（环境工程专业论文）胶州湾常见赤潮藻脂肪酸的动力学研究及其应用.pdf

c i a s s j f i e di n d e x ：q 14 u d c ： 舢i j i j j f | i i | i i | i j j f i j f j l f f i i i j j f i 删 y 18 0 314 1 d i s s e r t a t i o nf o rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g l n e e r n g d y n a m i c so ff a t t ya c i d si n c o m m o nr e d t i d ea l g a e si nt h e j i a o z h o ub a ya n di t sa p p l i c a t i o n c a n d i d a t e ： s u p e r v i s o r ： a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ： s p e c i a l 锣： d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： u n i v e r s i 够： z h a n gl e p r o l ij i e m a s t e ro fe n g i n e 甜n g e n v i r o n 】 1 1 e n t a le n g i n e e r i n g j u n e2 0 1 0 q i n g d a ot e c l u l 0 1 0 9 i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 胶州湾常见赤潮藻 脂肪酸的动力学研究及其应用 摘要i a b s 仃a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 前言1 1 1 1 脂肪酸的分类、结构及命名1 1 1 2 海洋脂肪酸的来源及其生理功能3 1 1 3 海洋微藻脂肪酸的合成途径及影响其合成的因素4 1 1 4 海洋脂肪酸研究的传统意义6 1 1 5 胶州湾赤潮的相关概况7 1 2 课题研究的背景、意义及内容1 0 1 2 1 研究背景“1 0 1 2 2 研究意义1 0 1 2 3 研究内容一1 1 1 3 国内外研究现状1l 第2 章脂肪酸的气相色谱质谱( g c 肌s ) 分析1 3 2 1 引言1 3 2 2 材料与方法1 3 2 2 1 实验仪器与试剂1 3 2 2 2 脂肪酸的提取与纯化一1 4 2 2 3 样品的g c m s 上机测试1 7 2 3 结果与分析2 1 2 3 1 线性相关性2 1 2 3 2 混合标准品的同收率2 1 2 3 3 仪器精密度的测定2 2 2 3 4 方法重复性的测定2 3 2 4 小结2 3 第3 章胶州湾赤潮藻的脂肪酸动力学研究及其应用”2 4 3 1 引言2 4 3 2 材料与方法2 4 3 2 1 实验仪器与材料一2 4 3 2 2 实验准备一2 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 3 2 3 实验具体方法2 5 3 2 4 赤潮藻样品的脂肪酸分析2 7 3 3 结果”2 7 3 3 1 两种硅藻在生长期内的脂肪酸变化2 7 3 3 2 两种甲藻在生长期内的脂肪酸变化2 9 3 4 讨论与分析3 0 3 4 1 赤潮藻脂肪酸的变化规律3 0 3 4 2 赤潮藻脂肪酸变化规律的应用3 3 3 5 小结3 4 第4 章不同生长期的赤潮藻对海洋浮游动物的影响3 5 4 1 引言3 5 4 2 材料与方法3 5 4 2 1 藻的培养3 5 4 2 2 中华哲的采集3 6 4 2 3 中华哲的培养与产卵一3 6 4 2 4 赤潮藻和中华哲的脂肪酸分析3 7 4 3 结果”3 7 4 3 1 微藻和中华哲的脂肪酸组成与含量变化3 7 4 3 2s c 和p m 处理后中华哲的产卵率( e p r ) 4 3 4 4 讨论与分析4 4 4 4 1 饥饿处理对中华哲脂肪酸以及生殖的影响4 4 4 4 2 同一生长期内不同赤潮藻对中华哲脂肪酸以及生殖的影响4 5 4 4 3 同一赤潮藻不同生长期内对中华哲脂肪酸以及生殖的影响一4 6 4 5 小结4 7 第5 章结论与研究展望4 8 5 1 结 仑4 8 5 2 研究展望4 9 参考文献5 0 攻读硕士学位期间论文发表情况5 9 致谢6 0 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 全球气候变化和人类对海洋的加深影响引发了近海富营养化的增加和赤潮的 频发，导致海洋生物资源不断衰退。