不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐竞争吸收研究

不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐竞争吸收研究 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐竞争吸 收研究 中国海洋大学 硕士学位论文 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 姓名:连子如 申请学位级别:硕士 专业:海洋化学 指导教师:王江涛 20090601 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的 竞争吸收研究 摘要 海洋异养细菌和浮游植物既在营养物质来源上表现出相互依赖的一面，又 在养分利用上表现出相互竞争的关系，两者内部存在着复杂的反馈机制。本论文 采用实验室一次性培养法，在设定的不同有机碳和无机磷浓度下，研究了纯菌 BacteriaPure Pure Cultl鹏，B(P(C( 、纯藻 砧gaeCultu】沱，A(P(C( 和菌藻混合 体系 MixedCulture，M(C( 中，异养细菌和微藻的生长情况及两者对营养物质 C、P 的吸收和转化，讨论了细菌和微藻对无机磷酸盐的竞争机制。主要研 究结果如下: 1(在本实验设定浓度条件下，异养细菌的比生长速率均高于微藻;有外源碳存 在时，细菌的比生长速率明显增大;当外源碳存在且水体中营养盐条件较好时， ‘ 细菌的指数生长会延长。 2(混合培养时，各自的生长和对磷酸盐的吸收都要少于单独培养。 3(在培养的前两天，细菌对DIP的吸收速率却小于微藻对DIP的吸收速率; 外源碳的加入有利于细菌对磷酸盐的吸收。 4(微藻和细菌对磷酸盐的竞争吸收与水体中磷酸盐的浓度有关。本论文研 究浓 P ,L ， 度条件下，以磷酸盐浓度1“molP,L为临界浓度，在低浓度磷下 1pmol 外源碳的加入对藻细胞吸收磷有明显影啊，高浓度磷 1“molP,L 下，外 源碳 的加入对藻细胞吸收磷影响不大，这个临界浓度可能因微藻的种类不同而有 所偏 j-‘‘ Z,o 关键词:异养细菌，微藻，有机碳，无机磷，竞争 i ti onand between i cbacteri a Compet uptake heterotroph I anda for gae phosphate Abstract (Theinteractions bacteriaand betweenmarine iI? olve heterotropllic phytoplan虹on awide of commensalismsa11d rangeinteractingecologicalrelationships，including occursinthe ofdissolVedcarbon competition(Commensalismsproduction orgamc anditsutilization bacteria(The DOC byph”oplanhon byhetem钒 phic production ofDoCis onthe forwhich nutrients， d印endent availabili够ofinorgamc a11dbacteria this bactenaaIld ph”oplankton compete(Inp印er(m撕neheterotropllic m in incubatedbacteria algae pureculture B(P(C( ，algaepWeculture A(P(C( and mixed ondifferent carbonand culnlre M(C( ， organic inorgamcphosph啦 concentration(The硫eractionsof bacteriaand tothen嘶ent heteI(otrophic algae to elementsarediscussed，whjlethe bet、?een andbacteria competitions algae are inorgamcphosphateexplored( The a1(e mainresultsandconclusionslistedasfoUows: 1( Undertheconcentrationsofme ratesof eXperiment，the伊owthheterotrophic bacteriaare than me ofaIlextenlalcarbon 11igheralgae;inpreSence source， rates increaSe ofbacteria bacterial铲owtll significantly(The exponentialgro、矾h willextendwhen carbonsareaddedarld‘n嘶entsinmecultureare organic abundam， 2( Inthemixed and arld arelessthan cultW(e，bactedalalgal P-takeups pure gro、讥h culture( 3( canbestored the of mechamsm Inorganicphosphate duringgrowchalgal，This wouldenhancetheir to forthe of nutritionwith abilitycompete bacteria; additions extemalc砷onhavebeneficialtobacterial P??takeup( 4( and betweenmarine bacteriaaI]【d for Competitionuptake heterotrophic algae arerelatedtothe medium(In concentrationsofculture this phosphate phosphate critical concentrationis1 10wconcentrations P,L，at paper，the phosphate pmol on at carbonsourcehaVea en’ ectalgalP(ta(1 eup: 1岬01P,L ，eXtemal significant is aff-ected P,L ，algalP―takeuphardly byorganic hi曲concentration 1岬ol carbonadditions(Thecriticalconcentrationbebiasedduetodif(ferentof may t ，pes algae( bacteria: organiccarbon: Keywords:heterotrophicaIgae: inorganicphosphate:competition 独创声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的 研究成果。