海参池中铁的生态调控.doc

海参养殖池塘中铁的生态调控作用摘要：在海参池塘中Fe元素是继N、P等元素之后又一对浮游植物初级生产力限制的重要元素。Fe在海水中主要以颗粒态、溶解态和胶体形式存在，浮游植物对溶解态的Fe(II)的吸收效果较好。本实验选用实验室纯种培育的小球藻，新月藻和角毛藻在不同浓度的Fe离子下的生长情况及铁离子的光化学反应情况，为调控海参池塘中的生态 提供理论依据。在海参池塘中Fe元素是继N、P等元素之后又一对浮游植物初级生产力限制的重要元素。Fe在海水中主要以颗粒态、溶解态和胶体形式存在。铁在海参池塘海水中大量存在，但是主要以不能被藻类吸收的颗粒态（0.4um）的形式存在。藻类仅仅对可溶态的铁具有吸收作用，可溶态的铁一般以Fe(III)、Fe(II)的形态存在。据欧明明等研究，不同形态的Fe对藻类的影响主要生物活性形式是有机络合态Fe，光诱导还原态Fe(II)也很重要。Moffer等则认为由于Fe(II)比Fe(III)的溶解度大，因而在海水“Fe缺乏”的情况下，藻类会通过颗粒或者胶体Fe(III)的还原转变成溶解度大的Fe(II)，说明海水中的Fe(II)是浮游生物可利用性Fe的主要来源。水中不同形态的Fe(III)/Fe(II) 在紫外光或可见光的作用下可发生光化学氧化还原反应，即Fe(III)可以被光化学还原生成Fe(II)，而Fe(II)可以再被水中的氧气重新氧化成Fe(III)。水环境中的铁元素是海洋微藻生长所必需的微量营养元素，其存在含量及形态可以决定海水中微藻的种群结构及水体初级生产力高低。一般研究认为Fe(II)是微藻易于利用形态，海参养殖池塘中铁的含量和元素存在形态及迁移转化会影响浮游植物的种群结构和初级生产力，进而影响海参池塘的产量。硅藻等藻类是海参的主要生物性饵料，所以通过本实验了解添加不同浓度的外源铁对藻类的生长影响情况及铁在海水中的光化学反应，为生产实践提供理论依据。1.实验1.1材料及仪器从大连海洋大学农业部重点实验室培养的纯种小球藻、新月菱形藻和角毛藻，硫酸亚铁，1L大烧杯9个，3台磁力搅拌器（金坊市医疗仪器厂），飞利浦日光灯（18w，TLD,COOL white，模仿太阳光）3个，分光光度计（包括配套的比色皿），已消毒的15个5L大的三角瓶，已消毒的海水，小烧杯，吸量管容量瓶等。药品试剂：康威营养盐（A液：Fecl3.6H2o 1.3g；Mncl2.4H2o 0.36g ；H3BO3 33.6g；EDTA 45.0g；NaH2PO4.2H2O 20.0g；NaNO3 100.0g；B液 110ml 纯水至1000ml。B液：Zncl2 2.1g ;Cocl2.6H2O 2.1g;CuSO4.5H2O 2.0g;(NH4)6Mo7O24.4H2O 2.1g），100ug/ML的标准铁溶液，10ug/ML的标准铁溶液10%盐酸羟胺（临时配置）、0.1%邻二氮杂菲溶液（新配置）、1mol/L醋酸钠溶液等。1.2方法1.2.1藻类的培养方法a消毒5L三角瓶消毒：在三角瓶中加入2L的纯水，在电炉上加热，至沸腾继续加热持续20-30min，使蒸汽完全上升至瓶上部，使瓶完全消毒。海水消毒：每个三角烧瓶中加入2L的海水，加热至沸腾，持续沸腾3-5min，即可。封口，冷却。b接种15个三角烧瓶中分别加入已经消毒的海水2L，并按1:1000的量加入康威营养盐2ml（现在一般情况下，海参池塘都是在N、P元素等充足的富营养条件下），摇匀，并标志1-15号。按1:10的量接种：在1-5号瓶中分别放入200ml的新月藻在6-10号瓶中分别放入200ml的小球藻在11-15号瓶中分别放入200ml的角毛藻摇匀，并注上接种日期。以硫酸亚铁为铁源配制铁浓度为0，1,5,10,20（50新月藻为50）mg/L的海水。温度为20左右的恒温，光暗比为12h：12h。1.2.2藻类生长情况的测定 在1.2.1的培养条件下，在间隔一定时间内对新月藻，角毛藻和小球藻进行计数，以此来研究不同浓度的铁对不同藻类的影响。a计数稀释：根据藻类的密度情况，进行不同倍数的稀释，使每个视野在8-15个为宜。计数：在培养液中一滴碘溶液，将藻类全部杀死，吸取0.1ml，放入计数板中。在计数板上任取50个视野（在计数板的不同位置），数出其个数并计数。 藻类密度计算公式：藻类密度（个/ml）=（400总数）/（0.1520.1视野个数）稀释倍数总数=5个视野数出的总个数视野个数=50藻类的密度计数结果1.2.3铁的光化学反应实验a. 6个1L大烧杯中分别放入已经过滤过的海水，并编号1-6号。b. 