（海洋生物学专业论文）几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响.pdf

几种重要环境因子对 球形棕囊藻生长和囊体形成的影响 摘要 球形棕囊藻是一种分布广泛的浮游植物，能够引起大规模的藻华，对海洋生 态系统碳循环、硫循环以及全球气候改变具有重要的影响。球形棕囊藻具有特殊 的生活史，由单细胞和囊体两个阶段组成。中国海域发现的棕囊藻具有独特的性 质，其囊体直径可以达到3 厘米，远远高于世界上其他海区发现的球形棕囊藻的 囊体直径，具有溶血毒性，在藻华爆发时引起严重的经济损失和生态灾难。因此 研究中国海区球形棕囊藻的生长具有重要的生态价值。本文通过室内培养实验， 研究了温度、盐度、硅藻以及不同维生素对球形棕囊藻生长及囊体形成的影响， 为渤海棕囊藻赤潮的预警与防治提供理论基础和科学依据。 球形棕囊藻渤海株能够适应较广的温度和盐度范围，在温度为2 0 ，盐度 为3 0 的条件下球形棕囊藻渤海株达到最大细胞密度。在实验设定的温盐范围内， 球形棕囊藻渤海株在温度1 5 3 0 ，盐度1 0 3 5 间都能够正常生长；当温度低于 2 0 和高于2 5 时，球形棕囊藻的细胞生长相对变慢，并且随着盐度的降低， 细胞生长更加缓慢，当盐度降到1 0 和1 5 时，球形棕囊藻没有明显的增长，说明 当温度超出最适生长范围( 2 0 一2 5 ) 时，球形棕囊藻渤海株对低盐度的耐受力 明显下降。 棕囊藻的藻华现场发现，囊体有时会附着在角毛藻上，但其对棕囊藻囊体形 成的影响和机制没有专门的研究。本次实验通过小角毛藻和球形棕囊藻的共培 养，观察球形棕囊藻囊体形成和生长状况，研究小角毛藻对球形棕囊藻囊体形成 的影响。结果表明：在混合培养下，球形棕囊藻的游离鞭毛细胞生长受到抵制， 而囊体的密度却明显高于单独培养时的密度，但持续时间较短；而单独培养体系 下，棕囊藻游离鞭毛细胞密度和囊体体积均高于混合培养，囊体的存在时间较长。 小角毛藻的存在对囊体的形成具有促进效应，这对于球形棕囊藻囊具有重要的生 i v 态意义，有利于棕囊藻藻华的形成。 实验室培养球形棕囊藻时发现，维生素的添加对于囊体的形成和生长具有选 择性的影响。维生素b 1 对球形棕囊藻游离鞭毛细胞的生长有明显的促进作用，； 而b 1 2 的存在会导致棕囊藻细胞生长缓慢，并且抑制囊体形成；h 对球棕囊藻 游离鞭毛细胞的生长和囊体的形成没有明显的促进作用，但也没有抑制作用。在 不添加维生素的情况下，棕囊藻同样形成囊体，且囊体的形态和结构并不受到显 著的影响。因此维生素的缺乏并没有影响棕囊藻的生长和限制囊体的形成，棕囊 藻属中的不同种对维生素的需求可能是不同的。 关键词：球形棕囊藻；囊体；单细胞；藻华；温度；盐度；角毛藻；维生素 v t h ea f f e c t so fs e v e r a li m p o r t a n te n v i r o n m e n t a l f a c t o r so nt h eg r o w t ha n df o r m i n go fc o l o n i e s o f p h a e o c y s t i sg l o b o s a a b s tr a c t t h eg e n u sp h a e o c y s t i si saw o r l d w i d ec o l o n y - b l o o m i n gs p e c i e sw h i c hp l a y sa l l i m p o r t a n tr o l e o nb i o g e o c h e m i c a lc y c l e si n c l u d i n gt h eg l o b a lc a r b o na n ds u l p h u r c y c l ea sw e l la sg l o b a lc l i m a t e p h a e o c y s t i sh a sap o l y m o r p h i cl i f ec y c l ew h i c h c o n s i s to fc o l o n ya n df l a g e l l a t e d c e l l s p g l o b o s as a m p l e df r o mc h i n as e a ，淅t h d i a m e t e ro fu pt o3c m ，c o n t a i n st o x i nw h i c hr e s u l t e di nm a s s i v ee c o n o m yl o s sa n d e c o l o g i c a ld i s a s t e r t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt os t u d yt h eg r o w t ho fp g l o b o s ai n c h i n as e aa n dt h e i rg r o w t hm e c h a n i s m s t h ee f f e c t so fv a r y i n gt e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , d i a t o ma n dv i t a m i no