不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响(可编辑)

不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响(可编辑) 不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 分类号:Q948.8 学校代码:10373 密 级: 学 号: 硕士学位 题 目: 不 同食物 条件对 两种枝角 类 生 长生殖 的影响 论文作者 : 陈 丽 娜指导教师 : 邓 道 贵专业名称 : 植 物 学 研究方向 : 水 生生态 学 淮北师范大学研究生处 二?一二年五月 淮北师范大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 学位论文作者及导师郑重声明: 本学位论文 是 作者在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。 据我们所知, 除文中已 经注明引用的内容外, 本论文不包含其 他个人已经发或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均 已在文中作了明确并表示谢意。 学位论文作者和导师均承担本声明的法 律责任。学位论文作者 签名:____________ 日期:__________ 导 师 签 名: __________ 日期:__________ 学位论文使用授权声明 本人完全了解淮北师范大学有关保留、 使用学位论文的规定。 学校有权保 留学位 论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版; 有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅; 有权将学位论文的内容 编入有关数据库进行检索; 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版 。 保密的学位论文 在解密后适用本规定。 学位论文作者 签名:____________ 日期:__________ 导 师 签 名: __________ 日期:__________II 不同 食物条件 对 两种枝角类 生长生殖的影响 陈丽娜(植物学) 摘要 :本论文研究了不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻和铜绿微囊藻 对隆线?和发头裸腹?生长生殖的影响,主要研究结果如下: 1、1 随着培养斜生栅藻的氮、磷浓度的增多,隆线?和发头裸腹 ?的成熟时间逐渐减少。在无氮无磷组下,隆线?和发头裸腹?的成熟 时间最长,分别为 229.5h和 90.0h;BG-11 组两种?类成熟时间最短,分 别为 148.0h和 69.7h。2 不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻喂养发头裸腹 ?,首次产幼?数随着氮、磷含量的增高逐渐增多。发头裸腹?在 BG-11 组下首产幼?最多200.7ind.,在无氮无磷组中首产幼?最少 145ind.。 隆线?在磷浓度为 200?g/L 时首次产幼?数最多244ind.,在氮浓度为 0mg/L中首产幼?最少135.3 ind.。3 发头裸腹?和隆线?的种群密度 在 BG-11 组均为最大,分别为 2578.7 ind..?200 mL和 2262.3 ind..?200 mL。食物条件不同对两种枝角类生长生殖影响存在差异。 2、1 在 25?下,随着培养铜绿微囊藻的磷浓度增大,隆线?的成熟 时间逐渐减少,与较低的铜绿微囊藻密度相比,较高的铜绿微囊藻密度 能够明显延长隆线?的成熟时间。2 在较低的铜绿微囊藻密度下,随着 磷浓度的增大,隆线?的首次产幼?数呈现下降的趋势,其最大值(18.7 ind.)出现在磷浓度为 0 ?g/L 组,而在较高的铜绿微囊藻密度下,隆线? 数均较少。3 在较低的铜绿微囊藻密度下,低 在各实验组的首次产幼? 磷浓度组(0 和 50?g/L)的隆线?种群数量明显高于高磷浓度组(100 和 200?g/L)。结果暗示,水体中磷浓度的变化,能够改变藻类的食物质量, 进而影响浮游甲壳动物的生长生殖。 关 键 词 :铜绿微囊藻;斜生栅藻;氮、磷;发头裸腹?;隆线?; 生长生殖 III Influence of different food condition on the growth and reproduction of two cladoceran species Chen Lina(Botany) Abstract :The influence of Scendesmus obliguus and Microcystis aeruginosa cultured at different nutrition and phosphorus concentration on the growth and reproduction of Daphnia carinata and Moina irrasa were studied in this paper.The main results were as follows:1. 