据记载，已有3 0 0 多种藻类引发了赤潮，其 中有8 0 多种能够产生藻毒素。目前，大部分研究都关注在赤潮藻毒素对海洋浮游 动物的抑制作用上。然而，藻类营养成分脂肪酸尤其是多元不饱和脂肪酸( p u f a ) ， 在细胞膜、视网膜、脑体、神经组织和某些激素的合成中具有不可替代的作用， 对海洋动物的生长发育起着至关重要的作用。在赤潮过程中，浮游植物优势种群 的演替及赤潮发展阶段的变化都会引起重要营养成分脂肪酸的变化，从而对浮游 动物乃至整个海洋动物产生深远的影响。由此可见，赤潮中藻毒素只是引起生物 资源衰退的一个方面。本文从营养的角度出发，在室内考察胶州湾内一些常见赤 潮种藻细胞脂肪酸随其生长期变化而变化的规律，并深度研究了这种变化给海洋 浮游动物带来的影响。 本文利用气相色谱一质谱( g c m s ) 技术，对胶州湾常见的四种赤潮藻( d i a t o m ： s 娩彪幻托e m 口c d s 纫m 朋，c 忍口p 幻c 口加jd 掘夕掰螂；d i n o n a g e l l a t e ：尸加加昭7 2 舰聊m f c 口，疆， 嘞筘f p 抛抛如d 娩以) 脂肪酸的组成特征及其在细胞生长期中的变化规律进行了 系统的分析，并且在室内考察了不同生长期的赤潮藻( & p 比幻n e m 口c 勉觑m ； m 加c p 咒砒z 肌m f c 口瑚) 对中华哲水蚤( 肠 螂s 锄f c 淞) 的影响。检测分析中，线性 相关性、回收率( 8 0 8 1 0 6 o ) 、精密度( r s d 3 ) 及方法重复性( r s d 9 ) 数据反映了本实验所采用的脂肪酸提取、纯化以及分析方法可靠且准确度较高。 仅从所分析的1 8 种脂肪酸来看：硅藻中饱和脂肪酸以c 1 4 ：o ，c 1 6 ：0 为主，多饱和 脂肪酸以c 1 8 ：2 ( 0 6 ，c 2 0 ：5 3 为主，含有少量c 2 2 ：6 ( 0 3 ；甲藻中饱和脂肪酸以c 1 6 ：o ， c 1 8 ：o 为主，多饱和脂肪酸以c 1 8 ：2 6 ，c 1 8 ：3 6 ，c 2 2 ：6 3 为主；其中，硅藻 青岛理工大学工学硕士学位论文 c 1 6 ：l ( 0 7 c 1 6 ：0 比值比甲藻要高的多。脂肪酸在藻细胞生长期中的大致变化规律 为：从藻细胞适应期开始，含量逐渐增加，在静止期达到最大，进入衰亡期后， 其量又开始降低。另外，研究表明：对数期的赤潮藻因其含有较多的脂肪酸，能 够使中华哲水蚤保持一定的产卵率，然而衰亡期的赤潮藻有终止中华哲水蚤产卵 的趋势。无论是处于对数期还是衰亡期，甲藻海洋原甲藻( m 加c 绷舰m 耽f 珊) 因其含有丰富的脂肪酸，尤其是多元不饱和脂肪酸( p u f a ) ，都比硅藻( 妣彪幻，z e 珑口 c o s 勉m m ) 中肋骨条藻更有利于中华哲水蚤的产卵。 关键词：赤潮藻；脂肪酸；生长期；浮游动物；气相色谱一质谱连用( g c m s ) a b s t r a c t g 1 0 b a lc l h a t ec h a i l g e sa 1 1 dd e 印e i l i n gi m p a c t so fh u m a nb e i n g so nt h eo c e a i l s c a u s e da i li n c r e a s ei i lm ec o a u s t a lc u 们p h i c a t i o na n dr e d t i d e s ， w h i c hr e s u l t e di n c o n t i n u o u sd e c l i n i n gi nm 撕n e1 i v i n gr e s o u r c e s a c c o r d i n gt op a s tr e c o r d s ， m o r en l a i l 3 0 0k i l l d so fa l g a e st r i g g e r e dr e d t i d e s ，o fw h i c hm o r em a i l8 0k i n d so fa l g a e sc a n p r o d u c ep h y t o x i i l s a tp r e s e n t ， m o s ts t i l d i e sh a v ef o c u s e do ni l l l l i b i t i o no f p h y c o t o x i n so nm 撕n ez 0 0 p l a n h o n h o w e v e r ， n u t r i e i l t so fa l g a e s ，s u c ha u sf a t t ) ，a c i d s e s p e c i a l l yp o l y u n s 栅a t e df a l 母a c i d s ( p u f a ) ，p l a ya ni 玎印1 a c e