nt h eg r o w t ha n dc o l o n y - f o r m i n go fp g l o b o s aw e r ed e s c r i b e di n t h et h e s i s t e m p e r a t u r ea n ds a l i n i t yp l a ya ni m p o r t a n tr o l e i nc o n t r o l l i n gt h eg r o w t ho f p g l o b o s as o l i t a r yc e l l s e x p e r i m e n t s s h o wt h a t ，t h eo p t i m a lt e m p e r a t u r er a n g ef o r s o l i t a r yc e l l si s2 0 2 5 。c ，a n dt h e yc o u l dl i v ea tw i d es a l i n i t yr a n g eo f10 - 35u n d e r t h i s r a n g e t h eh i g h e s tc e l la b u n d a n c ew a sf o u n da ts a l i n i t yo f3 0 u n d e r2 0 。c t h e o p t i m a ls a l i n i t yf o rp g l o b o s ar a n g e df r o m3 0 - 3 5 w h e ne x p o s e dt o15 ca n d3 0 c ， p g l o b o s ag r e wa tr e l a t i v es m a l lg r o w t hr a t e t h eg r o w t hd e c r e a s e dw i t hs a l i n i t ya n d c e a s ew h e ns a l i n i t yd e c r e a s e dt o10a n d15 ，s u g g e s t i n gt h ea b i l i t yt ot o l e r a t et h e e x t r e m es a l i n i t yd e c r e a s e dw h e ne x p o s e dt oe x t r e m et e m p e r a t u r e pg l o b o s ai s c a p a b l eo fa d a p t i n gw i d er a n g eo ft e m p e r a t u r ea n ds a l i n i t ya n d t h e r e f o r ee u r y h a l i n o u s a n de u r y t h e r mo r g a n i s m t h e s ep r o p e r t i e so fp g l o b o s af a v o ro ft h ed e v e l o p m e n to f c o l o n y - b l o o mi nd i f f e r e n ts e aa r e ai nt h ew o r l d i th a sb e e ns u g g e s t e dt h a tas o l i ds u b s t r a t ei sn e c e s s a r yf o rt h ei n i t i a lf r o ms i n g l e c e l l st ot h ec o l o n i a lm o r p h o l o g y i nf i e l d ss a m p l e s ，s m a l lc o l o n i e sa r eo f t e na t t a c h e d v i t oc h a e t o c e r o ss p ps e t a e b u tt h er e s e a r c ho nr e l a t i o n s h i po fc h a e t o c e r o sw i t h p h a e o c y s t i sw a sl a c k i n g w ec o n d u c t e di n c u b a t ee x p e r i m e n tc o n s i s t i n go fm i x e da n d i n d e p e n d e n tc u l t i v a t i o nt od e t e r m i n et h ea f f e c t so fe x i s t e n c eo fcm i n i m u so nt h e c o l o n yf o r m a t i o no fpg l o b o s a o u rr e s u l t ss h o w e dt h a tcm i n i m u sa t t a c h e dt ot h e c o l o n i e sa n dt h a ta t t a c h m e n ti n f l u e n c e dt h ef o r m a t i o no fc o l o n i e si nm