1 Mature time of D.carinata and M.irrasa decreased with the increase of nitrogen and phosphorus concentrations cultured in S.obliquus. The imal mature time of D.carinata and M.irrasa in the group containing no nitrogen and phosphorus, and they were respectively 229.5h and 90.0h.The minimum appeared in the BG-11 group, and they were respectively 148.0h and 69.7h. 2 The first brood size of M. irrasa increased with the increase of nitrogen and phosphorus concentrations. The imum 200.7ind. appeared in 11 group, wheil the minimum 145ind. occurred in the group the BG- containing no nitrogen and phosphorus group. The imal value of first brood size of D.carinata 244ind. appeared in the 200?g/L of phosphorus concentrations group. 3 The imal population densities of D.carinata and M.irrasa were respectively 2262.3ind./200ml and 2578.7ind./200ml in the BG-11 group.It was suggested that the growth and reproduction of two cladoceran species was diverse under the different food conditions 2. 1 Mature time of D.carinata dropped gradually at 25? with the increase ofphosphorus concentrations cultured M.aeruginosa. Compared with lower M.aeruginosa density,mature time of D.carinata was obviously delayed under higher M.aeruginosa density. 2 Under lower M.aeruginosa density, the first brood size of D.carinata showed a drop trend with the increase of phosphorus concentrations,its miximal value18.7ind./female appeared in the 0?g/L of phosphorus concentrations group.However, it was few in all experimental groups under higher M.aeruginosa density.3 Under lower M.aeruginosa density,population densities of D.carinata in the lower phosphorus concentrations groups 0 and 50?g/L was evidently higher than those in the higher phosphorus concentrations groups 100 and 200?g/L. It implied that the change of phosphorus concentration in water body might alter the food quality of algae and affect the growth and reproduction of crustacean zooplanktion IV Key words: Microcystis aeruginosa; Scenedsmus obliquus; nitrogen、 phosphorus; Moina irrasa Brehm; Daphnia carinata; growth and reproduction V 目 录 第一章 绪论7 1.1 水体富营养化及藻类水华概述 7 1.2氮、磷对浮游植物的影响8 1.3浮游植物对枝角类的影响 10 1.4 理论依据和研究内容. 14 第二章 不 同浓度 氮、磷 培养的 斜生栅 藻 对两种? 生长生 殖的影 响 16 2.1材料 16 2.1.1斜生栅藻的培养16 2.1.2 实验?的选择和培养16 2.1.3 实验方法. 16 数据分析. 16 2.1.4 2. 2 实验结果. 17 2.2.1不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻对两种?成熟时间的影响17 2.2.2不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻对两种?