a b l e r 0 1 ei nm ec e l l m 既l b r 锄e ，r e t i n a ，b r a i n ，n e r v et i s s u ea n ds o m eh o m o n e m u s ，m e ya r ev i t a lf o r d e v e l o p m 锄ta n dr e c m i to fm 撕n ea n i m a l s d 谢n gr e d t i d e s ，b i o 矗c s u c c e s s i o no f d o m i n a n ta l g a es p e c i e sa n d 仃a n s f 0 衄a t i o n so fi t sd e v e l o p i n gp h a s e 耐1 1c a u s es o m e c h a n g e si nf i m ya c i d sw - h i c h 丽ub r i n ga b o u tp r o f i o 蚰di n f l u e i l c eo nz o o p l a i l l ( t o n ， e v e l l o nt h ew h 0 1 em a r i n ea n i m a l s f r o mw h a tw eh a v ed i s c u s s e d ，i ti s o b v i o u st h a t p h y c o t o x i n si sj u s to n ea s p e c tt oc a u s e ad e c l i n ei nb i o l o 百c a lr e s o u r c e t h i sp 印e r ，f r o n l s t a l l do f 姗t r i t i o n ，c o n d u c t e dar e s e a r c ho nf a 位ya c i d so ft h ec o m m o nr e d t i d e si nt h e j i a o z h o ub a ya 1 1 dt h ec h a n g i n gm l eo fi t sf a 仕ya c i d sa l o n gw i t hg r o w t hp h a s e s w h a t s m o r e ，w ea l s o 咖d i e dt h ei m p a c t so f “sc _ h a n g e s0 nm 撕n ez 0 0 p l a n k t o n a tt h es a m e t i m e t h i sp 印e rh a v ea n a l y s e dc h a r a c t 砥s t i cc o m p o s i t i o na l l dc h a i l 酉n gr e g u l 撕t yo f f a c t ya c i d so ft h ef o u rr e d t i d ea l g a e s ( 1 u 矗n gg r o w t hp h a s eb yg a sc h r o m a 幻g r a p h y m a s s s p e c 仃d m e t r y ( g c m s ) t e c h 0 1 0 9 y ，a n di n v e s t i g a t e di m p a c t so fd i 触e n tg r o 讹p h a s e o fr e d t i d ea l g a eo nc o p e p o d 白肠咒淞s 加f c 螂 h ld e t e c t i o na i l a l y s i s ， t h ed a t a ss u c ha s l i n e a rc o r r e l a t i o n ，r e c o v e 巧r a t e s ，p r e c i s i o n ，r 印e a t a b i l i t ya i l ds oo n ，s h o w t h em 锄o d o fe x t r a c t i o n ， p u 五c a t i o na u l de x 锄i n “o no ff 撕ya c i d sr e l i a b l ea n da c c u r a c y f r o m s e l e c t e d1 8f a t 砷a c i d s ：t h es a 昕a t e df a t t ya c i d sc 1 4 ：o ，c 1 6 ：oa r ed o m i n a n t ，t h em a i n p o l y u n s a 1 胁a t e d f a 仕y a c i d s 硼ec 18 ：2 6 ，c 2 0 ：5 3 ， w i t h o u tc 2 2 ：6 3i n