掘我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 注:如没有其他需要特别 声明的，本栏可空 或其他教育机构的学位或证书使用过的。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:霁分如 签字同期: 翌竺一昱(竺( „„„„„„一,„„„„„„„((:::::lo„„„一„„„一 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公 众提供信息服务。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名:飞色三枷 导师签于: 签字R期:1引月J扣 签字同期:叼年Z月侈同 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 O(前言 ??微食物环的概念提出后，异养细菌在海洋生态系统中的重要性日益受到人们 的关注。海洋科学家不得不重新考虑海洋浮游细菌的生物量和生产力在海洋生态 系统中的作用。 海洋异养细菌能将生物营养转化过程中遗失的颗粒有机物 POM 和可溶性 有机物 DOM 分解利用使其返回到再循环中，通过微食物网进入传统食物链， 直至海洋深部，从而参与生物泵过程，促进碳循环的进行。海洋环境中的异养细 菌对无机营养盐具有明显的吸收作用，可改变无机营养盐的含量和结构，在氮和 磷的生物地球化学循环中发挥着重要作用，并可与浮游植物形成对无机营养盐的 竞争，从而抑制浮游植物的生长，进而影响整个海洋生态系统的结构和功能。 藻类和细菌即可相互促进生长，又可相互抑制甚至杀死对方。异养细菌的生 长需要吸收浮游植物生产的DOC，形成两者的共生关系;浮游植物和细菌的生 长都离不开对N、P营养盐的吸收，形成两者的竞争关系。另外，鞭毛虫和浮游 动物对两者的捕食又影响着共生、竞争过程。这种错综复杂的关系因藻种和菌种 的不同而异，同时又受环境因素的影响。在浮游植物水华特别是赤潮发生的过程 中，研究这种关系必然有利于对其发生机制的了解;而且研究赤潮发生过程中细 菌的作用，还可以为赤潮的防治研究提供科学依据。 本论文通过添加不同浓度的有机碳和无机磷，观察了菌、藻单独培养和混合 培养时异养细菌和微藻的生长情况，以及不同生长环境中两者对营养物质 C、 P 的吸收，探讨细菌和浮游植物对无机磷的竞争过程。 ’由于水平有限，本文在该领域的研究尚存在一定的不完善之处。在此，真诚 的希望各位专家j老师及同学对本文提出宝贵的意见。 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 。1(文献综述 1(1海洋生态系统中的异养细菌 1(1(1海洋中的异养细菌研究历史 人类早在19世纪30年代就认识了海洋中的细菌，1838年德国人Eh( renberg首次分离并报道描述了第一株海洋细菌一折叠螺旋体 妒护Dc办口P卸一 加口ff，括 【1】。但是在70年代以前，因受限于测量技术，异养浮游细菌在水体生态 学的范围内并不受到重视。直到1977年Hobbie将落射荧光显微镜技术应用于海 洋细菌的计数后(人们发现海洋中存在着大量的细菌，在营养丰富的海岸，海洋 浮游细菌可达6(3×109个,L【21。此方法和结果引起海洋科学家的极大兴趣，使人 们对海洋浮游细菌在海洋中的作用有了重新认识。尤其是Az锄在1983【3J年提 food 出微食物环 microbialloop 的概念之后，异养细菌在海洋生态系统中的重要 性日益受到人们的关注。海洋科学家不得不重新考虑海洋浮游细菌的生物量和生 产力在海洋生态系统中的作用。 (1(2微食物环概念的形成 1 由于采样方法和观测技术的限制，过去人们一直认为海洋食物链模式是:网 采浮游植物一中型浮游动物 桡足类 一鱼类，即经典食物链。1974年Pomeroy 提出了微型食物网的概念，并认为微型食物网在海洋生态系统中是非常重要的， 同时，根据各方面的数据指出，微小的异养生物能消耗大量溶解的和颗粒的 有机 物:他的这些观点和假设到1977年Hobbie将落射荧光显微镜技术应用于海洋细 菌的计数后，得到了广泛的认刚41。 Az锄1983年微食物环概念的提出，应该说，微生物食物环是近20年来海洋 生态系统结构与功能研究的最重要贡献。微食物环指异养微生物吸收溶解有机质 DoM 转化为颗粒有机质 POM ，即细菌自身的生物量，后者又被食细菌 的所谓micro簪azer 主要是原生动物鞭毛虫和纤毛虫 所利用，转化为更大的颗 粒 几个到几十个微米 ，最后进入后生动物的食物链【3】。异养细菌是异养微生 物的主要组成部分。异养细菌利用DOM转变为POM这一过程叫做细菌的次级 生 产。异养细菌的次级生产力相当于初级生产力的20?30,，异养细菌利用浮游 动物不能利用的DOM，提高了海洋生态系统的总生产效率。 2 不同浓度碳源F海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 大小 um 初级生产者 浮游植物 原生动物 纤毛虫和鞭毛虫 10 S 2 o(2 图l-l海洋生态系统中的微食物环 这一概念的提出，使海洋生物学家对海洋细菌的生物量和生产过程更加关 注。一些国际海洋研究项目如全球海洋生态系统动力学研究 GLOBC ，全球 海洋通量联合研究 JGoFs 和海陆相互作用研究 LoIcz 『等，都把海洋细菌的研 究作为主要内容之一。 (细菌在水域生态系统中扮演的特色很特殊，一方面它分解有机物释放能量， 是异养的;另一方面，细菌能利用真核藻类所不能利用的可溶性有机物，将之转 化为颗粒有机物，进行二次生产，所以又是生产者【51。