春季香溪河流域超微型浮游植物年际变化规律研究开题报告模板.doc

湖北师范大学学士学位论文（设计）开题报告学生姓名黄慧所在院系生命科学学院所在班级1201班指导教师侯建军学生学号2012114010124专业方向生物科学开题时间2016.3.15导师职称教授论文题目春季香溪河流域超微型浮游植物年际变化规律研究文献综述： 本实验对香溪河进行了不同时间尺度、不同空间尺度的超微型浮游植物样品的采集，并同步获得其现场环境理化数据，对现场样品的光合色素进行HPLC定性、定量分析检测，从而获得香溪河超微型浮游植物光合色素的多样性组成，进而通过化学分类软件CHEMTAX获得研究目标区域超微型浮游植物的类群组成信息和群落结构特征。将2013年2月和2014年2月作为研究代表数据，从而可以得出2013年和2014年春季超微型浮游植物年际变化规律。结果表明：春季香溪河超微型浮游植物的总生物量随时间无显著性差异，随空间差异明显；在监测区域内共检测出七个门类常见超微型浮游植物，主要包括隐藻、绿藻、蓝藻、硅藻、裸藻、金藻、甲藻，2013年和2014年春季的优势群落均为隐藻；其中绿藻和裸藻随时间差异性显著，群落结构随空间差异不显著；环境因子中N-NH4+、水温、透明度、总磷、溶氧量和化学需氧量为超微型浮游植物群落结构的主要影响因子。1 杨正键,德富纪,刘道斌等.三峡水库172.5蓄水过程对香溪河库湾水体富营养化的影响J.中国科学, 技术科学2010,40（4）：358-369.2 苏研妹,纪道斌刘,德富.三峡水库蓄水期间香溪河库湾营养盐动态特征研究J.科技导报,2008,26（17）：62-69.3 宁修仁. 海洋微型和超微型浮游生物J. 东海海洋, 1997, 15(3): 60-64. 4 王建, 林婉莲. 武汉东湖超微藻生态学的初步研究J. 湖泊科学, 1998, 10(4) :71-76.5 李锦, 廖文. 三峡库区富营养化主要诱发因子分析J. 科技导报, 2003, 2: 49-52.6 陈纪新. 中国亚热带海域超微型浮游生物多样行研究D. 厦门: 厦门大学环境科学研究中心, 2006. 7 Craig S. R. Distribution of algal picoplankton in some European freshwaters. In: Abstr. 2nd Int. Phycol. Congr., Copenhagen Aug. 1985, 31-31. 8 Stockner J. G., Antia N. J. Algal picoplankton from marine and freshwater: a multidisciplinary 开题报告(正文)：1 选题背景1.1三峡水库蓄水后的现状中国长江三峡水库是最大的河道型水库，也是中国的淡水资源战略储备，控制了从重庆到宜昌段的长江水域，其间长约660km，水域覆盖面积为1040km1，是典型的淡水水域生态系统。建坝后的长江三峡，按计划正常蓄水175m水位时，水域面积为1084,总库容为393亿,其中防洪库容221.5亿，在三峡水库内，除长江外，还有神农溪、嘉陵江、乌江、大宁河、蓬溪河、梅溪河、香溪河、竺溪河等次级河流400多条，水库现共达57112，许多河流由天然河道变成水库，同时增加了一些小型河湾。自2003年水库储水以来，库区水流减缓，水位上升，水体扩散能力减弱，自我调节能力减弱，分支河流的垃圾废品停留时间加长，温差变小以及水体透明度增加3，水域环境发生了巨大变化，水生生物物种因此受到严重的影响。尤其是因受水库回水，水域和少些分支河流污染加重的影响，原陆面的库区大部分都转化为水面了，水库在兴建和竣工时，因为水动力学条件的一些变化，为藻类等水生生物群落提供了适宜的环境和资源，水生浮游植物的数量与种类一般要产生一些变化，甚至会出现快速增殖并导致“水华”暴发4,5。浮游植物的生长状况与水体环境因子息息相关，浮游植物个体微小，种类繁多，分布广泛，适应力强6，不同种类的浮游植物受环境理化因子影响不同。