d i a t o m 讹e r e a si nd i n o f l a g e l l a t e ，c 1 6 ：0 ，c 1 8 ：0 ，c 1 8 ：2 6 ，c 1 8 ：3 6 ，c 2 2 ：6 ( 0 3 撇 研m 科o b s e et h a tt h e r a t i oo f c l 6 ：1 7 c 1 6 ：0i s0 b v i o u s l yh i 庐e ri nd i a t o mt h a ni n d i n o n a g e l l a t e t h eg e n e r a lc h a l l g i n gt r e n do ff 矗t t ya c i d s i ng r o w 【hs t a g e so ft h er e d - t i d e a l g a e ss e e m sb em a t ： 仔o ma d a p t a t i v ep h a s e ， t h ec o n t e l l ti n c r e a s e 伊a d u a l l yp a s s m g 恤o u 曲1 0 9 撕t h l n i cp h a s e ，t h ev a l u eg e t t ot h ec l i m a xt i l ls t a t i o n a 巧p h a s e ，a n ds t a r tt o d e c r e a s ea ss o o na sd e c l i n ep h a s ec o m i n g f u r t h e rm o r e ，t h ep r e s e n td a t a si 1 1 d i c a t e ：t h e l o g 撕t h l n i cp h a s eo fr i d t i d ea l g a e sw h i c hc o n t a i nm o r e 胁y a c i d sc a i lm a k e 国缸n 淞 i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 s 伽z c 螂k e 印ad e g r e eo fe g g sp r o d u c t i o nr a t e ( e p r ) ，h o w e v e r ， t h ed e c l i n ep h a s eo f r i d - t i d ea l g a e sw e r et e r m i n a t i n gi t se g g sp r o d u c t i o ng m d u a l l yi nc o n t r a s t i nb o t h 乒o w m p h a s e ，d i n o n a g e l l a t e ( 户阳加c p 咒纱“mm z c 口，z s ) c o n t a i n i n gm o r ef - a t t ya c i d s ， p u f ai n p 州c u l a r ，w a sp r e f 确b l et od i a t o md i e t s ( 船8 彪幻，z e m 以c d s 勉玩，z ) f o re g g sp r o d u c t i o n k e yw o r d s ： r e d - t i d ea l g a e s ；f a t 够 a c i d s ；舯w t hp h a s e ； z o o p l a n k t o n ；g a s c h r o m a t o g r a p h y - m a s ss p e c 乜0 m e t r y ( g c m s ) i v 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 1 1 1 脂肪酸的分类、结构及命名 脂肪酸是指一端含有一个羧基的长的脂肪族碳氢链。按其饱和的程度来分， 分为饱和脂肪酸( s 仰a t e d 觚ya c i d s ，s 址1 a ) 、单不饱和脂肪酸( m o n o u n s a m r a t e df a 仕y a c i d s ，m u f a ) 和多不饱和脂肪酸( p 0 1 y 吼s a t u r a t e de 批ya c i d s ，p u f a ) 三大类。多不 饱和脂肪酸印o l y u n s a t u r a t e d 胁ya c i d s ，p u f a ) 系指含有两个或多个双键的长链 脂肪酸；单不饱和脂肪酸( m o n o u i l s a t i 】r a t e df 撕ya c i d s ，m u f a ) 含有一个双键；饱 和脂肪酸( s 知a t e df 狐ya c i d s ，s a f a ) 不含有双键。