因此细菌对生态系统的生 物地球化学循环和能量流动非常重要【6】。 1(1(3异养细菌生物量的测定方法 水生细菌的数量研究大体上经历了3个时期: 1 应用平板计数法确定水体 中细菌数量; 2 应用通用的荧光染料和荧光显微镜对水体中总细菌数进行测定; 3 根据细菌种间的生理生态和种内细胞间新陈代谢的不同特性加以研究并进 行计数[7】。培养计数是上个世纪50年代末60年代初开始使用的细菌技术方法， 即，应用合适的培养条件对水样中的细菌进行培养，根据细菌的生长情况来计算 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 细菌的数量。通过应用专一的荧光染料和分子探针对细菌细胞进行培养，应用落 射荧光显微镜、流式细胞仪测定法可测定细菌数量和进行其他特性的研究。1973 um 啶橙 acridineo啪ge，AO 对细菌进行染色后过滤到用Irgalan溶液染黑的0(2 使用，使得在荧光显微镜的条件下能够清晰地区分细菌与其他生物体或者其他物 质。DAPI与Ao染色法相比，这种方法受荧光染料干扰比较小，背景更清晰， 使染色的效果更加专一【9】。这两种染色方法具有广泛的适应性。根据测量的样品 含量、视野面积和滤膜过滤面积三者的关系可以推算出水体细菌的数量，荧光显 微镜计数法目前已是测定水生细菌非常成熟的方法。近十来年流式细胞仪在海洋 调查中的应用，使得细菌数量测定的准确性有了很大的提高。它已成为区分水生 生态系统中自养细菌和异养细菌及确定其数量的方法之一【10’111。流式细胞 仪测定法在微型生物的大小和数量测定中具有明显的优势:测定速度快且灵敏度 高，仪器精确度高以及测定过程受到的干扰小等。如今在各种海洋调查中已经广 泛的得到应用。 细菌学的早期研究对象是细菌数量，随后是细菌生物量。广义的细菌生物量 包括细胞数量、体积、蛋白质含量、干重、碳含量等。但由于现行的生态系统动 力学模式都以能量或能转换为能量的碳含量作为生物量的单位，所以狭义的生 量，细菌碳含量的测定方法也是随着科技的不断进步而取得革新，Veen等通过 析仪测定C、N的含量:同年，Heldal等提出用X一射线微量法测定个体细胞 的碳含量，NorlaIld 1995 第一次应用它直接测定自然水样中的细菌细胞各种元 测定细菌碳含量的方法还有14C法等【13】。细菌生物量的研究经过较长的一段时间， 积累了许多数据后发现，在海洋细菌细胞的碳含量中，近岸细菌的碳含量为 中细菌细胞的碳含量低的多，Fukuda等【12】在亚热带太平洋测定得来的估算细菌 4 不同浓度碳源下海洋异养细菌车?微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 缸ccell’-I，“。不同海区细菌细胞即使,样大小，碳含量也不同。所以(在仙算海洋 碳通量中。细菌的含碳量计算使用单的换算系数是小合适的，其将导致计算 的结果与实际值之间存在着很大的误差。 1(2海洋异养细菌在碳、氟、磷循环中的作用 海洋异养浮游细菌在将DOc转化为自身颗粒有机碳的同时(还能将DOM和 POM分解转化为无机营养盐返回再循环，完成有机质的矿化过程 见图l2 ，与 此同时(海洋异养浮游细菌还具有对无机营养盐的吸收功能，因此，异养浮游细 菌在生源要素的循环过程中发挥着不可替代的重要作用。 lNels Hi曲er?叩hi?I 图l2异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用。” 1 21海洋片养细菌在碳循环中的作用 海洋浮游细菌将生物营养转化过程中遗失的颗粒有机物 PoM 和可溶性 有帆物rDOM 分解利用使其返回到冉循环中。在贫营养海匡它可将86,的初 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 级生产力返回[151，提高了海洋生态系统的总生态效率。浮游细菌能积累从大气 中固定的碳，通过微食物网进入传统食物链，直至海洋深部，从而参与生物泵过 6。。 程，促进碳循环的进行【l 微生物是重要的POC储库，异养细菌的生物量 BOC 占总颗粒有机碳 POC 的14,一62,，寡营养海域中异养细菌与DOM相耦合构成物流和能流的基础【1。71。 细菌的生产在不同水域中有很大差异，通常异养细菌的次级生产力相当于初级生 产力的10,(30,【181。如果海洋细菌的生长效率是50,的估计是正确的【19，201，那 么异养细菌的生产就要消耗大约相当20,一60,初级生产力的有机碳【2?。 Willi锄s在1981年根据细菌生物量和生产力也得到了同样的结果;他还认为初 级生产力的生产过程，将使60,的初级生产力变成可溶性有机碳PDOC(而这 部分有机碳最终将被细菌吸收利用。 30,(92,;在外海中，细菌生物量与浮游植物生物量比例更高，甚至超过浮游植 物的生物量，占总颗粒碳的40, 在印度洋、太平洋和大西洋 ，几乎消耗了全部 可溶性有机氮。细菌消耗水中的碳,般为40, 在印度洋、大西洋、太平洋 ，或 25,(40,【221，在河口海岸带也差不多【18】。在淡水湖中细菌的产量也很高，Cole等 分别研究了需氧菌和厌氧菌，它们的产量分别达到2(6(17mg,cm3??d和7(47 m咖m3??d【23】 微生物类群不仅在生物量上不可忽视，在生态功能上也极富特殊性:1 微 POC ，这部分POC 生物细胞极小 0(2(O(6pm ，是非沉降性POC non(sinl ing 与f比 新生产力与总生产力之比 负相关【221;2 微生物对寡营养条件的适应能 力通常比浮游植物强很多，而且绝大部分不受光的限制【24】;3 微生物生产力的 初级消费者是原生动物，这部分物流通过后者才能达到后生动物，从而形成了微 food 食物环 micmbialloop 。 在寡营养条件下，微生物的适应能力通常强于浮游植物，Cho和Az锄通 过研究太平洋海区几个寡营养条件和中度营养条件的水域发现，在富营养或 一般 c曲on，Cp 小得多;随着寡营养状况的加剧，BoC在POC中所占的比例要超过 6 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 Cp。因此，在寡营养水域，细菌生物量相比浮游植物和碎屑物来说，占颗粒有 机物的主要部分，这对于研究大洋生态系统具有重要意义。 微生物在碳的生物地球化学循环中的另一个重要作用就是对POC的分解和 消溶作用。