首产幼?数的影响. 18 3.2.3不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻对两种?种群动态的影响22 2.3讨论24 第三章 不 同浓度 磷培养 的 铜绿 微囊藻 对 隆线? 生 长生殖 的影响 26 3.1 材料与方法. 26 3.1.1斜生栅藻和铜绿微囊藻的培养 26 3.1.2实验?的选择和培养 26 3.1.3实验方法26 3.1.4数据分析27 3. 2 实验结果. 27 3.2.1不同浓度磷对铜绿微囊藻种群动态的影响27 3.2.2不同浓度磷培养的铜绿微囊藻对隆线?成熟时间的影响 28 3.2.3不同浓度磷培养的铜绿微囊藻对隆线?首产幼?数的影响30 3.2.4不同浓度磷培养的铜绿微囊藻对隆线?种群动态的影响 32 3.3讨论32 参考文献 35 攻读硕士 学位期 间出版 或发表 的论著 、 论文45 致 谢. 46 VI不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 第 一章 绪论 1.1 水 体富营 养化及 藻 类 水 华概述 水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下,过量氮、磷等营养 物质流进入湖泊、河流、海湾等缓流水体,引起藻类及其它浮游生物在短期内 大量繁殖,水体溶解氧含量降低,透明度下降,水质急速下降,湖泊老化加速, 造成鱼类等其它生物窒息死亡,最终改变整个水生态系统平衡,是一种严重的 水体污染现象。在自然条件下,湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态,但 是这种自然过程非常缓慢。随着社会经济的加速发展及人口的增多,富含氮、 磷的生活污水、工业废水和农业排水不断流入水体中,短期内即可引发水体富 [1-9] 营养化。水体富营养化早已成为人们关注的全球性的水环境问题之一 。 在我国富营养化水体中,与湖泊富营养化相伴随的现象就是具有漂浮或运动能力 [10] 的藻类,通常会大量迅速生长,形成各种藻类的水华 。 “水华”(water-bloom),是指在富营养化水体中,浮游藻类迅速大量繁殖,, 水华严重时将在水体表面形成一层可见的藻类聚集体,形成一层稠密状“湖靛”,我国 当今最常见的是蓝藻水华。形成水华的蓝藻主要包括微囊藻(Microcystis)、 鱼 腥 藻(Anabaena)、束丝藻(Aphanimenon)和颤藻(Oscillatoria)等,有时硅藻(Me [12-13] 也会伴随蓝藻水华一起暴发。我国湖泊具有不同程度的富营养化问losira) 题 , [11] [1 常出现的是蓝藻水华,其中绝大部分是微囊藻水华 。国外也有相关的记载和报道 4-15] 。 当水体流入大量的废水后,营养物质逐渐增多,微型浮游植物和大型水生植物迅 速生长,尤其是淡水浮游藻类的大量繁殖。其中,浮游藻类主要分布于水体的中上层, 随着富营养化程度的逐渐发展,浮游藻类的生物量和个体数量迅速增加,但种类逐渐 减少,最终形成水华,水华藻类群落组成复杂,各类群频繁演替,导致各时期水华发 生的类型不同,但主要形成以蓝藻为优势种的状况。一旦出现蓝藻“水华”的现象,光 的穿透能力会下降,植物光合作用效率也将降低,在光补偿深度以下的大型浮游植物 光合作用变弱,水体处于“氧债”的状态。同时在很多情况下,湖泊和水库等存在热分 层的现象,上中层水中的高溶氧不能顺利输送到下层,下层水体一旦缺乏氧便会产生 NH 、H S等有毒气体,有害气体逐渐增多,最终可能导致整个水体缺氧。另外,高 3 2 温季节使得蓝藻的大量繁殖,加速藻细胞死亡,分解并释放藻毒素加快溶氧的消耗,7不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 从而使水质更加恶化。溶解氧的匮乏和有害物质逐渐增多将导致鱼类及其它水生动物 的消亡,鱼类和水生生物腐烂后释放出氮、磷等营养物质,由于藻类繁殖速度快, 生长周期短,水体中的营养物质迅速被藻类再次吸收利用,从而形成了一种恶性循 环,最终导致水体生态系统和水体功能受到严重破坏。这些就是富营养化越来越严 [7-9] 重的最主要的原因 。不难看出,水体富营养化治理的问题日益迫切。 [9] 我国是个水资源相对较丰富的国家,湖泊面积占国土面积的 0.95% 。同时,也 是水体污染比较严重的国家之一。我国著名的“三湖”( 巢湖、太湖和滇池)因为 总氮和总磷浓度较高而成为富营养性的湖泊,饱受严重的蓝藻水华的痛苦。云南滇池 投入治理水体富营养化和蓝藻爆发的资金达到40亿元,但是直到目前为止, 成效不 [16] 明显,每年春夏秋季仍然会爆发大规模的铜绿微囊藻水华 。 1.2 氮 、 磷对 浮游植 物的影 响 探讨最多的是营养盐与藻类生长之间的关系。对关于水华形成的机理研究, 于造 成水体富营养化的营养物质基础问题,一致的观点认为:主要物质是氮、磷,其中对 [17] 藻类的生长限制作用,磷又大于氮 。伴随着水体的富营养化程度逐渐加深,浮游植 物的种群因竞争和演替发生变化,初级生产力最先受到影响,从而改变水体中藻类的 结构组成。尤其是磷浓度的增加,通常会导致浮游植物的种群组成朝着形成水华的蓝 [18] 藻演替 。根据长江中下游 40 多个不同营养水平湖泊调查,建立了湖泊营养状况指 [19] 标与硅藻种群组合之间的定量关系 。 夏季,发现浮游植物在增加的同时,水体中 的磷含量也在显著上升。