从营养角度来分，分为必需脂肪 酸( e s s e n t i a lf a 仕ya c i d s ，e f a ) 和非必须脂肪酸( u n e s s e n t i a lf a 钍ya c i d s ，u f a ) 。必需 脂肪酸( e s s e n t i a l 觚ya c i d s ，e f a ) ，是指异养型牛物体内不能合成或者即使能合成 也不能满足自身需要的必须通过食物获得的多元不饱和脂肪酸，这类脂肪酸对生 物机体和健康具有重要保护作用，主要包括3 和6 系列的多元不饱和脂肪酸u j ； 非必需脂肪酸( u n e s s e n t i a lf a t 坶a c i d s ，e f a ) 是机体可以自行合成的，不需要从食 物获得的脂肪酸。 脂肪酸的名称分为俗名( v i a ln 锄e ) 、系统名( s y s t e m a t i cn 锄e ) 和速记名 ( s h o r t h a n dn o m e l l c l a t u r e ) 三种。以a 亚麻酸( c 西9 ，1 2 ，1 5 一o c t a d e c a d i e n o i ca c i d ； 18 ：3 ( n 3 ) ) 为例( 其结构简式如图1 1 ) ：a 亚麻酸为其俗名；c 括一9 ，1 2 ，1 5 一o c t a d e c a d i e n o i c a c i d 是其系统名；1 8 ：3 ( n 一3 ) 则是速记名称。在系统名c 括9 ，1 2 ，1 5 o c t a d e c a d i e n o i ca c i d 中，c i s 9 ，1 2 ，1 5 则表示从羧基端开始3 个c 原子分别出现在第9 、1 2 和1 5 号c 原 子位上，且其结构为顺式结构( c i s ) ，也有反式结构，以t r 趾s 表示。在大多数结构 中，多不饱和脂肪酸的双键之间间隔3 个c 原子。在速记名1 8 ：3 ( n 一3 ) 中，1 8 代表 c 链的长度即c 原子个数，3 代表双键数，n 3 表示第一个双键出现在脂肪酸甲基 端的第3 号c 原子位上；很多表示法中，速记名1 8 ：3 ( n 3 ) 也可表示为1 8 ：3 9 表 示，此时9 表示从羧基端开始第一个双键出现在第9 号c 原子位上。为了简便， 传统上可以1 8 ：3 3 代替1 8 ：3 ( n 一3 ) ，文中以下部分均采用此法表示。一些常见长链 脂肪酸的俗名( t r i v i a ln a m e ) 、系统名( s y s t e m a t i cn a m e ) 和速记名( s h o r t h a n d 青岛理工大学工学硕士学位论文 n o m e i l c l 曲l r e ) 见表1 1 ： z z c h 3 c h 2 c h = c h c h 2 c h = c h c h 2 c h = c h ( c h 2 ) 7 c o o h l i n 0 1 e i l i ca c i d ，18 ：3 ( 9 z ，1 2 z ，1 5 z ) ，1 8 ：3 ( n 一3 ) c 妇- 9 ，12 ，15 一。比d e c a d i e n o i c 础掘 图1 1 ：a 一亚麻酸的结构简式及命名 表卜1 ：常见脂肪酸名称对照表 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 2 海洋脂肪酸的来源及其生理功能 1 1 2 1 海洋脂肪酸的来源 海洋食物链中传递的脂肪酸可能来源有海洋微藻、细菌、原生动物和海洋动 物自身合成等几个方面：海洋微藻的脂肪酸丰富多样，主要包括c 1 4 c 2 2 饱和脂 肪酸( s 舢认) 、单不饱和脂肪酸( 陌a ) 和多元不饱和脂肪酸( p 切a ) 【2 3 】；细 菌能合成c 1 5 、c 1 7 、18 ：1 ( 0 7 和一些含支链的脂肪酸【4 ，5 】；原生动物作为异养型生物 体内大部分脂肪酸来源于食物，但是纤毛虫能将一些前体脂肪酸转化合成为二十 碳五烯酸( e i c o s a p e n t a e n o i ca c i d ，e p a ；2 0 ：5 3 ) 和二十二碳六烯酸( d o c o s a h e x a e n o i c a c i d ，d h a ；2 2 ：6 3 ) 呻】等必需脂肪酸；海洋动物也能通过延长和去饱和作用合成e p a 和d h a ，然而合成的量是比较小的，并不能满足自身的需要，所需要的必需脂肪 酸必须从摄取的食物中获得7 ，8 1 。具有丰富脂肪酸含量的海洋微藻是海洋食物链的 主要初级生产力，决定了它才是整个海洋食物链脂肪酸的主要来源。 1 1 2 2 脂肪酸的生理功能 脂肪酸在海洋动物的生殖、发育和健康中发挥着重要的作用，然而对海洋动物 来说，不同脂肪酸所表现出来的重要性是不一样的。