这同样影响到有机碳在海洋中的归宿。细菌是如何转化POC的呢? Cho和Azam认为大量聚生的细菌较易产生外水解酶，这对颗粒物的分解和破碎起 了相当大的作用。因此，是附着在颗粒物上的细菌将POC转化为DOC，而后者又 被自由生活的细菌同化，成为胶体粒度级的POC 细菌本身 【25】。 1(2(2海洋异养细菌对氮营养盐的吸收与释放 细菌的碳氮比较低，它在氮循环中的功能更为受到重视【261。近些年的研究表 一行为加速了硅藻赤潮的消亡。海洋环境中的异养细菌既能吸收无机氮，在某些 情况下又能释放无机氮，由其释放的NH4+占NH4+释放总量的40,【291。 异养浮游细菌对含氮有机质的矿化作用主要经过氨化过程来完成。氨化过程 是氨氧化菌将海水中的蛋白质、氨基酸等含氨有机物分解成氨的过程，释放到海 水中的氨大部分以NH4+的形式存在。需要注意的是海水中的异养细菌只释 放 的皿硝化菌和硝化细菌的作用下才能生成N02。和N03。，完成营养要素的矿化过 程。 1(2(3海洋中的磷循环 磷在海洋中的循环主要是靠生物进行的，生物作用是造成海洋磷分布不均的 主要因素。生活于表层水中 透光带 的海洋植物对营养元素的摄取可造成它们 在表层水中浓度的下降，而海洋生物 包扩藻类和细菌 死亡和海洋动物食取海 洋植物和死亡后最终都会以生物碎屑 动植物残体和粪便等 等形式沉向海底， 沉降过程中大部分被分解，变成可溶性组分重新返回海水并造成深层水中这 种元 素浓度的升高，而其他不易分解的生物碎屑沉入海底，成为海洋沉积物的组成部 分。关于导致磷酸盐在深层浓度增高的研究，东野脉兴【29l指出，磷进入表层水 7 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 后几乎全部为生物所摄取并转化成生物碎屑，生物碎屑落入深水中大多数被分解 微生物在促进有机质分解中起巨大作用 ，重新溶于海水，只有未被分解的部 分进入深海沉积物，根据许多研究者估计，海洋浮游植物每年可生产1,7×1010t 有机磷，同时消耗1(7×109t磷，相当于大洋透光层中磷的含量，透光层 中的磷 几乎全部参与生物循环，可见磷在海洋中的循环主要是靠生物作用进行的。浮游 生物在生命活动中，每天向周围水体分泌的磷含量是生物体总磷量的 50?100,，生物体本身也是一个平衡系统，每天也需从环境中摄取同等数量的 磷，表明浮游生物每昼夜循环的磷是自身磷的半数到全部。这既是生物体内磷循 环的量，也说明磷的循环速度。深层水中的磷除了少部分加入海底沉积物外，在 有上升流存在时，大部分又随之带到表层水体中，被生物吸收，重复上述循环。 水体中溶解磷的含量越低，水中浮游植物和细菌的种群越多，则循环完成的越快， 例如在某些生物大量繁衍的湖泊中，溶解无机磷周转一次的时间只需几分钟，而 of 在近岸大洋水中需1(5天，亚速海 SeaAzov 的海水中，全部的磷一年可以周 转8次。 1(2(4海洋异养细菌对无机磷的作用 细菌为浮游植物的生长提供无机磷。海洋环境中浮游植物只能吸收溶解无机 磷 DIP ，细菌能够利用溶解态有机磷 DOP ，(细菌的细胞质膜外含有将有 机物转化为无机物并释放到环境中的酶类，其中碱性磷酸酶和57(核苷酸酶是在 海洋细菌中发现的两种主要的酶类。最近几年的实验研究证明，通过这些酶，细 菌可以很容易得降解环境中的多磷酸盐、磷酸酯和核苷酸类物质【32】。细菌也可 以吸收无机磷[32】，实验表明具有57(核苷酸的细菌，在分解有机磷产生无机磷 的同时，也进行着无机磷的吸收。若水体中无机磷缺乏，细菌吸收的无机磷可达 其分解产生的无机磷的50,。 海洋细菌在利用溶解有机物 DOC 进行二次生产时，需消耗海洋中的无机营 养盐，细菌不仅通过降解有机物释放无机营养盐提供给初级生产者，在生产过程 中也摄取无机营养盐【341，因此海洋细菌和浮游植物之间存在着营养盐竞争四， 当营养限制加剧的条件下，细菌和浮游植物对营养盐的竞争更加剧烈。在营 养盐 限制较严重的水体中，细菌生长主要受到可利用氮、磷营养盐的限制，而在营养 8 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 Banl 限制弱的水体中，细菌生长主要受到溶解有机碳的限制。研究发现在George 有机碳对细菌生长的影响较大，该区域潮汐频繁，(营养盐混合均匀，而在马尾藻 海域 SargaSsoSea 营养盐高度贫乏，营养盐氮、磷的添加对细菌生长影响较 大。许多研究表明大西洋及其临近海域，磷酸盐是限制异养细菌生物量的因素【3乜 371，而在太平洋，许多学者认为异养细菌生物量受到溶解有机碳或者能量的限制 【38(39-401。 细菌生长需要吸收利用无机营养盐已经被认可，而且这对生态系统中能量流 动和物质循环具有重要意义【301，但细菌生长受到磷酸盐限制是不寻常的【371，研 究表明细菌生长受到氮、磷限制往往发生在C:N和C:P高的条件下，即没有足够 多的有机氮和有机磷满足细菌生长需求【311。 1(3海洋中的菌藻关系及其对赤潮的影响 过去，人们普遍认为海洋异养浮游细菌 Hetero们pmc 在海洋生态系统中的主要作用是对有机质的降解和利用【4l】，但新近研究 表明，由 于其具有生物量大、比表面积大、对营养物质的亲和性高及拥有多种运输系统等 特点，在利用溶解有机物的同时，对无机营养盐也具有明显的吸收作用，可改变无 机营养盐的含量和结构【42，431，在氮和磷的生物地球化学循环中发挥着重要作用， 并可与浮游植物形成对无机磷酸盐的竞争，从而抑制浮游植物的生长L44J，进而影 响整个海洋生态系统的结构和功能。因此水生生态系统中，微型藻类与细菌的关 系越来越引起人们的重视。 开阔的大洋，细菌可能是决定浮游生物群落生物量转换的最为关键的因素 【451，由于能够有效利用溶解有机物，水体中细菌的生长速率和生产力增长速度 往往要大于浮游植物【461，将可能直接影响海洋生态系统的结构和功能，以致对 气候变化产生重要影响【471，因此，关于海洋浮游细菌的生态作用及与营养盐和 浮游藻类之间的关系研究己成为该领域的热点。 1(3(1菌藻关系 细菌对藻类的影响主要体现在，一方面细菌吸收藻类产生的有机物质，并为 藻类的生长提供营养盐和必要的生长因子，从而调节藻类的生长环境;另一方面 细菌也可以通过直接或间接的作用抑制藻细胞的生长，甚至裂解藻细胞，从而表 9 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 现为杀藻效应。