配取510-3g/L的Fe（）Fe（）的溶液（用FeSO4.7H2O为溶质），分别在在1,4,号烧杯中放入1ml配置的溶液。使烧杯中的铁浓度=510-6g/L在2,5,号烧杯中放入5ml配置的溶液。使烧杯中的铁浓度=2510-6g/L在3,6,号烧杯中放入10ml配置的溶液。使烧杯中的铁浓度=5010-6g/Lc.分组将1,2,3号分别放在磁力搅拌器上，调取适当的转速，使烧杯中的海水能够搅拌起来，并放在日光灯下。将4,5,6号大烧杯放在柜子里，处于黑暗中。d.分别在0,1,3,5,7小时这些时间点，分别测量烧杯中的Fe（）的吸光度值A(波长=508nm)。e.利用邻二氮菲分光光度法测铁原理：分光光度法测定物质含量时的主要测量条件是通过吸收曲线的测绘而选择的入射波长。 邻二氮菲是测定微量铁的一种较好的试剂，反应式如下：配合物操作步骤10 ug/mL铁标准使用液和水样的配制用移液管移取100 ug/mL的铁标准储备液10.00 mL，置于100mL容量瓶中，加入2 mL 6 molL HCl，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。标准系列的配制用刻度移液管分别移取上一步骤配制的铁标准使用溶液（10ug/mL）：0.0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL依次放入7只50mL容量瓶中，分别加入10%盐酸羟胺溶液1.0 mL，稍摇动，再加入0.1%邻二氮菲溶液2.0 mL及Hac-NaAc缓冲溶液5 mL，稀释至刻度，充分摇匀。作出标准曲线 图a利用上述测量方法测量海水中不同时段的Fe（）的含量。1.3结果与讨论1.3.1不同浓度铁离子对藻类的影响结果及数据新月藻表1 新月藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）第一天第三天第五天第七天第九天十五天0mg/L626992113090013150002524800307710052045221mg/L553352131289638545285123240469915570852205mg/L66591614391363475808519162057597001022544010mg/L6154201201384353998055545604505190429216050mg/L395552233544120454011377389362800 表1 新月藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML） 图1-1-1新月藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）c 图1-1-2角毛藻表2 角毛藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）第一天第三天第五天第七天第九天十五天0mg/L2081575391508810501104600120980015622201mg/L2503769231309994001270290167899217926085mg/L2903521036220139390017989202114520274361610mg/L2835141183274155463020145802570336358626820mg/L2558809373321067780184783823259722684704角毛藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML） 图1-2-1角毛藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）图1-2-2 小球藻表3 小球藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）第一天第三天第五天第七天第九天第二十一天0mg/L2082960381244891287301290804019508288470244001mg/L2196050466562084501901283440015085680429216005mg/L27956904792912634356010193880169372003821916010mg/L26738903707248634356013286760157800003506316020mg/L2856180506853654914405663460830817025037600小球藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）a图1-3-1小球藻在不同铁浓度的生长情况（个/ML）图1-3-2由图1-1-1可知，当铁浓度低于5mg/L时，随着铁浓度的增加对新月藻的生长有促进作用；当铁浓度高于5mg/L时，随着铁浓度的增加对新月藻的生长有抑制作用。