多不饱和脂肪酸酸在器官的 形成、组织结构的发育和繁殖力等方面表现出尤为重要的作用( 具体见表1 2 ) 。 许多实验已经证实：高浓度的硅藻由于缺乏一些必需的多元不饱和脂肪酸( p a ) 组分( 如1 8 ：4 ( n 3 ) ，1 8 ：5 ( n 3 ) ，1 8 ：3 ( n 6 ) ，2 2 ：6 ( n 3 ) 等) ，而使桡足类的生长和产卵 受到了限制【9 ，10 1 。此外，g ( 2 0 0 1 ) 【1 1 1 等人发现汤氏纺锤水蚤似c 口所口幻淞口) 的无 节幼体摄食e p a 和d h a 含量比较低的定鞭藻类以p d 垆细g 肠6 d s 口) 后出现了较高 的死亡率，并且大部分个体都没能完成无节幼体期的最终发育，而摄食e p a 和d h a 含量比较高的隐藻限 d 如m 伽以ss 口砌以) 后大部分个体完成了无节幼体期的发育。不 仅对海洋浮游动物具有重要作用，对其他海洋动物也表现出至关重要的影响。 p u f a 在保障幼鱼的发育、能量储存、组织以及细胞膜的形成等方面具有举足轻重 的作用 1 2 ，1 3 】；同时饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸也表现出了一定程度的影响作用 9 ，1 4 】，有些饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸有利于海洋动物卵子的形成，也可以为胚 胎的发育提供能量【l 引。 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 表1 - 2 ：一些必需脂肪酸的生理功能 1 1 3 海洋微藻脂肪酸的合成途径及影响其合成的因素 1 1 3 1 海洋微藻脂肪酸的合成途径 目前研究对一些必须脂肪酸( 主要是p a ) 关注较多，主要包括必须脂肪酸 的生产过程、在食物链中的传递情况以及其对海洋浮游动物的影响等方面。我们 普遍认为，微生物体内p u f i a 生物合成原理为：先是以饱和脂肪酸一硬脂酸为底物， 然后经碳链延长和脱饱和两个主要反应来合成。在此过程中，分别有相应的延长 酶和脱饱和酶参与催化反应。相关研究表明：在真核微藻中，紫球藻的不饱和脂 肪酸生物合成途径研究得比较清楚，是从1 8 ：2 ( 0 6 开始以3 和6 两条起始途径合 成的【2 3 1 。其具体过程见图1 2 ： 然而，由于不同种类微藻存在光自养、异养和混合生长等营养方式的差异，则 在其体内p u f a 的合成点位和合成途径是可能存在着种属特异性的。在n i c h 0 1 s 等 【2 3 1 人研究中发现了不同藻( 紫球藻、拟微球藻和三角褐脂藻) 中2 0 ：4 6 ( a a ) 的 合成途径和合成点位是不一样的。 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 硬脂酸1 8 ：0 j 油酸1 8 ：1 9 l 亚油酸酸1 8 ：2 6 j 2 0 ：3 6 双高卜亚麻酸 i 2 0 ：4 6 花生四烯酸 i 2 2 ：4 6 肾上腺酸 i 18 ：3 3a 一亚胨酸 i 2 0 ：3 3 二十碳三烯酸 i 2 0 ：4 3 二十碳四烯酸 i 2 2 ：5 3 二十二碳五烯酸 i 2 2 ：6 ( 0 3 二+ 二碳六烯酸 图1 2 微藻p u f a 合成途径 1 1 3 2 影响微藻脂肪酸合成的因素 微藻在不同的生长条件下，其细胞内的生化组成不同，微藻具有对环境刺激作 出迅速反应，并调节脂类代谢的能力。因此，不同的环境条件将影响细胞脂肪酸 的合成。影响微藻脂肪酸组成的环境因素主要有以下几个方面： 温度：大量的实验结果表明，温度对p u f a 含量有显著的影响。低温将导致藻细 胞p u f a 的比例增加，温度越低，不饱和程度将越大，这是由于细胞对低温环境的 适应所造成的。因为在低温环境时，只有细胞膜内的p u f a 含量增加时，才能提高 膜的流动性和稳定性；而且在低温下，环境中氧的溶解率及细胞内分子氧的浓度 比较高，从而对需氧脱饱和酶的催化反应【2 4 】有利。虽然也有报道：温度的升高导 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 致某些微藻的p u f a 变化不明显，有的有升高的趋势。可能是因为微藻种类的特异 性所造成的。 营养盐：相关研究表明：环境中氮的含量以及存在形式都能明显影响微藻中 p u f a 的含量 2 5 】；也有研究表明，当磷酸盐的浓度增加时，e p a 的质量分数也相应 增加；硅的不足可以使藻细胞内某些脂肪酸增加，但是却导致了p u f a 含量的减少 【2 6 1 。但是在高营养盐浓度下，细胞膜的流动性和渗透性会降低，p u f a 含量会较少， 因为这样可以使细胞避免渗出更多的溶质和甘油。 光照强度：可能存在种类的差异性，对于有的藻来说，低光照强度可以增加p u f a 合成，对于有的种类来说，高光强度可以增加p u f a 的合成。