廈門灣浮游植物死亡及細(xì)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(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)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(jī)理和生理生態(tài)響應(yīng)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(jié)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(xué)技術(shù)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(jī)理-細(xì)胞程序性死亡。取得的主要結(jié)果如下:
　　

2、1.廈門灣浮游植物的死亡比率
　　利用細(xì)胞消解法并結(jié)合Cytosub流式細(xì)胞儀對廈門灣東部海域不同類群浮游植物死亡比率進(jìn)行周年（每2周一次）研究。根據(jù)浮游植物細(xì)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(jié)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(lán)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(xì)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(dāng)鹽度高于28，其死亡達(dá)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(xì)胞損失的主要途徑，是調(diào)節(jié)隱藻細(xì)胞豐度和群落結(jié)構(gòu)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(xì)胞基本都是存活的;G6的死亡比率與硅濃度呈顯著負(fù)相關(guān)，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(jìn)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(xì)胞的貢獻(xiàn)最大，約54％，而在秋冬季，G2的死亡細(xì)胞貢獻(xiàn)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(dá)27±16％），其變化趨勢和葉綠素a濃度的變化呈相反趨勢。結(jié)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(yīng)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(dá)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(xì)胞死亡過程是研究水生生態(tài)系統(tǒng)和生物地球化學(xué)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(xiàn)，而豐水期主要由G2和G4貢獻(xiàn)。
　　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(xì)胞貢獻(xiàn)最大的3個類群，且G2的死亡貢獻(xiàn)和G4呈相反的趨勢，而G6總體上是隨著鹽度增加死亡貢獻(xiàn)也增加;在豐水期G4和G5是死亡貢獻(xiàn)最大的2個類群，且G4在鹽度高于3.7(A9)的站位死亡貢獻(xiàn)相對較大，在鹽度小于3.7(A9)的站位，死亡貢獻(xiàn)最大的是G5。枯水期總死亡比率基本

8、都＞50％，明顯比豐水期高，遠(yuǎn)高于穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，表明細(xì)胞死亡是細(xì)胞損失的主要途徑，已經(jīng)嚴(yán)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(yīng)。
　　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(fēng)險，因此需要加強(qiáng)對九龍江河口浮游植物豐度和死亡的監(jiān)測，為藻華的預(yù)警預(yù)測和水域管理提供依據(jù)。
　　3.磷限制條件下東海原甲藻細(xì)胞程序性死亡的研究
　　利用蛋白和基因表達(dá)等分子生物學(xué)技術(shù)來研究東海原甲藻在磷限制條件下的細(xì)胞程序性死亡。結(jié)果發(fā)現(xiàn)東海原甲藻在無機(jī)磷濃度低于檢出限的磷限制組的細(xì)胞數(shù)量明顯低于磷充足組，并提前進(jìn)入生長的平臺期，并且以一定

10、細(xì)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(xì)胞也大量增加，其所占的百分比和有活性氧產(chǎn)生的細(xì)胞的百分比呈現(xiàn)明顯的線性正相關(guān)。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(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡。
　　磷限制組的caspases-like活性、類caspase-3活性的表達(dá)、meta

11、caspase的基因表達(dá)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xì)胞死亡出現(xiàn)，反而后期磷限制組的細(xì)胞存活率和細(xì)胞生長率都高于磷充足組，表明并不是所有的metacaspase基因表達(dá)的蛋白都執(zhí)行細(xì)胞程序性死亡的功能，反而參與適應(yīng)磷限制的過程，提供基因進(jìn)化優(yōu)勢，優(yōu)化細(xì)胞對不利環(huán)境條件的適應(yīng)，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?xì)胞程序性死亡是有利于磷限制條件東海原甲藻的存活，一方面，在