摘要：近年來，由于陸源污染的加重以及近海環(huán)境治理的推進，中國近海海域營養(yǎng)鹽濃度發(fā)生明顯變化，導致浮游植物生物量及群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。作為一種廣泛分布且豐度較高的微微型藍藻，聚球藻在中國近海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的角色，但其對不同硝酸鹽濃度的響應尚待研究。本文分別從渤海和黃海采集聚球藻富集樣本，在不同硝酸鹽濃度下進行半連續(xù)培養(yǎng)，通過測定生長曲線、色素含量、光合生理參數(shù)以及碳氮含量，研究聚球藻對硝酸鹽濃度的響應特征。當硝酸鹽濃度為0.1、1.0、10.0μmol·L–1時，聚球藻培養(yǎng)體系可支持的生物量較小，光能轉(zhuǎn)化效率較低;當硝酸鹽濃度為100.0μmol·L–1時，聚球藻細胞生長得到促進，其培養(yǎng)體系可支持的生物量約提高5倍，同時培養(yǎng)體系整體的光能轉(zhuǎn)化效率達到最高，但單位細胞的捕光能力受到抑制，氮和磷的轉(zhuǎn)化率提高。研究表明海洋聚球藻能夠適應不同的硝酸鹽濃度維持生長，在較高的硝酸鹽濃度下，聚球藻生物量顯著提高，但釋放至胞外的碳氮未出現(xiàn)相應的當量增加。研究結(jié)果為營養(yǎng)鹽脅迫條件下浮游生態(tài)系統(tǒng)的響應提供了原核微藻方面的實驗依據(jù)。
20世紀80年代以來，由于人類活動以及全球氣候變化的影響，中國近海尤其是渤海灣、長江口、珠江口等多個海域出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，浮游生態(tài)系統(tǒng)有害藻華頻發(fā)。近十年來，中國在發(fā)展經(jīng)濟的同時，注重環(huán)境治理，近海營養(yǎng)鹽濃度有所降低，部分海域監(jiān)測到寡營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生，近海營養(yǎng)鹽水平波動明顯。氮是營養(yǎng)鹽中限制浮游植物生長的主要因子，氮源濃度的變化可以導致浮游植物的生物量及群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。由于氮源的不斷輸入，長江口浮游植物以葉綠素a表征的年平均生物量在20世紀80年代初約為1.5μg·L–1，至2016年已增加到3.0μg·L–1左右。同時長江口浮游植物的種群組成也發(fā)生了變化，硅藻的相對豐度逐漸降低，而鞭毛藻的相對豐度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。硝酸鹽是海水中的主要氮源，在近海海水中的濃度約為銨態(tài)氮的4倍，已有研究表明其濃度變化對浮游藻類具有顯著影響。在較高硝酸鹽濃度下進行培養(yǎng)，東海原甲藻和三角褐指藻的生物量和生長周期表現(xiàn)出明顯差異，釋放揮發(fā)性鹵代烴碘甲烷的能力受到抑制。微小亞歷山大藻在高氮磷比條件下能夠快速進入指數(shù)生長期，較高的硝酸鹽濃度可以促進藻毒素在胞內(nèi)和胞外的累積，使赤潮產(chǎn)生的環(huán)境危害增大。目前關(guān)于硝酸鹽對浮游植物影響的研究大多關(guān)注真核生物，硝酸鹽對微微型原核藻類的影響尚不明確。
聚球藻(Synechococcus)是一種典型的微微型原核藍藻，在全球海洋內(nèi)分布廣泛且豐度較高，年生物量達(7.0±0.3)×1026 cells。聚球藻是海洋中重要的初級生產(chǎn)者，對海洋微食物網(wǎng)具有關(guān)鍵支撐作用，根據(jù)每小時固碳率進行估計，其年凈初級生產(chǎn)力貢獻約為8×109 t·C，占海洋凈初級生產(chǎn)力的16.7%。聚球藻周轉(zhuǎn)迅速，受水平基因轉(zhuǎn)移影響，其對環(huán)境變化的適應能力強，表現(xiàn)出明顯的適應性響應特征。通過生態(tài)模型的預測發(fā)現(xiàn)，當溫度升高至30℃時，聚球藻生物量將增加13.9%。隨著CO2濃度升高，不同生長期聚球藻的生理響應特征存在差異，指數(shù)生長期的聚球藻光合作用能力增強，而穩(wěn)定期的聚球藻光合作用能力減弱。聚球藻在近海海域的生物地理分布是適應性響應的重要表征，在多個海域的研究發(fā)現(xiàn)硝酸鹽濃度是影響其分布的重要環(huán)境因子。
在中國近海海域，聚球藻是浮游植物的主要種群，豐度范圍為102~105 cells·mL–1。作為近海微型浮游動物的主要食物來源，聚球藻在黃海中部的被捕食率高達44.4%~72.4%，其種群變化能夠改變底層食物網(wǎng)的生態(tài)承載力進而影響生態(tài)系統(tǒng)。渤海和黃海地處中國東部陸架海，是西太平洋典型的半封閉大陸邊緣海，其營養(yǎng)鹽濃度受人類活動的影響較大。為探究硝酸鹽濃度變化對聚球藻的影響，本研究從渤黃海采集原位聚球藻進行富集培養(yǎng)，通過硝酸鹽濃度控制的室內(nèi)模擬培養(yǎng)實驗，探究不同硝酸鹽濃度下聚球藻的生長、光合生理參數(shù)和碳氮含量等的變化，旨在闡明不同硝酸鹽濃度下聚球藻種群的響應特征，為進一步探討聚球藻的環(huán)境指示作用及生態(tài)反饋效應提供科學依據(jù)。
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