但总体趋势看来，随 着光照强度的降低低光强度将有利于p u f a 的合成【2 7 】。 p h 值：当细胞生长在最适p h 值时，细胞内各种催化反应酶的活性最高，从而导 致胞内各种催化合成反应最活跃，最终导致p u f a 含量最高。然而不同微藻不同酶 的最适p h 不一样，如果偏离最适应p h 值时，细胞生长及其体内合成将变慢，脂肪 酸含量也将随之降低。 此外，除了环境因素的影响外，微藻的培养方式和藻自身的生理状况也能影响 脂肪酸的组成。大多数微藻生长方式为光合自养，但也有少数微藻具有异养生长 的能力( 即以有机化合物作为生长的能源和碳源) 。相关研究表明：异养细胞产 生的e p a 明显要多于自养细胞，但光合自养的细胞产生的不饱和脂肪酸种类多 【2 8 1 。然而，混合营养( 即利用光和有机物作为能源，同时利用有机物和无机物作 为碳源的营养方式) 对藻细胞p u f a 的影响因藻种而异。有的藻混养方式产生的 e p a 低于自养方式【2 9 】，有的藻混养方式产生的e p a 高于自养方式【3 0 】。此外，藻细 胞不同的生长时期也会影响脂肪酸组成，这也正是本课题所要研究的内容之一。 魏东等( 2 0 0 0 ) 【3 1 】在他们的实验中发现：在稳定期时总脂含量最高，而e p a ， 3 p u f a 和总p u f a 最高比例出现在对数早期，但是此时的总脂含量是比较低的。 1 1 4 海洋脂肪酸研究的传统意义 1 1 4 1 反映浮游植物群落结构变化 由于不同浮游植物种类具有不同脂肪酸特征，可根据某海域脂肪酸的组成和 含量分析推测出该海域的浮游植物群落组成的大致情况。例如一些学者在对不同 试验海域的脂肪酸调查中，发现引起1 4 ：o 、1 8 ：1 9 和1 8 ：4 3 脂肪酸含量高的原因是 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 定鞭藻类构成了主要的浮游植物生物量【1 3 3 2 1 。当然，在水华或赤潮过程中，一定 程度的特征脂肪酸变化可以反应出水华或赤潮过程中浮游植物群落的组成变化。 r e u s s 等( 2 0 0 2 ) 【3 3 】在赤潮的调查过程中发现：1 6 ：1 7 1 6 ：o 高比值反映了此时浮 游植物以硅藻为优势种，随着赤潮过程的进行，1 6 ：1 7 1 6 ：0 比值的急剧下降和c 1 8 脂肪酸含量的相对升高又反映了浮游植物已发展到以腰鞭毛藻为主。不仅如此， 某些脂肪酸的变化还可反应出赤潮过程所处的阶段。例如在实验室和封闭的水体 中，藻类在对数生长期时1 8 ：3 3 三元不饱和脂肪酸的含量高，发展到衰退期时 n 3 p u f a 量相对减少【3 4 1 。 1 1 4 2 指示海洋食物链的营养传递 鉴于脂肪酸具有食物指示的能力【l 】，可以以脂肪酸为标志物，根据海洋动物的 脂肪酸特征以及其生活环境周围浮游植物的脂肪酸组成和含量，建立海洋生物之 间的食物传递关系，以便更好地了解物质与能量在海洋食物链中的传输途径。这 种方法与其它传统的肠道研究方法( 肠道解刨法、肠道色素法等) 相比，不仅具 有省时、准确等特点，而且还可以反映过去较长一段时间的摄食历史【3 5 1 。一些长 链的单不饱和脂肪酸( 如2 0 ：1 ( 0 1 1 和2 2 ：1 1 1 ) ) 可反映哲水蚤与其他桡足类的区别 【3 2 1 ，这对于研究鱼类等高营养级生物和桡足类之间的摄食关系是至关重要的。 f a l k p e t e r s e n 等( 1 9 8 7 ) 【3 6 】通过对北极一些深海鱼群的脂肪酸调查发现，它们体内 大量的单不饱和脂肪酸表明了它们主要摄食两种哲水蚤。此外，p e i l d e r s e n 等( 1 9 9 9 ) p 7 】在某海域的不同站点对海洋鱼类犯切口廊s p ) 和中型浮游动物( 丰要是哲水蚤) 体 内的脂肪酸分别进行了调查，他们认为：这两种海洋动物体内同时出现高 1 6 ：1 7 1 6 ：0 比值的现象，意味着该食物链传输途径为“硅藻中型浮游动物海洋鱼 类旺切口，括s p ) ”。 1 1 5 胶州湾赤潮的相关概况 1 1 5 1 赤潮的定义、发生原因及其危害 ( 1 ) 定义：赤潮( r e dt i d e ) 通常是指一些海洋细菌、微藻或原生动物等在水体中过 度繁殖或聚集而令海水变色的现象。藻华( a l g a lb l o o m ) 是指水体中藻类大量繁 殖的现象。通常认为：将水体中藻类达到特定密度后的藻华称作赤潮，海洋浮游 微藻是引发赤潮的主要生物。圣经中也有关于赤潮的记载，它们是一种自然生态 现象，相当一部分赤潮( 藻华) 是无害的。然而，近年来据相关资料报道：中国 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 乃至世界沿海有害赤潮发生呈频率增加、规模扩大的趋判3 8 3 9 ，4 5 1 ，不仅危害了人类 环境，也造成了巨大的经济损失。