随着浮游植物生物量减少,水体中的磷含量也在相应的减少; 春季亚热带地区的湖泊,浮游动物对浮游植物具有捕食作用,使得浮游植物生物量相 [20] 对较低,影响了浮游植物的光合作用及水体 pH值 。这种由于浮游植物的生长对水 体营养盐含量的影响,在氮方面也有类似的效应。研究发现长江中下游地区,对于富 营养化水平较低的湖TP0.1mg/L,总氮和各种无机氮在水体中含量,非生长季节均 高于生长季节。而当水体中的总磷TP0.035mg/L时,各种浮游植物生物量与无机氮 [21] 的浓度均具有很好的相关性 。调查研究发现,在太湖的不同湖区,其富营养化程度 [22] 不同,蓝藻暴发季节和种类也不相同 。实验研究表明,氮、磷是藻类生长所必需的 营养元素,在一定范围内,较高浓度的氮、磷条件有利于藻类的生长,但浓度超过一 [23] 定范围时,则会抑制其生长导致其逐渐死亡 。不同种类浮游植物由不同的元素构 成,含量结构存在着差异,如大量繁殖显然对各类营养物质的需求不同,而环境往往 [24] 会优先选择与之相适应的特征植物种,形成适者生存的群落 。但在大部分的湖泊中8不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 [25] 的浮游藻类,其生物量、生产力与水体中营养盐浓度变化的趋势一致 。在水生生态 系统中,常通过氮、磷营养元素的含量,预测藻细胞的密度变化和季节的演 在众多方面影响浮替。氮作为浮游植物体内很多重要的有机化合物的组成成份, 游植 物生长发育及其代谢,溶解性无机态氮是限制浮游植物生长的主要营养物质。氮的限 制作用,可能会造成浮游植物的叶绿素 a、光合反应系统 I和 II的反应中心蛋白合成 [26-28] 减少,从而使其光能的利用效率降低,最终影响浮游植物光合作用 。水体中营养 盐浓度如氮浓度过高也会导致富营养化的发生。在藻类中,氮是合成叶绿素 a和藻蓝 蛋白必须的元素之一。在缺氮的环境条件下,藻蓝蛋白降解做为氮库,叶绿素 a含量 [29] 下降,最终导致光合作用降低,藻细胞代谢减缓 。有些藻类能适应广泛的氮浓度范 围,例如水华束丝藻,自身具有异形泡,能进行固氮作用,各种与营养吸收和利用有 关的酶也表现出不同程度的活性,甚至有所升高。一旦水体环境中氮营养元素缺乏, 便开始启动与自身相关的固氮机制,吸收并充分利用环境中有限的氮元素用 作自身的 营养物质,在营养相对不足或缺乏时也能存活一段时间。 磷在水体富营养化中起到关键性的作用,大量研究表明,磷是湖泊水体中藻类初 -31] [30 高级生产力的限制因子 ,是水体中浮游藻类的种群和密度第一限制性的营养元 素。在自然状态下,湖水中的磷主要以颗粒态的磷和溶解态的磷为主,生物可直接利 [32] 用的无机态磷酸盐和有机态磷酸盐的含量很低 。在人工培养条件下发现,许多藻类 对磷浓度的变化相当敏感,如沙角衣藻、斜生栅藻等可以利用各种形态的磷作生长发 [33] 育,包括可溶性无机态磷酸盐和有机态磷酸盐,甚至是矿石磷 。磷主要参与细胞内 能量的转换以及遗传信息的传递,调节细胞体内酶的活性,从而影响藻细胞的光合作 [34-35] 用等许多方面 。研究表明,不同浓度氮磷对微小原甲藻营养盐的吸收、细胞生物 [36] 量及光合作用均有显著影响 。当微藻受到磷限制时,将影响其光合作用中的光合放 [37] [38] 氧速率,卡尔文循环和 ATP 合成 ,Fv/ Fm比值也明显下降 最终影响细胞分裂。 [39-43] 藻毒素的含量升高,毒性增大,异构体形态更多 。磷微囊藻在磷限制条件下, 浓 度对铜绿微囊藻的藻毒素含量影响显著,低浓度可溶性磷促进细胞中微囊藻毒素含量 [44] 和异构体类型的增加 。处于“饥饿状态”的微囊藻具有快速吸收并储备磷的能力。 当水体可溶性磷被基本消耗掉时,微囊藻因具有储磷能力,此时体内磷仍有较高的含 量,微囊藻仍然可以生长,增加了微囊藻的竞争优势。实验,水体中磷含量过高 时,并没能促进藻的生长,并且藻细胞内磷含量略有下降,而藻的生物量也较低,从 [31] 而推测高浓度磷很可能抑制藻细胞的增殖 。 尽管铜绿微囊藻吸收有机磷的能力相比 稍差于无机磷,但有机磷占一定比例存在的条件下,很可能会在无机磷与有机磷的最 适比例范围内时,水体中的磷产生协同作用,造成铜绿微囊藻的生物量相当大,形成9不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论[45] 水华 。 氮磷比作为水生生态系统的关键因子,它也作为一项监测指标,可以反映营养盐 [38,46] 对藻类生长的限制水平 。Redfield 定律一般适合于海洋及湖泊、河流等淡水中浮 [47] 游植物的生长 。此规律规定,藻细胞组成的临界元素比 C?N?P106?16?1,作 为其健康生长及生理平衡的指标。通常当氮磷比超过 16?1,磷被认为是限制性因素; 当氮磷比为 10-20时,限制性因素则变得不能确定;当氮磷比小于 10?1时,氮被认 [48] 为是限制性因素 。但 Redfield 定律也有其一定的应用范围。此定律由于统计方法的 疏忽,忽略了不同物种的浮游植物在其生长过程中,对营养盐的需求量以及对氮、磷 吸收率各不相同。正是由于这种对资源不同的需求在某种程度上决定了,浮游植物不 [29,49-54] 同物种之间的竞争和共存,最终保持了生物的多样性基础 。在一个特定水环境 中,不能由此比例来确定影响藻类生长的限制性因素,而应结合氮、磷质量浓度与氮 磷比进行综合考虑,所以氮磷比对藻类生长的影响并不应理解为一个确定 值。一些调 查显示,浮游植物群落结构随着营养盐比例的梯度变化而变化。