i x e dc u l t u r e t h ec o l o n ys i z ea n ds o l i t a r yc e l ld e n s i t yo fp g l o b o s ad e c r e a s e di n r e l a t i v et o i n d e p e n d e n te x p e r i m e n t s i ni n d e p e n d e n tc u l t u r e s ，t h el i f ed u r a t i o no fc o l o n i e s ，s i n g l e c e l ld e n s i t ya n dc o l o n ys i z ew e r eh i g h e rs i g n i f i c a n t l yt h a nt h o s ei nm i x e dc u l t u r e t h e a t t a c e h m e n to fcm i n u n u st oc o l o n i e sa l l o w e dp g l o b o s at od e v e l o pm o r ec o l o n i e s ， w h i c hm a yh e l pp g l o b o s at od e c r e a s em o r t a l i t yd e r i v e df r o mg r a z i n g c o l o n y f o r m a t i o ni so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tc o m p e t i t i v es t r a t e g i e so f p g l o b o s a c o l o n i e so fp g l o b o s aw e r eo f t e na b s e n ti nt h el a bb a t c hc u l t u r e s ，t h ea d d i t i o no f v i t a m i nh a ss e l e c t i v ei m p a c to nt h eg r o w t ha n dc o l o n y f o r m i n go fp h a e o c y s t i s v i t a m i nb1s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dt h eg r o w t ho fs o l i t a r yc e l l sm o r et h a nt h ef o r m i n g o fc o l o n i e s v i t a m i nb12d e c r e a s e dt h eg r o w t ho fs o l i t a r yc e l la n di n h i b i t e dt h e d e v e l o p m e n to fc o l o n i e s i na d d i t i o n ，t h ev i t a m i nha f f e c t e di n s i g n i f i c a n to nt h e g r o w t ho fs o l i t a r yc e l l sa n dc o l o n y f o r m i n g b u tt h el a c ko fv i t a m i nd o e s n ta f f e c to n t h eg r o w t ho fp p h a e o c y s t i sa n dr e s t r i c to fc o l o n yf o r m a t i o n ，t h er e q u i r e m e n to f v i t a m i nm a yd i f f e r e n tb e t w e e nt h es p e c i e s t h e r e f o r e ，t h ev i t a m i nc a n n o tr e t r i c tt h e b l o o mo fp p h a e o c y s t i s k e yw o r d s ：p h a e o c y s t i s ；c o l o n y ；s o l i t a r yc e l l ；b l o o m ；t e m p e r a t u r e ；s a l i n i t y ； c h a e t o c e r o s ；v i t a m i n v i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：雄芬 同期：卅年。