1.2 超微型浮游植物在淡水中的作用以浮游植物来说，粒径大小不同，生态学意义也有所不同。按照浮游植物的粒径谱的划分7: 微微型浮游植物粒径在0.2-2m之间；微型浮游植物粒径在2-20m之间；超微型浮游植物在0-5m之间，其中超微型浮游植物包括微微型浮游植物和粒径为2-5m的微型浮游植物。在不同营养盐水平的水域中粒径在0-5m的浮游植物都普遍存在8。在水生态系统中，超微型浮游植物在水域中分布广泛，数量居多，被认为是重要的初级生产者；虽然其个体小，但数量居多、繁殖速度快、周转速率快，能够一直保持高效的生产力，因此为生物地球化学循环中核心的种类；鱼类等经济动物的病害和环境的污染也与超微型浮游植物有关；超微型浮游植物的类型具有高度的多样性和存在一些新的分支，超微型浮游植物的多样性随水体营养程度的增加而降低，而且某些种群只存在于寡营养或富营养水体中，因此水体营养状态的判断依据9可以以超微型浮游植物的群落为标准。并且三峡水库已被证实是一个较大的变异空间10，库湾中沉积物的影响及较高的营养盐水平可以产生特别的超微型浮游群落。对三峡水库生态系统演替与水环境的监测研究，将会为三峡水库水质管理与生态系统保护提供基础资料，并在使经典湖沼学和水库生态学多样化方面有突出贡献11。1.3 淡水超微型浮游植物多样性研究概况在20世纪中期浮游藻类中的叶绿素a被用作简单的生物量指示物，测定浮游藻类色素的手段有很多，从分光光度法和荧光光度法常用于测定叶绿素与其降解产物，到色谱法包括薄层色谱、柱层析和高效液相色谱（HPLC）能对色素进行分离，再到卫星、机载雷达遥感技术等大范围实时测量系统等，各种分析方法满足了不同的研究需要12，根据吸附剂的不同，色谱方法中的薄层层析分为几种类型，类型有：硅胶、硅藻土、糖类、纤维素、聚酰胺等。由于专业性太强和效率太低，薄层色谱分析这个方法没有被广泛应用13。20世纪后半期，色素的高效液相色谱（HPLC）分析方法得到快速发展14，特别是二极管阵列监测器的诞生和反向高效液相色谱的发展，得出很多色素的高效液相色谱（HPLC）藻类分析的新方法15。HPLC为藻类特征色素的首选工具，可以分离色素、定量检测和在线鉴定，为色素作为化学生物标志物做出重要贡献。基于特征色素在不同类群中分布不同16，并且只存在于特定的浮游植物类群中，利用高效液相色谱（HPLC）能够很好的对色素进行分析，对藻类的种类和粒径没有限制，定量准确，受采样水质的影响较小17，这对于超微型浮游植物在淡水中的丰度组成研究将具有重要意义。2 研究目标与任务本研究利用RP-HPLC分析藻类的色素组成，总叶绿素a代表总生物量，特征色素与叶绿素a的比值通过一定的数学运算可以指示特定的浮游藻类对总生物量的贡献，进而确定其种群丰度和组成18。另外本研究在三峡水库香溪河流域设置了系列有代表性的典型采样点，进行了不同时间尺度、不同空间尺度的超微型浮游植物样品的采集，并同步获得其现场环境理化数据。用光合色素分析获得三峡水库香溪河流域中超微型浮游植物主要类群分布格局及时间空间变化信息，与水库蓄水后环境理化因子的关系。研究结果将为三峡水库香溪河流域的生物多样性普查和开发利用、环境评价和治理以及受损生态系统的恢复提供基线和依据。3 拟定方案路线3.1 采样点的选择及环境取样采样点的设置遵循“抽样调查”原理。根据地理位置、污染程度、营养盐水平、水文、生物多样性及环境特点、水库成库时间、预实验及前期工作基础来确定采样水域。选择三峡库区有代表性(理化环境与营养盐及生物多样性有差异)的水域进行研究，将香溪河支流库湾作为典型示范研究水域，在香溪河流域共选取八个点进行研究，于2013年春季和2014年春季进行采样。 3.2 样品采集与保存用不锈钢分层采水器采集不同水域相应测站及不同水层的水样（用塑料桶装好，塑料桶要先泡酸，能现场过滤最好，如果不能，则带回驻地当天过滤）。样品过滤收集体积根据不同水域生物量的大小而定，水样先通过干净的的筛绢进行过滤，在用5m Isopore（Millipore）聚碳酸酯滤膜预过滤，最后用GF/F滤膜（Whatman，玻璃纤维滤纸）将预过滤的水样进行过滤收集超微型藻类。