但越来越多的研究表 明,蓝藻(铜绿微囊藻)则喜欢生长在高磷低氮环境下,磷可能是生长最主要的限制 [55-57] 因子,低氮磷比有利于水体中蓝藻水华的形成 ,室内试验也证明了蓝藻生物量在 [58] 一定的氮磷比值范围内可达到最大值 ;绿藻在 N?P 比较高、Si 浓度较低的条件 [44, 54, 59-60] 下较适宜生长;硅藻在 N?P 和 Si?P较高的时候生长繁盛 。武汉东湖的围 [61] 隔试验结果显示 ,较低的氮磷比值较有利于蓝藻水华的形成,但是铜绿微囊藻对氮 [62] 磷比却有较强的适应性,氮磷平衡是限制铜绿微囊藻生长的重要途径 。去除过量的 [63] 氮、磷营养元素是防治湖泊富营养化的最根本方法 。 1.3 浮 游植物 对枝角 类的影响 枝角类(Cladocera)又被称作“红虫”或者“水?”,分类学中被分为节枝动物门 (Arthropoda)、甲壳动物纲(Crustacea)、鳃足亚纲(BranchiopodaPhyllopoda )、 [64] 双甲目(Diplostraca)、枝角亚目(Cladocera) 。枝角类在食物链中起到很大的作 用,它主要是以浮游植物(蓝藻、绿藻为主)、原生动物、细菌和有机碎屑等为食物, 是一种排在食物链最前端的初级消费者,其次枝角类本身也是其他水生动物的适口 食物;同时它对于有机物质的分解、循环和转化等方面也能起到相当大的作用;大 部份枝角类对许多种物质,特别是污染物敏感性较高,并且还能够积累和转移一部 分污染物,它们对生态系统的稳定性的研究、对生态系统的演替以及生态毒性的影 [65] 响的研究等很多方面都具有十分重要的地位 。 10不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 枝角类是不连续的生长,其发育一般被分为期四个时期:卵期、幼龄期、成熟期 和成龄,它们的生长通常在蜕皮后瞬间发生。枝角类共有两种生殖方式:孤雌生殖(单 性生殖) (parthenogenetic reproduction)与两性生殖(sexual reproduction )。枝角类在 生活条件适宜的情况下,产生未经受精的卵就可以发育成新一代且一般卵数 目比较 多,即以孤雌生殖为主,称为夏卵或者非需精卵(amictic eggs)又被称为孤雌生殖卵。 成熟的雌?通常每蜕一次皮,就会产生一窝幼?。又经过很短的时间,卵即可孵育出 幼?,且每窝幼?均可以被连续排出母体。因此,孤雌生殖使枝角类的种群数量在短 时间内就会迅速增大,占据一定的生态位。当外界条件不适其生活时,后面产生的卵 或最后一窝卵营两性生殖,既孵出雌体又孵出雄体,成熟后雌雄体交配,受精。受精 后的卵数目相对较少且形成滞育的坚硬的外壳(这个外壳被称为卵鞍(ephippium)), 我们称之为休眠卵(resting egg)。休眠卵常发生在冬季,也常称为冬卵,同时此种卵 需要经过一段休眠时期才能发育。冬卵常被用以抵抗恶劣的生活环境,如干旱、冰冻、 高温等。但是还有某些?,在雄体没有出现的情况下雌体也能自行产休眠卵,例如: 蚤状?(Daphnia pulex Leydig)。冬卵对于枝角类的物种的延续具有十分重要的意义, [64-66] 有助于其度过恶劣的生存环境 。[67-72] 已有较多的报道关于枝角类的生长生殖的研究 ,通常与两种因素有关包括: 非生物因素(温度、食物、光周期、pH 值等)和生物因素(培养密度、体积、 遗传 因素等)。 浮游植物是枝角类的主要食物,特别是一些绿藻类。植食动物要面临巨大的营养挑 [73] 战,因为植物方面的原因,相对于动物组织方面,具有较低的营养 。总的说来,各 [74] 种植物的生化组成不一样,像增长情况不同 (矿物营养,存在的物理压力等等)。 像高等植物,藻类有相对较高的C:P和C:N,并且低N或 P限制情况下,浮游植物的 [75-76] [77] C:N:P变化也不相同 。如陈济丁等 对利用浮游动物控制藻类过度增长做了初步 研究。不同藻类对大型?的种群增长是不同的,原因包括藻类的适口性,例如细胞颗 [78] 粒大小和形状的差异 、有无毒性和营养成分及组成等 。枝角类从水中滤食细小的 食物,其正常摄取的食物细胞长度为 5-10um,枝角类的食物包括原生动物、单细胞 [79] 6 藻类和有机碎屑等 。有实验表明栅藻的细胞体积比小球藻大,4.5×10 cells/ml的栅 6 [80] 藻比 16×10 cells/ml的小球藻更能满足大型?摄食的需求 。不同栅藻密度下,大型 [69] ?的摄食率和滤水率不同,随着栅藻密度下降,大型?摄食率增加,滤水率降低 。 [76] 与此同时,多刺裸腹?的摄食率也随添加食物饵料的密度增加而增大 。 11不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 [64] 枝角类生活史模式图 [83] 同种食物,增加食物含量,将会提高生殖量 。食物含量不足,枝角类性成熟时间和 [70,84] 龄期可能会延长 。在小球藻浓度为 5 千-16 万 cells/ml 范围内时,多刺裸腹?的 [85] 种群密度将随着食物浓度的增加逐渐增大 。而蚤状?在限制食物浓度情况下,将会 对其生长、发育和生殖产生消极的影响。因此在某一条件下,枝角类在过高或过低的 [86-88] 食物浓度下均不适合其生长与生殖 。研究发现,添加食物的质量与数量和种群密 度的共同作用能够诱导翼弧?(Daphnia lumholtzi)的卵鞍形成。 藻细胞大小,次级代谢,消化力和基本的生化组成以前已经被用来解释食物对于 [136-137] 。