6 月同 学位论文使用授权说明 本人完全了解国家海洋局第一海洋研究所关于收集、保存、使用 学位论文的规定，即： 按照本所要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务； 研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 研究所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 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：檠善翮签名：馓 f 1 期：加7 年护6 月7 r 黎慧 几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 o 前言 棕囊藻( p h a e o c y s t i s ) 广泛分布于全球各个海区，从两极到热带都有分布，并 且经常引发大规模的赤潮( s m i t he t a l ，1 9 9 1 ：b a u m a n ne t a l ，1 9 9 4 ) 。球形棕囊 藻具有独特的生活史，能够在游离单细胞和囊体状态之间相互转换，单细胞直径 只有几个微米，而囊体能够包含几百个甚至上千个细胞，其直径可以达到3 厘米 ( r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 4 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 ) 。棕囊藻能够产生二甲基硫醚 ( d m s ，c h 3 s - c h 3 ) 和二甲基硫基丙酸( d m s p ，( c h 3 ) 2 s c h 2 c o o h ) ， d m s 进入到大气中，是全球大气硫通量的主要组成部分，对全球的硫循环、云 凝结核的形成及气候调节有重大影响( c h a r l s o n ，1 9 8 7 ；k e l l e r ，1 9 8 9 ) 。棕囊藻 含有较高的碳量，发生藻华时能够吸收大量的二氧化碳，因此棕囊藻对于海洋与 大气之间碳的转化也具有重要的影响。 近年来，世界范围内爆发棕囊藻赤潮的频率越来越高，地理范围不断扩大， 危害越来越严重，引起了人们的关注。北大西洋的温带港湾及其沿岸海域、北海 沿岸海域、挪威海、荷兰、阿拉伯海湾等地都有棕囊藻赤潮爆发，而且爆发频率 呈上升趋势。由于棕囊藻赤潮危害的严重性，国际海洋研究委员会( s c o r ) 成 立的第1 2 0 工作组( s c o rw g1 2 0 ) 专门对棕囊藻赤潮进行研究。 我国发生的棕囊藻藻华以及棕囊藻都具有不同的特点。我国发现的棕囊藻含 有溶血毒素，可以直接杀死养殖鱼类，另外一个显著的特点是我国发现的棕囊藻 囊体直径达到3 c m ，显著高于其他地方发现的囊体直径。1 9 9 7 年8 月，我国东 南沿海首次发生大规模棕囊藻赤潮。在之后的几年内，棕囊藻赤潮经常在中国南 海海区发生，并带来了严重的经济损失。2 0 0 4 年6 月，渤海首次发生棕囊藻赤 潮。经过鉴定，我国所发生的棕囊藻赤潮种类都是球形棕囊藻( c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ； 曲凌云等，2 0 0 8 ) 。南海和渤海的球形棕囊藻对沿海水产养殖业产生了严重的影 响，导致了巨大的经济损失。在棕囊藻赤潮暴发时，大量囊体浮在水面上，由于 囊体表面能够分泌粘液，因此会贴在鱼鳃上，导致大量鱼类因无法正常呼吸而窒 息死亡；棕囊藻还能够产生溶血毒素，对海洋生物甚至于人类的健康都会造成极 大的危害( 何家菀等，1 9 9 9 ) ：另外，在棕囊藻赤潮的衰败过程中，由于囊体大 黎慧几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 量下沉，造成水体中溶解性及颗粒性有机碳含量大幅上升，由于微生物的好氧分 解，使水体溶解氧严重不足，使大量海洋生物死亡，水质进一步恶化，严重破坏 了海洋环境。 由于南海和渤海纬度相差较大，相对南海的球形棕囊藻已经做了较为详细的 研究，而渤海的球形棕囊藻的研究还是空白，由于渤海生态系统是环渤海经济圈 的重要支撑系统，其服务功能对该地区乃至全国经济社会发展起着决定性的保障 作用，加上渤海又是一半封闭型内海，复杂的地理构造使其水体自净能力和交换 能力很差，所以一旦棕囊藻在渤海形成大规模赤潮，其造成的灾难和损失无疑是 巨大的。因此在本文中，我们研究了一些重要的环境因子对渤海株球形棕囊藻生 长以及囊体形成的影响，这些研究有助于进一步了解球形棕囊藻游离鞭毛细胞和 囊体的影响，从而为渤海棕囊藻赤潮的预防和治理提供理论基础。 1 棕囊藻的研究进展 棕囊藻是一种广泛分布于海洋中的定鞭藻类之一，隶属于定鞭藻门 ( h a p t o p h y t a ) ，定鞭藻纲( p r y m n e s i o p h y c e a e ) ，定鞭藻目( p r y m n s i a l e s ) ，棕囊 藻科( p h a e o c y s t a c e a e ) ( g r e e na n dj o r d a n ，1 9 9 4 ) 。它广泛分布于世界各个海域， 并能引起大规模藻华。对棕囊藻的研究，不仅是因为藻华期间可释放较高的有机 碳( 可达到1 0m gc l ) ，而且因为它们具有独特的生理学特征，这些特征深深地 影响了食物网结构，进而影响了全球的地化循环和气候变化。尤其重要的是棕囊 藻异型生活史的存在，可以在直径为3 - 9 “m 的单个细胞( 无性繁殖细胞，无性 鞭毛细胞) 和囊体间相互转换。囊体直径一般为几十个微米到几个毫米，也有的 能达到3 厘米，包含着上百个甚至数以千计的细胞，这些细胞被多糖凝胶包裹连 接在一起。