而藻类对细菌也有类似的两方面作用。细菌和浮游植物既在食物 来源上表现出相互依赖的一面，又在养分利用上表现出相互竞争的关系，两种群 内部存在着复杂的反馈机制。海洋体系中，它们之间的关系以微食物环的 形式描 述，是多个生态过程相互作用的综合结果，这些过程可简单的表述为:共生，竞 争，捕食。 图1(3天然水体中自养藻类和异养细菌间的关系【48】 1(3(1(1菌藻的共生关系 浮游植物和异养细菌都是海洋中的生产者，又因为细菌所利用的可溶性有 机物部分由浮游植物所分泌，因此细菌产量与浮游植物的数量、种类特征密切相 关。通常海洋细菌的丰度与海水中C111a浓度 代表浮游植物现存量 成正相关， 即Cm a高的海区，浮游植物分泌的DOM多，细菌的增殖速度也较高，因此细菌 的密度大。Ful 锄i等【491发现细菌密度与水华时硅藻密度同时达到最大值，且异 养鞭毛虫的种群密度也有同样的变化趋势，只是有1(2周的时滞;但也有研究表 明细菌和浮游植物的密度增长并不同步，细菌达到高峰期较晚【50】，可能的原因 是细菌所需要的可溶性有机物部分来源于动物的取食过程，因此可能有一定的 时滞;也可能因为早期浮游植物所产生的可溶性有机物必须经过一定的积累，达 到一定的浓度后才可以供细菌生长;或者因为某些养分，如NH4+或N03‘的缺乏 限制了细菌的生长【5l】。 同时，细菌能够为浮游生物提供无机营养物质。在海洋深层，硝化细菌通过 10 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 硝化作用使氨态氮转化为硝态氮，供浮游生物利用，在混合层中，细菌通过氨化 作用产生的氨态氮是再生生产力的重用物质基础。除了无机氮，细菌还为藻类生 长提供无机磷。才除此之外，细菌还在其它元素的生物地球化学循环中起着重要 作用。如细菌可把三价铁还原为易溶性的二价铁，为藻类生长提供必要的铁元素 【521。细菌还可以合成藻类必需的生理活性物质如维生素B12，而藻细胞的特殊代 谢物也可促进某些细菌的生长繁殖。因此藻类和细菌常常共同生活于同一水环境 中，构成藻(菌共生系统。 1(3(1(2茵藻的竞争关系 ( 细菌与浮游植物的作用是相对的，并非一成不变。在特定的环境中，异养细 菌也会成为浮游植物无机营养的竞争者。许多研究表明，细菌可以大量吸收 NH4+，吸收的程度取决于细菌的营养状态、物质的含氮比以及细菌的生长速率 或净生长速率等因烈531。su仕le等【54】对浮游植物和细菌的NH4+吸收进行了研究， 发现NH4+的浓度高，有利于浮游植物的吸收，低则利于细菌的吸收。瞄rchman【28】 研究表明由异养细菌所吸收的N地+和N03‘分别占N吖和N03‘被吸收总量的42, 和16,。细菌也可以吸收无机磷【331。因此，一般来说，细菌是无机营养矿化作用 的主要作用者，但在一定条件下，细菌可能会通过对营养的竞争来抑制浮游生物 的生长，Ro越gues等【27】发现在硅藻赤潮的后期，DIN主要被异养细菌所吸收，这 一行为加速了硅藻赤潮的消亡。 海洋系统中浮游植物释放的DOC对于浮游细菌十分重要。而湖泊中的情况 可能不同，因为有很大一部分DoC是陆源输入。在这些系统中，细菌生产力多 少的独立于浮游植物生产的DOC，共生作用减弱，而使得对于无机营养盐的竞 无机磷的竞争弱于异养细菌，这说明细胞大小不是影响竞争的主要因素，菌藻对 无机磷的竞争很可能受到DOC的限制。 1(3(1(3捕食对菌藻关系的影响 细菌生产及浮游动物对细菌的摄食是水域生态系统微食物环营养动力学研究 的重要内容【55】，以往对自然水体浮游动物摄食与细菌生产的关系研究结果表明: 浮游动物摄食作用在调节细菌数量方面起着重要作用【561，在一个相对稳定的系 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 统中，二者保持着动态平衡【，71。异养鞭毛虫被认为是细菌生产量最主要的消耗 者【5引。鞭毛虫和浮游动物对细菌的捕食会对菌藻的竞争产生一定影响，能够补 偿微食物环中的物质的循环。在海洋生态系统中，浮游动物对异养浮游细菌的捕 食直接影响细菌的生物量和生产力【5蛐11，从而影响细菌的物质吸收转化能力。由 于浮游动物 尤其是异养型鞭毛虫，Hetero仃opllic 最主要的捕食者，捕食压力直接对细菌生物量的增长产生抑制作用【63】;而捕食 压力控制细菌数量的同时也减少了细菌对营养盐和生存空间的竞争畔】。 1(3(1(4菌藻关系的其他进展 自养藻类可能分泌广谱的或特殊的抗生物活性物质杀灭细菌【641。郑天凌f65】 彳J胞，(fD，?P肋刀D砌砌 、小定鞭金藻 咖刀甜f甜发现标志星杆藻 聊p口阿姗z 对金 大肠菌群 C6，咖册‖D印 以及细菌总数有很大的加速死亡作用和协同抗菌作 用。小定鞭金藻及标志星杆藻的提取物能在很低浓度下对多种细菌有不同程度的 抑制作用，这种抑制作用在营养物质缺乏的环境中表现得更突出。 异养藻类可通过摄食作用捕杀细菌。M(?rcllIler等【删发现夜光藻 ? Jc砌ff讹珊在指数生长期可将水中的细菌和其他可食的有机体一并除去。当冬季 其他食物资源缺乏的情况下，?Jc加以肋瑚主要以捕食和消化细菌为主要食物来 源，从而引起水体中细菌数目下降。 Dakh锄a等‘6明对溶藻细 另外，细菌对藻细胞内有溶解作用【671。 菌特性以及细 菌溶藻的细微结构的变化做了较详细的描述。一般来说细菌对藻生长的抑制和藻 细胞的溶解，‘主要有以下几种情况: 1 藻同粘细菌直接接触，宿主细胞壁溶解【69-711。 2 细菌释放有毒物质到环境中，非选择性地杀伤藻类细胞[72】。 3 藻同细菌竞争有限的营养物质而失败【731。 4 噬菌体同时是噬藻体，从细菌转移到蓝藻细胞中使新的宿主溶解f74】。 1(3(2菌藻关系对赤潮生消的影响 藻类和细菌即可相互促进生长，又可相互抑制甚至杀死对方。这种错综复杂 12 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 的关系因藻种和菌种的不同而异，同时又受环境因素的影响。在浮游植物水华特 别是赤潮发生的过程中，研究这种关系必然有利于对其发生机制的了解;而且研 究赤潮发生过程中细菌的作用，不仅可以揭开一部分甲藻产毒的机制，还为赤潮 的防治研究提供科学依据。 在水华发生及其演替的过程中，细菌的作用、种群的组成也不是一成不变的， 不同的水华时期，不同的演替阶段都具有不同的菌相，不同的细菌作用。如在长 崎裸甲藻。