藻的生理状况很有可能影响食物的质量,相比较氮限制,磷浮游动物质量 限 [138-141] 制更可能影响食物质量 。元素组成食物的质量可以影响Daphnia的生活史特征, [133] Daphnia的种类不同对于C:P食物的反馈也是不同的 。不同营养水平培养的藻类对 于不同种类的枝角类生长生殖的影响是不同的,食物的营养水平对于枝角类生长有一 定的阈值关系,高于这个阈值水平将有利于其增长的,而低于这个阈值水平则更有利 [130-131] 于大型枝角类增长 。富含P的藻类实验暗示了食物水平的阈值,在两种?类 (Ceriodaphnia和Daphnia)之间差异性不显著,Ceriodaphnia在贫营养环境中可以从 [132] 细菌和藻类中获取足够多的P而Daphnia却不行 。食物的含磷量越高,枝角类的有12不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 [134-135] 机体中含磷量越高,枝角类的增长率也高于低磷含量枝角类 。 以单细胞形式和群体形式存在的铜绿微囊藻,分别影响着枝角类的摄食过程。单 细胞形式存在的铜绿微囊藻,对枝角类的影响主要是通过产生藻毒素实现的;而微囊 [89] 藻的群体则主要是由于机械干扰,抑制枝角类的摄食 。单细胞形式的微囊藻通常 为实验室条件培养的,野外环境条件下水体中的微囊藻多以群体的形式存在。实验研 究表明,不同的枝角类对大小不同的群体微囊藻摄食的情况,发现镰角秀体? Daphanosoma excisum、微型裸腹?Moina micrura和棘爪网纹? Ceriodaphniareticulata滤食小球藻Chlorella vulgaris的能力小于群体微囊藻的,其 [90] 中60-100 μm 的群体微囊藻可以被蚤状?Daphnia pulex滤食 。当投喂食物为群体 微囊藻和小球藻的混合物时,大型枝角类对小球藻的滤食率要明显小于小型枝角类。 但是,也有人证实了,铜绿微囊藻和小球藻分别被多刺裸腹? Moina macrocopa 取 [80] 食,其同化率相似 。枝角类的食物来源也可能是相对较小的藻类群体。例如,有毒 [91] 的微囊藻小群体和栅藻被多蚤?D. pulicaria的滤食率是相同的 。然而,枝 角类 的摄食会受到大群体微囊藻抑制,并且受到的抑制情况,对于不同种类的枝角类也不 相同。一般情况下,大型种(如隆线?)受到的影响要大过小型枝角类 例如发头裸 腹?。群体微囊藻外面形成多糖物质构成的一层厚厚的凝胶状黏液,从而枝角类摄 食作用被机械地干扰了。浮游动物由于受到这种黏稠多糖的影响,造成了对蓝藻的摄 食和消化能力的下降,因此在一层胶被的“保护”下,浮游动物很难消化掉蓝藻,最终 [92] 导致微囊藻很难被枝角类同化 。研究结果显示,微囊藻被大型?D. magna 和长 [91] 刺?D. longispina的同化率在20% 以里 。 通常情况下,当食物来源只有铜绿微囊藻时,铜绿微囊藻严重抑制了枝角类的 生长繁殖和降低其存活率。大家对于该问题的解释和观点并不一致。Lampert认为, 以单细胞或者小群体的铜绿微囊藻作为透明?D. hyaline 和 短钝?D. obtusa 食 [64] 物,情况良好,枝角类的生长和繁殖情况与喂食斜生栅藻组相同 。而当铜绿微囊藻 [91] 浓度为0.25 mg C/L 时,多蚤?D. pulicaria 的生长便逐渐停止 。多刺裸腹?在天 [93] 以铜绿微囊藻为唯一食物来源,其生长生殖也明显受到的抑制 。然水体中, 铜绿微 囊藻因含有微囊藻毒素,大型?的生长发育明显地受延缓,而且其怀卵也受阻碍,幼 ?产出也困难,最终致使大型?死亡率也增高;无毒微囊藻对大型?的生存无影响, [94] 但对其怀卵量和幼体产出有些影响 。有实验也得出了,大型?食用无毒微囊藻后并 [95] 没表现出明显的毒害作用,但导致其生长缓慢,甚至是不能怀卵 。由此可知,枝角 类以铜绿微囊藻作为唯一食物,是不能维持枝角类种群良好的生长和正常的繁殖的。 并且将铜绿微囊藻添加到枝角类的生活环境中,其生长发育和繁殖也能受到不同程度 地影响。有实验得出,在以栅藻为对照组食物时,5 种枝角类中生长很迅速,随着有 毒微囊藻在栅藻食物中所占比例逐渐增加,枝角类的生长发育和繁殖出现明显的下降13不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 趋势。导致实验结果差异的原因,可能由于铜绿微囊藻各藻株毒性不同以及 微囊藻毒 [93] 性对5种枝角类的敏感性不同 。 1.4 理论依 据 和研 究内容 理论依据 在我国绝大部分的富营养化水体之中,一个普遍现象与湖泊富营养化相伴随就是 有许多浮游植物,尤其是有些藻类具有浮力或运动能力的,通常会过度大量生长,形 [10] 成藻类的水华 。在水华形成机理研究中,研究最多的可能就是有关营养盐与藻类生 长之间的关系。关于造成湖泊富营养化的营养物质基础问题,一致的观点认为主要物 [17] 质是氮和磷,其中磷对藻类的生长限制作用又大于氮 。确实,伴随着湖泊的富营养 化,尤其是水体中磷浓度的增加,通常会导致水体中浮游植物的种群组成朝着形成水 [18] 华的蓝藻演替 。根据长江中下游40多个不同营养水平的湖泊调查,建立了湖泊营养 [19] 状况指标与硅藻种群组合之间的定量关系 。 夏季,当水体中的磷含量显著上升时, 浮游植物增加,而当水体中的磷含量减少时,相应地浮游植物生物量也在减少;而在 春季时,亚热带地区的湖泊由于浮游动物对浮游植物的捕食,使得浮游植物生物量较 [20] 低,影响到光合作用及水体pH值 。