囊体形态的存在被认为是棕囊藻在海洋生态系统中成功的重要原因 ( l a n c e l o ta n dr o u s s e a u ，1 9 9 4 ：h a m m ，2 0 0 0 ) 。 1 1 棕囊藻的发现和分类 最初发现的棕囊藻是波切氏棕囊藻，是法国生物学家p o u c h e t 于18 9 0 年在 北大西洋发现，将它描述为t e t r a s p o r a p o u c h e t i ( p o u c h e tm g ，1 8 9 2 ) ，而棕囊藻 2 黎慧几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 正确的分类和棕囊藻属的建立是由l a g e r h e i m 确定的，l a g e r h e i m ( l a g e r h e i m ， 1 8 9 3 ，1 8 9 6 ) 将最初发现的棕囊藻定名为：p h a e o c y s t i s p o u c h e t i i ( h a r i o ti np o u c h e t ， l a g e r h e i m ，l8 9 6 ) 。 在p o u c h e t 发现p h a e o c y s t i sp o u c h e t i i 后不久，又发现另外两种棕囊藻。 s c h e r f f e l ( 1 8 9 9 ) 描述了在北海中的球形棕囊藻僻g l o b o s a ) ，它生存于温带水域 中。在寒冷的北大西洋中，k a r s t e n ( 1 9 0 5 ) 发现了南极棕囊藻僻a n t a r c t i c a ) 。这 三个种都是在四千年前开始从世界性的温水种演变再来的( m e d l i n e ta 1 ，1 9 9 4 ) ， 它们共同的特点是都存在两种生活史，能够在单细胞( s o l i t a r yc e l l s ) 和囊体( c o l o n y ) 之间相互转换。单细胞直径约5 - 9 i - t m ，却能形成直径为2 0 m m 的囊体，在中国南 海，发现了直径约为3 c m 囊体( r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 4 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 ； c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ) 。棕囊藻是二十世纪研究最热门的海洋浮游藻类之一。在二十 世纪末，人们利用电子显微镜方法以及r r n a 基因序列，又描述了棕囊藻的三个 新种，即ps c r o b i c u l a t a ，尸c o r d a t a 和尸j a h n i i ( m o e s t r u p ，19 7 9 ；z i n g o n ee ta 1 ， 1 9 9 9 ) ，与上述三种能够形成囊体的种类不同，后来发现的三种棕囊藻只存在单 细胞形态，并没有发现囊体形态。 1 2 棕囊藻的形态 1 2 1 单细胞的形态与结构 在棕囊藻的长期研究过程中，由于研究方法和工具以及习惯的不同，以及棕 囊藻生活史的复杂性和形态多变性，棕囊藻细胞的名称也多种多样：具鞭毛单细 胞形态，无鞭毛单细胞形态，游动单细胞，囊体具鞭毛细胞，微鞭毛细胞和小孢 子细胞。以球形棕囊藻为例，经过多年的研究发现，球形棕囊藻主要存在4 种类 型的细胞：两种单倍体的鞭毛细胞、二倍体的鞭毛细胞及囊体细胞( r o u s s e a ue t a 1 ，2 0 0 7 ) 。 1 2 1 1 单倍体鞭毛细胞 在室内培养和现场实验中，单倍体鞭毛细胞最为常见。这些细胞都呈球状， 体积比囊体细胞小，直径为3 - 5l a m ( k o m m a n n ，1 9 5 5 ) 或3 - 6p m ( p a r k ee ta 1 ，1 9 7 1 ) 3 黎慧几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 或3 6 5 8u m ( r o u s s e a ue ta i ，2 0 0 7 ) 。经过流式细胞仪检测发现这种细胞为单倍 体。这些鞭毛细胞游动的速度很快( k o m a m a n n ，1 9 5 5 ；p a r k ee ta ，1 9 7 1 ) ，并且 能够进行快速的无性繁殖( k o m a m a n n ，1 9 5 5 ：p a r k ee ta 1 ，1 9 7 1 ；r o u s s e a ue la 1 ， 1 9 9 4 ；v a u l o te ta 1 ，1 9 9 4 ) 。细胞长有两条等长的鞭毛( 1 0 15 r t m ) 和一根定鞭毛( 3 - 4 岬) 。鞭毛可以摆动，使棕囊藻自由的游动，定鞭毛的远端比近段更粗一些。细 胞两侧覆盖着两种不同形状的有机鳞片，在电镜下，细胞体表面呈现出山脊的形 态( p a r k ee ta 1 ，19 7 1 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 a ) 。 单倍体的鞭毛细胞有两种。一种细胞直径3 - 6 i t m ，细胞表面生有两个明亮的 小泡。