将滤纸折叠，用干净的吸水纸将滤膜上的水分吸干，放进铝箔袋中封装，铝箔袋上记录好采样时间、测站、过滤水量等信息，迅速贮存于液氮中，转回实验室后于超低温冰箱-80中保存至样品的分析测试。3.3 HPLC 分析方法的建立 分析系统为 Agilent 1260 Infinity Series 液相色谱工作站。 通过二极管阵列检测器(DAD)来检测洗出峰。色谱柱为 Eclipse XDB-C8 柱(Agilent, 德国)。流动相 A 为甲醇:1M 乙酸铵=80:20，流动相 B为甲醇。固定记录波长为 440nm 和 667nm，扫描范围 190-900nm。将叶绿素 a、叶绿素 b、硅甲藻黄素、岩藻黄素、新黄素、堇菜色素、别藻黄素、玉米黄素和叶黄素共8种光合色素分别选用 5 个浓度梯度后，以相同的实验条件通过HPLC分析获得不同浓度下的积分面积，以峰面积为x轴，色素量为y轴，通过线性回归得出线性方程，拟合直线的斜率即为某一光合色素的响应因子值（f ）。此过程要严格保持弱光的环境条件。3.4 香溪河库湾样品光合色素含量的测定 将样品从超低温冰箱或液氮罐中取出，待冰融化后用滤纸吸干多余水分，用剪刀将其剪成5mm1cm 碎片，置入 2mL 的离心管内，再加入 1.0mL DMF，振荡摇匀后置于冰箱内提取 40min，期间摇晃 1-2 次。将提取液在 4000rpm 下离心 3 分钟，取上清液，用 PTFE 滤膜过滤于棕色的色谱瓶中 0.5ml。随后，三峡水库样品光合色素含量的测定按照 3.3 的方法。其中叶绿素 a 表示总生物量，利用 SPSS17.0 统计软件的单因素 ANOVA 对总生物量进行时空差异性分析。3.5 藻类群落结构的分析 基于特征光合色素与叶绿素 a 的初始比值为基础，采用矩阵因子化程序 ChemTax(Chemcial Taxonomy），从而计算出各类型浮游植物的生物量。本研究中特征色素与叶绿素 a 的比值参考文献，将测定出的各季节各采样点的光合色素浓度输入 ChemTax 软件程序，从而计算出不同时空采样点超微型浮游植物的群落结构。利用 SPSS17.0 统计软件的单因素 ANOVA 对超微型浮游植物群落结构进行时空差异性分析。3.6 环境理化指标的测定 本研究测定的理化指标包括：现场理化指标：水体温度（ WT）、光照强度（ II）、溶解氧（ DO）、透明度（ SD）、 pH、电导率（ SPC）；室内水化学指标主要有总氮（ TN）、总磷(TP)、磷酸盐(P-PO43-)、硝酸盐(N-NO3)、铵盐(N-NH4+)、叶绿素 a（ Chl a）、化学需氧量（ COD）；其中现场理化数据主要通过 YSI、透明度盘、光度计等进行测量，而水化学指标分析测试方法参照国标法进行测定。利用SPSS17.0 统计软件的单因素 ANOVA 对超微型浮游植物群落结构进行时空差异性分析。3.7 超微型浮游植物群落结构与环境因子的互动关系分析 采用 Canoco for Windows 4.5 对超微型浮游植物群落结构和环境因子进行梯度分析( 任艳芹等，2011；董旭辉等， 2007) 。首先对物种变量进行去趋势对应分析( DCA) ( 张金屯， 2004) ，典范轴的最大梯度3.0 时采用冗余分析(RDA)，用 999 次蒙特卡罗( Monte-Carlo) 置换检验环境变量的显著性，检验标准 P0.01。4 撰写提纲一、摘要；二、采样点的选择及环境采样；三、样品采集与保存；四、基于HPLC光合色素分析的化学分类法的建立；五、香溪河库湾样品光合色素含量的测定；六、藻类群落结构的分析； 七、环境理化指标的测定； 八、超微型浮游植物群落结构与环境因子的互动关系分析5 实施计划: 第一阶段: 完成样品的采集与保存工作； 第二阶段: 完成文献调研、课题设计、完善基于HPLC光合色素的分离、分析和制 备等工作； 第三阶段: 与指导老师讨论实验进度及时间安排，进行光合色素的定性定量分析以 及光合色素多样性与浮游植物生物多样性的转换等工作； 第四阶段