榭门D旃，2f“聊，zE朋(s口舫P瑚P水华的开始阶段，菌群对G刀口g硼口幻阴sP的 生长有促进作用【75】。此外，细菌在分解有机物质的过程中，能够产生对某些藻 类生长起抑制作用的有毒物质，从而使另一些藻类生长旺盛，成为优势种，有助 于这些藻类的爆发性增殖并且形成赤潮。 细菌可以抑制或者裂解浮游植物，在浮游植物水花的衰败和消亡中起着重要 作用。M(Middelboe等【761研究富营养化的湖水发生的水华时发现，随着水华的发 展，水体中细菌的细胞外分泌物的量增加一倍以上，而细菌胞外酶的活性也有显 著的增强。由于细菌对赤潮生物的裂解效果好，又不会引起环境的污染，势必成 为赤潮生物防治的一个重要的手段。 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 1(4本文的研究目的和研究内容 有关海洋异养细菌和浮游植物的竞争研究早己展开，但以往的研究大都在现 场进行，研究某一海域中浮游细菌群落和浮游植物群落的相互竞争。虽然现场实 验能够最大限度的接近海洋中的真实情况，却受到许多生物因素 如原生动物、 病毒等 和非生物因素 如营养物质 的干扰‘771。目前关于菌藻关系的实验室 研究，都是从个体生态学出发，分离鉴定某一种细菌并研究其特性以及与藻类的 相互作用。 针对以上问题，本论文采用实验室一次性培养法，设定不同的有机碳源和无 机磷浓度，选用不同种微藻和天然海水中的异养细菌进行混合培养，观察不同生 长环境中，异养细菌和微藻的生长情况及其对营养物质的吸收，探讨细菌和浮游 植物对无机磷的竞争机制。 14 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 2不同浓度碳源下中肋骨条藻和海洋异养细菌对磷酸盐的 竞争吸收 水生生态系统中，微型藻类与细菌的关系越来越引起重视。一方面细菌吸收 微藻产生的有机物质，并为微藻的生长提供必需的营养盐，从而调节微藻的生长 环境;另一方面，细菌也可通过直接或间接的作用抑制藻细胞的生长，甚至裂解 藻细胞，从而表现为杀藻效应【641。细菌和浮游植物既在营养物质来源上表现出 相互依赖的一面，又在养分利用上表现出相互竞争的关系，两种群内部存在 着复 杂的反馈体制。 本部分实验室选取在我国各海区均有分布的代表性硅藻一中肋骨条藻进行 培养实验，观察不同生长环境中，异养细菌和骨条藻的生长情况及其对营养物质 的吸收，探讨细菌和浮游植物对无机磷的竞争过程。 2(1 实验部分 2(1(1实验仪器与材料 仪器:1 LeicaDM4000型荧光显微镜 德国莱卡公司 2 LDZX(40BI型蒸汽式灭菌锅 上海申安医疗器械厂 3 B+LAA―III自动分析仪 德国布朗卢比公司 4 TOC(VcPH型总有机碳分析仪 日本岛津 5 25mm针式取样器及配套滤器 上海新亚 材料:1 中肋骨条藻 贶彪幻刀e朋口cDs砌f“川 hville Cleve 2 新鲜海水提取的异养细菌 膜 上海新亚 ，兖州化工厂 试剂:1 NaH2P04 A(R 2 NaN03 A(R，北京刘李店化工厂 3 浓盐酸 A(R，齐鲁石化公司研究院试剂厂 4 浓硫酸 A(R，淄博化学试剂厂 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 5 柠檬酸三钠 A(R，上海试剂一厂 6 链霉素 Str，美国砧掰esco公司 7 多粘菌素B PolB，美国Amresco公司 8 DAPI 美国Sigma公司 上海协心化学试剂制造 39酒石酸锑钾 A(R， 9 酒石酸锑钾溶液:2( 厂 溶100m1Milli(Q水中 64m1硫酸和22m1上述 的 10 钼酸铵溶液:69钼酸铵 上海国药集团 、 酒石酸锑钾混合，并摇匀 酮和89SDS混合，并稀释到1000m1Milli-Q水中 2(1(2实验方法 1 实验海水介质的制各: 陈化海水经孔径0(45岫的混合纤维滤膜 滤膜使用前先用1:3的HCl浸泡 1小时，用蒸馏水冲洗至中性，泡在蒸馏水中备用 过滤到培养容器中 500mL 三角瓶，经1:5的HCl浸泡洗净 ，高压灭菌 120?，0(1MPa，20分钟 。 2 实验藻种 实验选用的中肋骨条藻 阮彪幻聆P，，z口?s幻f扰历 由中国海洋大学海洋污染生 态化学实验室提供。用舵培养液进行培养，待达到指数生长期时，3000r,min 离心4rnjn纯化后进行接种。 3 菌种获取 采集胶州湾的新鲜海水，3h内用预处理过的GF停滤膜 马福炉450?，烧 3h 过滤，滤液即为所用菌种。 4 培养 其他元素浓度不变 在已处理好的海水介质中，添加无磷‖2营养配方 培 养液，葡萄糖和磷酸盐的加富采用梯度稀释，最终浓度如表2(1所示: ( 表2(1葡萄糖和无机磷酸盐的加寓浓度 系列名称 添加NaH2P04后最终浓度 蛳101 C九 P,L 添加葡萄糖后最终浓度 mg 16 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 表2(2不同组中海水培养液、菌种和藻种的比例 合适的起始密度，将菌种的起始添加量设为藻种的两倍;为避免天然菌种中微微 型藻类的生长，对所有的菌纯培养体系 简作B(P(C( 样品进行避光培养，其他 条件与藻纯培养 A(P(C( 和菌藻混合培养 M(C( 相同。 5 抗生素配制 B 藻纯培养体系采用添加抗生素抑菌，选择链霉素 Str 和多粘菌素B P01 作为联合抑菌剂，最终浓度为O(5m‖L【781。培养过程中每天定时向 A(P(C(中添加 上述浓度的联合抑菌剂，抑制A(P(C(中细菌的生长。 抗生素溶液的配制方法参考《生物工程技术实验指导》【791，Str和P01B溶液 用Milli(Q纯水配制。 6 取样及测定 由于藻类和细菌的沉降作用，培养过程中每天摇匀培养液。分别在第0、l、 2、3、4、6天取样，取样流程如下: 17 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 I 。 I ( I ‖„„„„„„j ;藻+茵+溶解态物质 i ;溶解态物质; ?斗? ,解, ,质, 厂‘?„„’ 磊7、?一瞎(,, 磊,, k„一 -, 一 , , 藻 ; ?„???„„?- : : 缅 (;Toc ,菌弋 +DOC 胞 i ;sRP; 差 |TP 细菌丰度 :(;;;;;;(, |呈矍 呻, +, SRP ;((„(„(„。: ’????????