这两个小泡发射出一些纤维，长约2 0 p t m ，直径0 0 5 1 a m ，成分是仅一几丁质 ( a l p h a - c h i t i n ) ( c h r e t i e n n o t - d i n e te ta l ，1 9 9 7 ) 。这些纤维可以形成很独特的五角星 形状( p a r k ee ta 1 ，1 9 7 1 ) ，但是五角星的作用还不清楚。有的学者推测是在囊体 形成之前用这些纤维粘附在坚固的表面上( c h r e t i e n n o t d i n e t ，1 9 9 9 ) ，或者有抵制 浮游动物摄食的作用( p e p e r z a ke la 1 ，2 0 0 0 a ；d u t za n dl o s k i ；2 0 0 6 ) 。另一种单 倍体鞭毛细胞，直径3 - 5 ，t m ，不具有小泡和纤维( p a r k ee ta 1 ，1 9 7 1 ；p e p e r z a ke ta 1 ， 2 0 0 0 a ) 。细胞直径大小和是否具有产生纤维的能力是鉴定两种单倍体鞭毛细胞的 依据( m a n t o na n dl e a d b e a t e r ，1 9 7 4 ) 。 棕囊藻囊体即将衰败的期间，经常可以看到单倍体鞭毛细胞在囊体内部游 动，并且细胞大小不一，因此有学者认为单倍体细胞的出现代表着囊体即将消失 ( k o m m a n n ，1 9 5 5 ) 。无论室内培养还是现场实验，都可以看到大量的这种鞭毛细 胞，要么存在于衰败的囊体 ( s c h e r f f e l ，1 8 9 9 ，1 9 0 0 ；c a d e e ，1 9 9 1 ，p e p e r z a ke t a 1 ，1 9 9 8 ，2 0 0 0 a ) ，要么已经被释放到水体中，成为自由游动的细胞( j o n e sa n dh a q ， 1 9 6 3 ；a d m i r a a la n dv e n e k a m p1 9 8 6 ；v e l d h u i se ta 1 ，1 9 8 6 ；v e r i t ye ta 1 ，1 9 8 8 b ： e s c a r a b a g ee ta 1 ，1 9 9 5 ) 。而且这些小的细胞无一例外的都出现了五角星状的纤 维。k o m m a n n ( 1 9 5 5 ) 建议这种形态细胞的出现是棕囊藻两个生长高峰的过渡状 态，或者作为恶劣生活条件下的过渡状态。 1 2 1 2 二倍体鞭毛状态 二倍体的鞭毛细胞只在室内培养环境中发现，生活周期短暂，属于一个过渡 状态。生长状态良好的细胞直径和囊体内细胞直径相似，直径为4 5 8 0 “m 4 黎慧几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 ( k o r n m a n n ，1 9 5 5 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 a ) 。具有两根鞭毛和一根定鞭毛，但没 有鳞片、纤维及星状结构( r o u s s e a ue ta 1 ，2 0 0 7 ) 。囊体破裂之后，囊体内的二倍 体细胞释放出来，就形成这种类型的细胞，它依然是二倍体。这些细胞一旦粘附 于坚固的表面上，可以在一天之内形成新的囊体( k o m m a n n ，1 9 5 5 ；k a y s e r ，1 9 7 0 ； c a r i o ue la 1 ，1 9 9 4 ；r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 4 ) 。一些颗粒( r o u s s e a ue ta i ，1 9 9 4 ) ， 培养器皿的表面( k a y s e r ，1 9 7 0 ；c a r i o ne ta 1 ，1 9 9 4 ) 或是硅藻( 例如角毛藻的刺 毛) ( w e i s s ee ta 1 ，1 9 8 6 ；b o a l c h ，1 9 8 7 ；r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 4 ) 都可以作为粘附 的介质。这种细胞能否进行减数分裂尚不清楚，但是发现它可以进行无性繁殖 ( k a y s e r ，1 9 7 0 ) 。 1 2 1 3 囊体细胞 囊体细胞内有2 至4 个色素体，没有鳞片、定鞭毛和鞭毛，细胞被包裹在凝 胶质i 为( k o m m a n n ，1 9 5 5 ) 。细胞长有两个短的附肢，但是功能和性质尚不清楚 ( r o u s s e a u ，2 0 0 7 ) 。生长状态良好的细胞直径范围为4 5 - 8 0 岬o m m a n n ，1 9 5 5 ) 而被l u g o l 试剂固定后，细胞直径会略微缩小，通常为5 6 8 3 1 t m ( p e p e r z a ke ta 1 ， 2 0 0 0 a ) 或者4 6 - 7 8 1 x m ( r o u s s e a ue ta 1 ，2 0 0 7 ) 。细胞均为二倍体( c a r i o ue ta 1 ，1 9 9 4 ； v a u l o te ta 1 ，1 9 9 4 ) ，均匀的分布于距离囊体外被1 5 2 0 t m 处的区域。细胞通过 凝胶互相连接( k o r n m m m ，1 9 9 5 ：v a nr i j s s e le ta 1 ，1 9 9 7 ；h a m me ta 1 ，1 9 9 9 ) 。 