖和生長。然而在溫度、光照、營養(yǎng)鹽都適合浮游植物繁殖生長的豐水期，浮游植物卻沒有出現(xiàn)藻類大量繁殖甚至形成藻華的現(xiàn)象，主要是受N/P比(80-200)的影響

9、，九龍江河口屬于磷限制潛在性富營養(yǎng)級別，但由于營養(yǎng)鹽絕對濃度較高，仍有水華暴發(fā)的潛在風險，因此需要加強對九龍江河口浮游植物豐度和死亡的監(jiān)測，為藻華的預警預測和水域管理提供依據(jù)。
　　3.磷限制條件下東海原甲藻細胞程序性死亡的研究
　　利用蛋白和基因表達等分子生物學技術來研究東海原甲藻在磷限制條件下的細胞程序性死亡。結果發(fā)現(xiàn)東海原甲藻在無機磷濃度低于檢出限的磷限制組的細胞數(shù)量明顯低于磷充足組，并提前進入生長的平臺期，并且以一定

10、細胞豐度維持一段時間。由于受到磷限制的脅迫，其Fv/Fm明顯低于磷充足組，并伴隨著大量的活性氧(ROS)產(chǎn)生，在這過程中，有caspases-like活性的細胞也大量增加，其所占的百分比和有活性氧產(chǎn)生的細胞的百分比呈現(xiàn)明顯的線性正相關。證明了環(huán)境因子是通過活性氧作為信號分子傳遞信號來激活caspases-like蛋白活性進而誘導細胞程序性死亡。
　　磷限制組的caspases-like活性、類caspase-3活性的表達、meta

11、caspase的基因表達遠遠高于磷充足組，但其死亡比率卻與這些參數(shù)不匹配，并沒有大量細胞死亡出現(xiàn)，反而后期磷限制組的細胞存活率和細胞生長率都高于磷充足組，表明并不是所有的metacaspase基因表達的蛋白都執(zhí)行細胞程序性死亡的功能，反而參與適應磷限制的過程，提供基因進化優(yōu)勢，優(yōu)化細胞對不利環(huán)境條件的適應，致使東海原甲藻在磷限制條件下并沒有立即消亡，而是保持一定豐度生存著?？梢娂毎绦蛐运劳鍪怯欣诹紫拗茥l件東海原甲藻的存活，一方面，在