科学界将那些造成直接危害的赤潮，称为有害 藻华( h 锄f h la l g a lb l o o m ) ，或简称为h a b 。 ( 2 ) 发生原因：赤潮是一种复杂的现象，引发赤潮的因素是多样的，主要包括生 物、物理和化学等方面的因素。赤潮发生的首要的条件是：赤潮生物量要在所处 环境中要达到一定的密度，否则，尽管其他因素都适宜也不会引起赤潮发生。一 般在正常自然条件下，赤潮生物在浮游生物中所占的比例都不是很大，但是由于 某些特殊原因造成特殊的环境条件，使的某些赤潮生物过量繁殖，便形成赤潮。 导致赤潮发生的主要环境因素来自以下几个方面：由于城市生活污水和工业废水 大量排入海体环境中，使得水域中氮、磷等营养盐类、铁、锰等微量元素以及有 机化合物的含量大大增加，导致海水富营养化；水文气象和海水理化因子导致水 温、盐度等条件适宜，容易引发赤潮；海水养殖的自身污染也容易引发赤潮。 ( 3 ) 危害：有害赤潮对我国沿海鱼虾等养殖业、生物资源利用及开发、生态环境 旅游业以及人类健康构成了重大的危害和威胁。赤潮已成为世界沿海国家所面临 的一种严重的海洋环境问题，引起国际上的普遍关注。目前其影响主要体现在两 个方面：其一，赤潮过程中赤潮藻产生的一些藻毒素及其他一些有害物质( 如胞 外分泌物、抑制有丝分裂和胚胎发育的物质) ；其二，赤潮过程中造成食物营养 单一或者缺乏，影响了海洋动物的生长发育，这也是本文所要研究的内容之一。 1 1 5 2 胶州湾赤潮藻的种类 胶州湾( 3 5 0 5 5 3 6 。1 8 n ，1 2 0 0 0 5 1 2 0 0 2 5 e ) 是一个典型的温带半封闭 海湾，近年来，由于工农业生产发展，造成较高的营养输入，赤潮频发。经调查 数据统计，胶州湾常出现的赤潮种分别隶属于硅藻( b a c i l l 撕o p h 弘a ) 、甲藻 ( p y h o p h y t a ) 、绿藻( c h l o r o p h y t a ) 、蓝藻( c y 趾0 p h y t a ) 和金藻门( c h r y s o p h y t a ) ( 具体见 表1 3 ) ，其中主要以硅藻和甲藻为主，而在这两个门中，中肋骨条藻( 妣彪幻，z p ，z 口 c d s 尬m 聊，s c ) 和海洋原甲藻( m m 鲫触所m z c 册j ，p m ) 又是常见的赤潮生物 种【4 1 4 2 ，4 3 1 。 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 表1 - 3 胶州湾海域常见赤潮藻部分名录 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 5 3 赤潮藻的脂肪酸组成特征 不同种类的藻具有不同的脂肪酸组成特征( 如表1 4 ) ：硅藻的主要脂肪酸 为1 4 ：0 、1 6 ：o 、1 6 ：1 7 、1 6 ：3 4 、1 8 ：o 和2 0 ：5 3 ，含有少量的2 2 ：6 3 。硅藻脂肪 酸特点是2 0 ：5 3 、1 6 ：3 4 、1 6 ：1 7 和1 6 ：0 含量比较高，常以c 1 6 c 1 8 、1 6 ：1 7 1 6 ：0 比值作为判别硅藻为优势种的依据；甲藻的主要脂肪酸为1 6 ：0 、1 8 ：4 ( 0 3 、1 8 ：5 3 、 2 0 ：3 6 、e p a 和d h a ，总c 1 8 和d h a 含量尤为较高，其中1 8 ：5 3 可作为光合甲 藻的标记化合物( z h u l ( o v 如1 9 9 5 ) ；绿藻中以1 6 ：o 、1 6 ：4 3 和1 8 ：3 3 为主，有少量 的1 8 ：2 ( 0 6 和e p a ，c 1 6 和c 1 8 的多不饱和脂肪酸含量较高；金藻以1 4 ：0 、1 6 ：0 、 1 8 ：1 9 、1 8 ：4 3 、和d h a 为主，其组成特点为含有高含量的1 4 ：0 、1 8 ：4 3 和d h a 。 表1 4 微藻的脂肪酸组成特征【2 钟】 微藻种类( a l g a lc l a s s )主要脂肪酸( m a j o rf a 仕ya c i d s ) 硅藻 甲藻 绿藻 金藻 1 4 ：o 、1 6 ：0 、1 6 ：1 7 、1 6 ：3 4 、1 8 ：0 和e p a ，少量d h a 1 6 ：o 、1 8 ：4 3 、1 8 ：5 3 、2 0 ：3 6 、e p a 和d h a 1 6 ：o 、1 6 ：4 3 和1 8 ：3 3 ，有些1 8 ：2 6 ，少量e p a 1 4 ：0 、1 6 ：0 、1 8 ：1 9 、1 8 ：4 3 、和d h a 1 2 课题研究的背景、意义及内容 1 2 1 研究背景 随着全球气候的变化和人类对海洋影响的加深，海洋，特别是近海的生态系 统正经历