棕囊藻在室内培养过程中，经常观察到一种不能自由游动的细胞，这种细胞 形态上与上述囊体细胞相似，有相同的直径范围，没有鞭毛和定鞭毛( k o r n r n a n n ， 1 9 5 5 ；r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 0 ；1 9 9 4 ；p e p e r z a k ，1 9 9 3 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 a ； d u t za n dk o s k i ，2 0 0 6 ) ，也没有鳞片( p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 a ) ，并且也是二倍体 ( p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 a ) 。由于上述原因，许多研究认为这种细胞可能是在囊体破 损后，囊体中的细胞被释放出来，因此二者没有任何差异( p e p e r z a ke ta ，2 0 0 0 a ； d u t za n dk o s k i ，2 0 0 6 ) 。 1 2 2 囊体的形态与结构 球形棕囊藻囊体的结构和组成已经研究了一个世纪，直到1 9 9 9 年，h a m m 5 黎慧几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响 硕士学位论文 等利用微管抽吸技术对球形棕囊藻的囊体进行了细致的研究，人们对囊体的结构 和组成才有了比较清楚的认识( h a r e mce ，s i m s o nda ，m e r k e lre ta 1 ，1 9 9 9 ) 。 l a g e r h e i m ( 1 8 9 6 ) 当时还不清楚囊体是充满了黏液，整个囊体像装满水的袋 子( b a g so fw a t e r ) ，还是由一层层的凝胶物质围成的球体。s c h e r f f e l ( 1 9 0 0 ) 提 出一个比较形象的比喻，他假设整个囊体都是凝胶物质，类似于一个果冻( b a l l so f j e u y ) 。k o m m a n n ( 1 9 5 5 ) 把球形棕囊藻的囊体描述为有一层相隔1 5g m 的凝胶层 包围成的球体，这个球体包含着很多细胞。v a nr i j s s e l 等( 1 9 9 7 ) 研究结果说明囊 体是中空的，细胞被周围的粘液物质包裹。h a m m 等( 1 9 9 9 ) 利用细胞微管抽吸 技术，第一次详细的描述了棕囊藻的囊体结构和组成特征。他们的结果认为，囊 体的细胞包裹在囊体外被的内表面，囊体是中空的，充满着粘液，因此证明了 l a g e r h e i m 在1 0 0 多年前的假设基本上是正确的。 球形棕囊藻的囊体直径范围通常为1 0 “m 9m m ( k a y s e rh ，1 9 7 0 ) ，在中国 南海发现的球形棕囊藻的囊体直径可达到2 0 3 0m m ( c h e ne ta 1 ，2 0 0 2 ) ，是至 今为止发现的最大的棕囊藻囊体。囊体一般都是圆球状，当直径变大，或者受到 外力压迫时，囊体就会变形，研究证明囊体内部存在膨胀压维持着囊体的形状 ( r o u s s e a u v ，v a u l o t d ，c a s o t t i r ，e t a l ，1 9 9 4 ：k o m m a n n p ，1 9 5 5 ) 。球形棕 囊藻的囊体外被是一层清薄、透明但很坚韧的组织，这层组织随囊体的扩大和缩 小，厚度可以在小于1 岬8 m 之间变化，囊体的外被组织弹性很好，能够承受 较大压力而不易破裂( h a m mce ，s i m s o nda ，m e r k e lre ta 1 ，1 9 9 9 ) 。囊体外 被分布着直径小于4 4n n l 的微孔，囊体内部的细胞通过这些微孔同外界进行空 气，水分子以及营养物质的交换，并且阻止粒径较大的物质进入，如病毒、细菌 及原生动物等。外被组织下面是一层厚度达到几个微米的稀粘液。直径大于5 0 0 “m 的囊体在显微镜下可见这层粘液，粘液层在囊体的内圈显示出一圈淡淡的黑 色。黏液层下数以千计的细胞被粘附在透明的黏液上( r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 0 ；v a n r i j s s e le ta 1 ，1 9 9 7 ) ，细胞通过这些粘液互相连接，粘液很可能作为细胞之间交 流的介质。但是连接细胞之间的黏液非常的脆弱，可以被微弱的力量扯断。而且 细胞的布朗运动也会受到限制。棕囊藻黏液的主要成分是多糖，其种类至少有八 种( j a n s ee ta 1 ，1 9 9 6 b ) ，多糖的比例占到囊体全部的2 0 9 0 ( g u i l l a r da n d h e l l e b u s t ，19 71 ：g i e s k e sa n dv a nb e n n e k o m ，19 7 3 ：l a n c e l o ta n dm a t h o t ，19 8 5 ： 6 黎慧 几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 v e l d h u i sa n da d m i r a a l ，1 9 8 5 ；r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 0 ；v e r i t ye la 1 ，1 9 9 1 ) 。