„(( 茵一 (1培养实验的取样流程 图2 上图理论上只适用于M(C(。但是为了保持实验的一致性，在对B(P(C(和A(P(C( 取样时我们也进行了分级过滤。 a 藻细胞生物量取样及测定 取5ml培养液，加入鲁格试剂，用显微镜直接计数法测定其细胞密度。 b 异养细菌的取样及丰度测 定 ( 取滤液l5mL滴加最终浓度为40,的甲醛溶液固定，置于冰箱冷藏至分析。 丰度测定采用DAPI荧光染色计数法进行【801。向样品中加入DAPI染液，使水样 中DAPI的浓度最终为5p幽11l，染色时间为30mm。将染好的样品加入装有滤膜 的无菌过滤器，滤膜为事先经伊拉克黑染色的孔径为O(2岬的WhanIlaIl核孔滤 玻片上，在LeicaDM4000型荧光显微镜的紫外波段进行观察及拍照，每个样品 计数不少于10个视野，并按下式计算水样中的细菌丰度: B ASl, S2V 式2(1 式中，B为细菌丰度 cell,m1 ;A为10个视野中的细菌平均数;Sl为视野面积 mm2 :S2为滤膜的有效过滤面积 mm2 ;‘V为过滤水样体积 m1 【8l】。 c 比生长速率 p 的计算 Il的计算按照下式进行，公式中的Bo是to时的细胞数，Bl为经过tl时的细胞 18 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 数【821。 『 1nBt―lnBo , tl―t0 式2(2 d 营养盐的取样及测定 第O、l、2、3、4、6天定时取样。对于M(C(体系，分别取滤液l和 滤液2 各10ml于贮液瓶，一20?速冻保存;取培养液10ml经过1(2肛m玻璃纤维滤膜过 滤，滤膜一20?冻存;取滤液120“经过0(2“m醋酸纤维滤膜过滤，滤膜一20 ?冻存。滤液1和滤液2中的磷酸盐浓度直接用AA3营养盐自动分析仪测定; 膜样经过消化后用AA3营养盐自动分析仪测定。 对于B(P(C体系，不存在滤液l，则定时取滤液210ml于贮液瓶中，一20 ?速冻保存，滤膜一20?冻存，待消化分析;A(P(C体系不存在滤液2，则定时 取滤液110ml于贮液瓶中，一20?速冻保存，滤膜一20?冻存，待消化分析。 e 溶解有机碳取样及测定 第0、l、2、3、4、6天定时取样。取滤液210ml装于安瓿瓶 马弗炉450 ?，烧3h 中一20?速冻保存j用总有机碳分析仪进行测定。 10ml于安瓿瓶中，一20 对于B(P(C体系，不存在滤液1，则定时取滤液2 P(C体系不存在滤液2，则定时取滤液110m1于安?速冻保存待分析;A( 瓿瓶 中，一20?速冻保存。 f 营养盐吸收速率的计算 参照Cristine等吲和白洁等【刚的方法，单个细胞对无机磷的吸收速率如 岬ol,c911??d 可用式2(3计算: ‘ ，跖 @1一co ,BOl―fo 式2(3 为培养实验开始和结束时间，B cells,drn3 为培养期间细胞的平均含量， 假定细 胞在此期间以指数形式增长，用式2(4计算: 占 曰l―Bo , 1nBl―lnBo 式2(4 其中Bo，B1分别为培养开始时和结束时的细胞含量 cells,dm3 。 19 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研 究 2(2结果与讨论 2(2(1不同培养条件下中肋骨条藻和异养细菌的生长情况 2(2(1(1中肋骨条藻的生长情况 1 菌藻混合培养体系 拍 B ? 惦 m 5 o j 2 蜊 翩 凄 (最 蜒 ? 乌?拍船埔?5 q o 苫 ? E ?蚰 ? ? m o U l Z J 4 扫 O O l Z 3 a 臼 ? ，( 时间,d 图2(2 M(c体系中不同葡萄糖、磷酸盐浓度下的中肋骨条藻细胞密度 中肋骨条藻在培养的前两天生长缓慢处于延滞期，从第2天后，进入指数生 长期。碳酸盐浓度相同时，磷酸盐浓度越高，藻密度越高。对比不同磷源浓度下 的藻密度，可以发现，图2(2(A磷酸盐浓度O(3弘mol,L的系列中，不添加葡萄糖 的P系列藻密度要明显高于添加葡萄糖的系列，而且碳源浓度越高，藻密度越低; 图2(2(C、E中磷酸盐浓度相同时，藻细胞密度则比较接近，规律性不明显。 对图2(2(A(我们认为无外源有机碳添加的系列中，微藻和细菌间保持了良好 的相互依赖关系，对细菌的生长来说，碳限制是主要的，当有外源碳存在时，细 菌不需要依赖微藻为其提供碳源，对营养盐的竞争作用表现相对明显，由于细菌 20 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 较大的比表面积，使其对磷酸盐有更强的亲和力，细菌吸收了相对较多的营养盐， 使可用于微藻生长的营养盐减少，从而抑制了微藻的生长。而对图2(2(E藻密度 的接近，这和磷酸盐浓度有关，当磷酸盐浓度较高时，介质中营养条件较好，菌 藻竞争对微藻的生长影响不大。I沁drigues【35】曾有研究显示，海洋细菌和浮游植 物之间存在营养盐的竞争，在营养不充足的情况下，细菌和浮游植物对营养盐的 竞争会加剧。Karl【85】也指出，营养盐的缺乏会导致浮游植物的生长和分裂受到 抑制，但光合作用分泌的DOC会进一步刺激细菌的生物活性，加速细菌对营 养 盐的吸收和利用。 2 藻纯培养体系 柏 30 20 墨 10 o “ 0 倒 糨 丘口 80 C口 恩70 糍60 U 50 乏 柏 时I司,d 图2(3 A(P(C不同磷酸盐浓度下的中肋骨条藻细胞密度 从上图A、B、C可以看出，没有加入异养细菌的藻纯培养体系，藻细胞 密 度都要高于混合培养体系，O(2天微藻适应环境生长缓慢，处于生长延滞 期，第 2天后进入指数生长期。图2(3(D随着磷酸盐浓度的增加，纯培养体系中藻细胞 密度也相应增加。异养细菌在生长中需要吸收磷酸盐，A(P(C中没有异养细菌对 磷酸盐的竞争，微藻在短期内有充足的磷酸盐，对其生长构成有利条件。由于微 藻在生长中不需要有机碳源，实验所用海水介质均为灭菌海水，所以A(P(C只设 计了三个不同磷酸盐梯度，而没有出现不同浓度碳源的系列。 2l 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 2(2(1(2异养细菌的生长情况 1 菌藻混合培养体系 B g 8 意7 C (nu 6 o， _a 垂 。 O 1 2 3 4 5 6 7 至 U l Z J q a 口 ， O l 2 3 4 5 6 7 时间,d ( 图2(4 M(C不同葡萄糖、磷酸盐浓度下的细菌丰度 图2(4是混合培养体系中细菌丰度随时间的变化。