这种浮游植物生长对水体营养盐含量的影响, 在氮的含量方面也有类似的效应。研究发现,在长江中下游地区富营养化水平较低的 湖TP0.1 mg/L,水体中总氮和各种无机氮含量在生长季节均低于非生长季节,而在 [21] TP0.035 mg/L时,各种无机氮的浓度与浮游植物生物量具有非常好的相关性 。 对于枝角类生长发育与生殖方面的研究,主要集中在枝角类与食物种类、温度、 [34, 84 -85,96] 光照及种群密度等环境因子的关系 ,且主要涉及枝角类的单克隆培养和种群 动态,较少研究其两性生殖方式转变。浮游动物多以浮游植物为食,水华蓝藻对浮游 动物的危害将会导致浮游动物群落结构的变动,显著影响大型浮游甲壳动物的生长和 [22,97-98] [71] 繁殖 。栅藻作为枝角类适口的食物,能够满足枝角类正常生长生殖的需要 。 [99] 以太湖为例,不同湖区浮游甲壳动物在不同季节的生物量和数量也是不同的 。鲁敏 等人研究,武汉东湖不同湖区营养水平的差异是剑水蚤与哲水蚤相对丰度差异的最主 要原因,营养水平的提高对剑水蚤的发展尤其有利,因为剑水蚤对食物浓度的要求比 [100] 哲水蚤高,而哲水蚤更适应贫营养的环境 。 以往的研究主要集中在温度、光照、食物条件等环境因子对枝角类生长生殖的影 [101-103] 响 ,而对于不同营养盐状态下的铜绿微囊藻对枝角类种群动态及生殖方式转变 方面的影响报导较少。本实验拟通过温度和氮?磷的交互作用对铜绿微囊藻细胞的生14不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第一章 绪论 长速率?最大光合效率和叶绿素浓度的影响的研究,从而更深入探讨铜绿微囊藻对枝 角类的种群动态和两性生殖的影响。 研究内容 1 本研究依据水体富营养化时,造成湖泊水体富营养化的氮、磷浓度,设置不同 温度,探讨铜绿微囊藻在不同营养盐不同温度条件下的各种生理指标,重点分析藻 类密度增长、光合效率和营养盐对细胞体积的影响。 2 斜生栅藻于不同氮、磷营养下室内培养,作为两种具有代表性的?属枝角类隆 线?和发头裸腹?的食物。探讨不同营养状态的栅藻对枝角类生长、生殖的影响。 铜绿微囊藻于不同磷营养下室内培养,作为具有代表性的?属枝角类隆线?3 的 食物。探讨不同磷营养下的铜绿微囊藻对枝角类生长、生殖的影响 15不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第二章 不同浓度氮磷培养的斜生栅藻对两种?生长生殖的影响 第 二章 不同浓度氮、 磷培养的 斜生栅藻对 两种 ?生长 生 殖的影响 2.1 材 料方法 2.1.1 斜生 栅藻 的培 养 斜生栅藻Scenedesmus obliquus购自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库,以 BG-11为基本培养基,通过调节 NaNO 、K HPO 的质量调节 N、P的浓度。N设 4 3 2 4 个浓度梯度为 0,0.5,1和 4 mg/L;P设 4个浓度梯度为 0,50,100和 200 ?g/L; 以及 BG-11培养基组(A)和无氮无磷组(B),分别配制这些培养基用于斜生栅藻的 培养。斜生栅藻在 25?1?、光照时间为 L:D12:12、光照强度为 2500 lx的智能光 照培养箱中充气培养,收集处于对数生长期的斜生栅藻,在冰箱中 4?保存。 2.1.2 实 验? 的选 择和 培养 发头裸腹?和隆线?均采自淮河蚌埠段水域,实验室驯化培养约 2年,在温度为 20?1?智能光照培养箱中培养,投喂人工培养的斜生栅藻,选择发育良好、行动灵活 的个体作为母?。试验时,分别选取同一只发头裸腹?和隆线?母?克隆产出第三龄 幼?所产出的幼?进行培养,以其克隆产出的下一代第三龄幼?作为供试?(产出时 间6 h),以保证所有供试?来自同一克隆母?。 2.1.3 实 验方 法 实验在 25?人工智能光照培养箱中进行,光照时间为 L:D12:12、光照强度 5 为 2500lx。栅藻食物密度为 4×10 cells/ml,在容积为 250ml的烧杯中添加 200ml的培 养液,每个食物质量设三个重复。每个烧杯中放 15只幼?(出生后不超过 6小时), 实验?怀卵前每 2天更换 1次培养液,怀卵?后来每天更换 1次培养液。每隔 1天计 数?的数量,镜检雄体个数。并记录?的成熟时间(即首次怀卵时间)和首次产小? 数量,用解剖镜测量首次怀卵体长,首次怀卵母?体长和首次产的小?体长。 2.1.4 数据分析 16不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第二章 不同浓度氮磷培养的斜生栅藻对两种?生长生殖的影响 采用 SPSS17.0软件,用 One-way ANOVA分析不同浓度氮、磷培养的斜生栅 藻 分别对隆线?和发头裸腹?的成熟时间(首次怀卵时间)和首次产幼?数的影响。 Post hoc tests(LSD)检验隆线?和发头裸腹?的首次怀卵时间和首次产幼?数的显著性 差异。 2. 2 实验 结果 2.2.1 不同 浓度 氮、 磷培 养的 斜 生栅 藻 对两种 ? 成熟 时间 的影响 不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻对隆线?和发头裸腹?的首次怀卵时间影响存在 明显差异(图 1)。随着氮、磷浓度的增大,两种?类的成熟时间呈逐渐减少的趋势。 无氮无磷组的?