但是 黏液的分子结构仍然不清楚( v a nr i j s s e l ，1 9 9 7 ) 。 1 3 球形棕囊藻的生活史 球形棕囊藻复杂的生活史是理解其在生态系统中占据重要位置的关键 ( v e r i t ye ta 1 ，1 9 8 8 b ；r o u s s e a ue ta 1 ，1 9 9 4 ；p e p e r z a ke ta 1 ，2 0 0 0 ) 。研究发现球 形棕囊藻存在有性和无性两种生殖方式，且细胞可在单倍体和二倍体之间相互转 换。两种倍性的细胞都可进行有丝分裂( 图1 1 ) 。球形棕囊藻囊体形成和消亡期 间，有性生殖是主要的生殖方式，同时也存在无性生殖( r o u s s e a uv ， c h r d t i e n n o t d i n e tmja n dj a c o b s e na ，e la l ，2 0 0 7 ) 。 球形棕囊藻有性生殖( 细胞质和细胞核的融合及合子的形成) 发生在囊体形 成之前，单倍体的细胞不能够直接形成囊体，而是需要配子结合，先形成二倍体 的合子，再由这些二倍体合子聚集进而形成囊体。二倍体细胞生存的时间取决于 囊体生存的周期。当囊体开始衰败但是尚未破裂时，囊体内的二倍体细胞通过减 数分裂产生单倍体细胞，此时的细胞具有鞭毛，可以游动( r o u s s e a uv ，v a u l o td ， c a s o t t ir ，e la 1 ，1 9 9 4 ；k o m m a n np ，1 9 5 5 ) 。囊体破裂后，单倍体的细胞释放 到水里，准备开始进行下一个生活史循环。但是大部分单倍体细胞，失去了囊体 的保护，容易被各种浮游动物摄食和被细菌、病毒侵蚀，物质和能量传递到微食 物环中( l a n c e l o tca n dr o u s e a uv ，1 9 9 4 ；l a n c e l o tca n dr o u s e a uv ，2 0 0 2 ) 。 7 婺慧几种重要环境园子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 a g c i l m c 图i1 球形棕曩藻的单倍体一二倍体生活史 f i g 11t h eh a p t o i d - d i p l o l d l mc y c l eo f p 曲6 ( r o u 镕e a u “a ，2 0 0 7 ) 球形棕囊藻二倍体细胞通过两个不同的途径进行无性繁殖，囊体细胞二倍体 鞭毛细胞参与其中。第一个途径引起囊体的生长通过囊体内细胞的的有丝分裂 实现，其结果使囊体体积不断增大。但是这个过程在球形棕囊藻生活史中的重 要性不太显著( r o u s s e a uv ，v a u l o td ，c a s o t t ir e la l ，1 9 9 4 ：k o r n m m a np ， 1 9 5 5 ) 。第二个途径涉及到从囊体内释放出来的二倍体鞭毛细胞它们的生活周 期十分短暂，能够在一天之内迅速的引发囊体的再次形成( c a r i o u v ，c a s o t t i r ， b i r d e njl ，e t a l ，1 9 9 4 ) 因此，二倍体鞭毛细胞与囊体共同存在，此途径使棕 囊藻能够不断的产生新的囊体。由于囊体状态使得球形棕囊藻具有更好的防御摊 略。因此第二个途径具有更为重要的生态意义。 影响球形棕囊藻在两种形态之间转化的因素有很多。其中，磷酸盐的限制 ( v e l d h u i s a n d a d m i r a a l1 9 8 7 ；c a r i o ue t a l ，1 9 9 4 ) ，光照强度的改变( k o m m a n n ， 1 9 5 5 ；p e p e r z a k ，1 9 9 3 ：p e p c r z a ke t a l ，1 9 9 8 ) ，某些硅藻的化学刺激( r o u s s e a ue t a l ，2 0 0 6 ) 被认为是主要的影响园子。要求一个稳定的固体基质也被认为是囊体 形成的条件之一角毛藻的毛和刺可以提供棕囊藻依附的条件( r o u s s e a ue ta l 1 9 9 舢。但是很多研究发现，球形棕囊藻在实验室培养中通过无性繁殖的途径也 可形成囊体。例如，利用囊体破裂后出来的单细胞进行接种。这些研究显示附着 黎慧 几种重要环境因子对球形棕囊藻生长和囊体形成的影响硕士学位论文 物质，搅动和磷酸盐等因素只是刺激无性繁殖的因素( 表1 1 ) 。 表1 1 球形棕囊藻由游动单细胞转化为囊体阶段的影响因子 t a b l e1 1f a c t o r si n v o l v e di nt h et r a n s i t i o nf r o mf r e e l i v i n gc e l lt oc o l o n i a ls t a g ei np g l o b o s a ( c a r i o u v 酣口，1 9 9 4 ) e x p e f i m e n l a