当铁浓度为5mg/L时，新月藻生长最好。第15天内时50mg/L铁浓度藻类全部死亡。由图1-2-1可知：当铁浓度低于10mg/L时，随着铁浓度的增加对角毛藻的生长有促进作用；当铁浓度高于10mg/L时，随着铁浓度的增加对角毛藻的生长有抑制作用。当铁浓度为10mg/L时，角毛藻生长最好。由图1-3-1可知：铁离子对小球藻有抑制作用。1.3.2铁离子的光化学反应的结果及数据本实验使用的铁源是硫酸亚铁，Fe（）被海水中的有机质氧化成Fe（）。由图a可知，吸光度值A和亚铁离子的浓度呈正相关，故我们就可以用吸光度值A的变化来确定亚铁离子浓度的变化趋势。表4 不同浓度铁离子光化学反应的不同分光光度值0小时1小时3小时5小时7小时一号0.0050.0150.0270.0470.063二号0.0170.0330.0430.0590.095三号0.280.0420.0720.0910.128四号0.0070.0090.010.0090.011五号0.0150.0130.0170.0140.016六号0.030.0280.0330.0320.026 在光照条件下铁浓度=510-6g/L的变化图图2-1-1在光照条件下铁浓度=2510-6g/L的变化图 图2-1-2在光照条件下铁浓度=5010-6g/L的变化图图1-1-3在黑暗条件下铁浓度=510-6g/L的变化图 图2-1-4在黑暗条件下铁浓度=2510-6g/L的变化图 图 2-1-5在黑暗条件下铁浓度=510-6g/L的变化图图2-1-6图2-2-1图2-2-2 图2-2-3图2-3根据图2-3所知：在紫外光照条件下，1,2,3号的A持续增大，说明在紫外光照条件下，水中不同形态的Fe(III)/Fe(II) 在紫外光或可见光的作用下可发生光化学氧化还原反应，并且是Fe(II)增多。在黑暗条件下，不明显。1.4总结 铁浓度对藻类的有着显著地影响，不同的藻类有不同的最适宜铁浓度，新月藻为5mg/L，角毛藻为10mg/L小球藻为0mg/L，超过则抑制。当我们调节海参池中铁离子的浓度，会改变海水中藻类等浮游植物初级生产力的生态构成，以求获得如角毛藻这样的海参高营养价值的浮游藻类为绝对优势种，为海参提供丰富的饵料，藻类进行光合作用，提供氧气。加入高浓度的铁会对藻类的生长有抑制作用，防止藻类过快的生长，有效防止N、P过于丰富的海参养殖池中形成赤潮，净化生态环境。在紫外线或者可见光的照射下，海参池水中不同形态的Fe(III)/Fe(II) 在紫外光或可见光的作用下可发生光化学氧化还原反应，即Fe(III)可以被光化学还原生成Fe(II)。Fe(II)是浮游藻类可直接利用的形态，有助于藻类对铁离子的利用。同时浮游植物生长吸收Fe(II)，反作用于铁离子在海水中的存在形态，改善水质。为海参提供良好的生态环境。参考文献【1】 欧明明 ，张曼平，冯媛媛.海水中铁的几种形态对海生小球藻生长的影响J.青岛海洋大学报,32(4):627633【2】 蔡阿根，李文全，陈慈梅.海水中有机络合态的铁对三角褐指藻的影响J.海洋通报，1993,12（1）：3034【3】 周伟华，徐继荣，董俊德等.海洋环境中的Fe及其对浮游植物的限制J.海洋环境科学，1998,28（1）【4】 姚波，席北斗，胡春明等.铁限制对浮游植物生长和群落组成的影响J.生态环境报，2010,19，（2）：459-465【5】 刘晓海，高云涛，杜刚等.铁离子对滇池藻类生长的影响J.环境污染与防治J，2006,28（5）【6】 刘静，赵海涛，盛海君等.铁对太湖常见藻类生长及钙、镁离子吸收的影响J，2011,34（1）:5964【7】 朱明远，牟学延，李瑞香.铁在海洋初级生产中的作用J，1997,15（3）【8】 刑伟，李敦海，沈银武等.滇池控藻围隔中水生植物和浮游藻类对不同形态铁浓度的影响J，农业环境科学学报，2006,25（6）：1571-1575【9】 于瑾，蒋霞敏，梁洪等.氮、磷、铁对牟氏角毛藻生长速率的影响J.水产科学，2006,25（3）【10】 孙松，蒲新明，张永山.南大洋普里兹湾的铁加富实验：对铁假说的检验D，2