可以看出，细菌的生长主 要在培养的前3天，尤其是第1、2天细菌丰度增长较快，第3天后，生长缓慢， 添加葡萄糖的系列变化明显，不添加葡萄糖的系列细菌生长缓慢，这说明添加有 机碳源，对细菌的生长有利。在磷酸盐浓度相同的条件下，外源碳浓度越高，细 菌丰度越高;葡萄糖浓度相同时，随着磷酸盐浓度增加，细菌丰度也随之增加。 Drakare【861发现细菌指数生长在培养的1(2天，藻类在2天后，这和我们的研究 结果一致。 2 菌纯培养体系 图2(5是细菌纯培养体系中细菌丰度变化。对比混合培养，可以看出，B(P(C 的细菌丰度均要高于M(C，这是由于没有微藻的存在，纯培养中的营养条件较混 合培养更有利于细菌生长。在没有添加葡萄糖的系列中 图2(5(B ，细菌生长 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 缓慢，丰度值较为接近，这是介质中碳源的缺乏造成的。有外源碳添加的系列中， 在磷酸盐浓度相同的情况时，外源碳浓度越高，细菌丰度越高:外源碳浓度相同 的系列，磷酸盐浓度越高，细菌丰度也越高。磷酸盐浓度为0(3“mol,L的系列 图 的系列则在第4天才停止指数生长。表明，当磷酸盐耗尽，细菌的指数生长就会 马上停止，而有机碳源耗尽，细菌的生长则会持续一段时间，说明细菌有储存碳 源的生理特性。 萋 吾 色 魁 * 坦 聂 U 乓 ? 时间,d 图2(5B(P(C不同葡萄糖、磷酸盐浓度下的细菌丰度 2(2(2中肋骨条藻和异养细菌的比生长速率 表2(3各体系中异养细菌和中肋骨条藻在O(2天的比生长速率u ,d B代表异养细菌、A代表中肋骨条藻、Nd代表没有数据 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 从表2(3的结果可以看出:三个体系中，细菌的比生长速率弘值均高于微藻; 添加葡萄糖系列，细菌u值要高于不添加的系列，且外源碳浓度越高，细菌的p ? 值越大，这也说明了外源碳的加入对细菌生长有利;在磷酸盐浓度为O(3um01,L、 1pmol,L的系列中，微藻的比生长速率随着外源碳浓度的增大而减小，但是在磷 酸盐浓度2“mol,L的系列，微藻的“值则比较接近，不呈现上述的变化规律， 这说明，低浓度磷酸盐，菌藻竞争会影响微藻的生长，而高浓度磷酸盐时，细菌 对微藻生长影响不明显。对比B(P(C和M(C(B，很明显菌纯培养的比生长速率要 高于混合培养，这也是因为B(P(C的营养条件比M(C要好;同样;A(PC微藻u 值，也比混合培养时候要大。 2(2(3异养细菌和中肋骨条藻对磷酸盐的竞争吸收 2(2(3(1菌藻混合培养体系 (2 从图2(6可以看出，9个培养系列中，藻细胞含磷量变化主要集中在O天。 相对C和E，图2(6一A不添加碳源的P系列中肋骨条藻比添加碳源的PC、PCC 的藻体吸收的磷酸盐要多，这暗示了外源碳的添加，对中肋骨条藻吸收磷酸盐不 利，也暗示了细菌的存在限制了藻类的生长， Rhee【87】在研究异养细菌和浮游植 物对无机磷酸盐的竞争吸收时发现，异养细菌的存在限制了藻类的生长，在将细 菌培养液中的细菌过滤去除后，向滤液中添加浮游植物，并未发现藻类的生长受 24 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 到抑制。图2(6(C、E，虽然添加了外源碳，但是藻体含磷量变化很相似，结合 P,L为临界浓度，当磷酸盐浓 M(C藻密度的变化我们推断，以磷酸盐浓度1?mol 度为0(3umolP,L时，(夕 、源碳的加入对于藻细胞吸收磷有影响，当磷酸盐的浓度 大于1umolP,L后，外源碳加入对于藻吸收磷几乎没有影响。B、D、F三个图在 碳源条件相同的情况下，藻细胞对无机磷酸盐的吸收随着水体中磷浓度的增加而 增加。?aus【88】指出，在异养细菌和浮游植物对无机磷酸盐的竞争体系中，磷的 释放主要在浮游植物的生长进入稳定期以后，指数期仅仅释放很少的部分。由于 藻类的生长较为缓慢，为了抵消这种缺点，藻细胞在生长过程中会储存无机磷酸 盐，这种生理特性有助于提高它们对异养细菌的竞争能力【92】。 O8 O 7 0 6 O 5 O 4 O3 O 0 2?O d 芍 呈 咖 懿 《忙 翟 恩 饿 q 窆 F 时间,d 图2(6 M(C藻细胞含磷量随时间变化 25 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 d o(60 o 军045 ‘ 0(‘o 咖 o(35 攀030 佗“25 疽篡 最0Io 一 or05 主0‘? O? O? O们 ? 一 ? 一 ,m ? 一 时 司 甩d 图2(7 M(C细菌含磷量随时间变化 从图2(7中可以看出，细菌含磷量增加主要在0(2天，尤其是培养的第1(2 天，在磷酸盐浓度相同的情况下 A、C、E ，细菌含磷量的峰值随着葡萄糖浓 度的增加而增加;在外源碳浓度相同的情况下 B、D、F ，细菌体内含磷量的 峰值则随着磷酸盐浓度的增加而增加。这个结果可以说明，外源碳的添加有利细 菌对无机磷酸盐的吸收，从2(7(A还可以发现低磷酸盐高碳源的PCC系列在培 养的O(1天，细菌体内含磷量就已经很高，这个结果证实了上述Ro“gues的结 论，当营养限制加剧的条件下，细菌和浮游植物对营养盐的竞争更加剧烈。 在第2天后，细菌磷酸盐含量逐渐降低，第6天己接近培养初期的浓度。由 养盐环境适应能力越强，而异养细菌的Ks小于浮游植物，相对无机营养盐，异 养细菌的生长更可能受到碳源的限制，所以正常情况下，细菌需要储存有机碳而 非营养盐，这,点可以解释上图中取样后期细菌磷酸盐的降低，这也与图2(4中 细菌丰度的变化有很好的对应，在不受磷源限制的系列中，第4―6天，虽然外源 不同浓度碳源下海洋异养细菌和微藻对磷酸盐的竞争吸收研究 碳由于消耗浓度逐渐很低，但体内储存的碳源使得细菌丰度仍然有所增加。 2(2(3(2藻纯培养体系 A B d 弓 萋 咖 遴 缸 爱 器 蟋 U q 《 时间,d 。图2(8A(P(C藻细胞含磷量随时间变化 从图中可以看出，A(P(C体系中藻细胞含磷量比混合培养体系都要高，0(2 天，藻细胞内含磷量迅速增加，这充分说明了微藻为了适应环境，在生长过程中 会储存营养盐;第2天后，PP、PPP系列含磷量几乎不再变化，而P系列开始下 降，这种结果和添加磷酸盐的起始浓度相关，P系列由于较低的磷酸盐浓度 导致 取样后期微藻不得不消耗自身储备的磷酸盐维持生长，