类成熟时间最长,即隆线?和发头裸腹?分别为 229.5h 和 90.0h; BG-11组的?成熟时间最短,隆线?和发头裸腹?分别为 148.0h和 69.7h。 One-way ANOVA分析显示,不同浓度磷对隆线?和发头?成熟时间具有极显著 差异(p0.001)。不同浓度磷条件下,Post hoc tests LSD分析显示,隆线?成熟时间 在磷浓度为 100 μg/L和 200 μg/L时具极显著差异(p0.031),对其他磷浓度条件下 具极显著差异(p0.001);发头?成熟时间在磷浓度 0 μg/L和无氮无磷组之间无显著 差异(p0.22)及磷浓度为 100 μg/L 和 200 μg/L之间无显著差异(p0.581),其他各 组间均具极显著差异(p0.001 ); One-way ANOVA分析显示,不同浓度氮对隆线?和发头?成熟时间具有极显著 差异(p0.001)。不同浓度氮条件下,Post hoc tests LSD分析显示,隆线?成熟时间 在氮浓度为 0 mg/L和 0.5mg/L之间具极显著差异(p0.005),氮浓度为 4 mg/L对氮 浓度 1mg/L(p0.012)、BG-11(p0.018)具极显著差异,其他各组之间均具极显著 差异(p0.001)。发头裸腹?成熟时间在氮浓度为 0 mg/L 和 0.5mg/L 之间具极显著 差异(p0.025),氮浓度为 0.5 mg/L对氮浓度 1mg/L(p0.111)、无氮无磷(p0.624) 无差异,其他各组之间均具极显著差异(p0.001 )。17不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第二章 不同浓度氮磷培养的斜生栅藻对两种?生长生殖的影响 300 300f f D. carinata a D. carinata b250 250 c d be a 200 200 c d e 150 150100 10050 50 0 0 0 50 100 200 A B 0 0.5 1 4 A B150 150 M. irrasaM. irrasa a b 120 b a b 120 a c c c d bd 90 9060 6030 30 0 00 0.5 1 4 A B 0 50 100 200 A B磷浓度?g/L Phosphorus concentrations 氮浓度mg/L Nitrogen concentrations图1隆线?和发头裸腹?在不同营养 水平栅藻下的首次怀卵时间 Fig.1 The mature time of D. carinata and M. irrasa under the food of S. obliquus cultured at different nitrogen and phosphorus concentrations2.2.2 不同 浓度 氮、 磷 培 养的 斜 生栅 藻 对两种?首次 产幼 ?数 的影响 和发头裸腹?的首次产幼?数影响存不同浓度氮、磷培养的斜生栅藻对隆线? 在 明显差异(图 2)。随着氮、磷浓度的增大,两种?类的首次产幼?数呈现逐渐增多 趋势。隆线?在磷浓度为 200 μg/L时首次产幼?数最多,为 144 ind.,而在无氮无磷 组中首次产幼?最少,为 137.7 ind.。发头裸腹?在 BG-11组首产幼?数最多为 200.7 ind.,而在无氮无磷组的首次产幼?数最少,为 145 ind.。隆线?在氮浓度为 4mg/L 时首产幼?数最多,为 168.33 ind.,在氮浓度为 0 mg/L中首产小?最少,为 135.3 ind.。 发头裸腹?在 BG-11组首次产幼?最多,为 200.67 ind.,在无氮无磷组中首次产幼? 最少,为 145 ind.。 在不同浓度磷条件下,One-way ANOVA 分析显示,不同浓度磷对隆线? (p0.006)和发头裸腹?(p0.001)首次产幼?数之间具极显著差异。Post hoc tests LSD分析显示,隆线?首次产幼?数在磷浓度为 0 μg/L与 200 μg/L(p0.001 )、100 μg/L(p0.039)具极显著差异,磷浓度为 50 μg/L和 200 μg/L(p0.005) 具极显著18 成熟时间 Mature timeh 成熟时间 Mature timeh不同食物条件对两种枝角类生长生殖的影响 第二章 不同浓度氮磷培养的斜生栅藻对两种?生长生殖的影响 ,磷浓度为 100 μg/L和 BG-11培养基组(p0.05)、无氮无磷组(p0.031)差异 具极 显著差异,磷浓度为 200 μg/L和 BG-11培养基组(p0.001)、无氮无磷组(p0.002) 具极显著差异;发头裸腹?首次产小?数,无氮无磷组对其他各组均具极显著差异 (p0.001)。磷浓度为 0 μg/L与 100 μg/L(p0.004)、200 μg/L(p0.024)和 BG-11 培养基组(p0.001)具极显著差异,磷浓度为 50 μg/L与 100 μg/L(p0.013)、BG-11 培养基组(p0.002)具极显著差异。 不同浓度氮条件下培养的栅藻,One-way ANOVA分析显示,不同浓度氮对隆线 ?首产幼?数(p0.396)无差异,对发头裸腹?首产幼?数(p0.001)具极显著差 异。 Post hoc tests LSD分析显示,发头裸腹?首产幼?数在氮浓度为 0 mg/L与 1mg/L (p0.013)、4 mg/L(p0.005)和无氮无磷组(p0.001)具极显著差异。