影响培养藻类生长和繁殖的因子.ppt

影响藻类生长和繁殖的因子,与藻类生长繁殖密切相关的因子,光照温度营养盐度溶解气体pH生物因子,每个环境因子对生物的作用可以区分为三类：最高限：超过最高度时生物就不能生存最低限：低于最低度时生物就终止生命活动最适度：广义指生物能正常生活的范围狭义指生命活动最旺盛的范围,一、光的生态作用,(一)光源：太阳光、人工光源(二)光量（光照强度）：不同的藻类要求不同的光照强度,在适光范围内,光照强度增加,光合作用速率加快,藻类就充分生长和发育,补偿点饱和光照强度,1)补偿点Ib：此时的光照强度只能维持基础代谢,当超过Ib时,藻体就增殖Ib：活动盒形藻为107.5Lx,双鞭毛藻为258Lx2)饱和光照强度Is：指细胞分裂速率或光合作用达到最高值时的光照强度,作为光照强度函数的小球藻的生长率,3）最适光照强度范围：IbIs之间如：活动盒形藻107.51849.3Lx；小环藻在13.32666.66Lx低于补偿点或高于光饱和点都将影响藻细胞的生长，表现为颜色变浅或变白而死亡,最适光照强度,4)光在培养液中的吸收和穿透,由于藻细胞对光的吸收和散射,随着深度的增加,光强逐渐减弱当培养液的浓度增加时,光的投射深度就愈浅例：小球藻悬浮液中光的吸收情况1g干重L浓度下:第1cm时95以上红光被吸收，60绿光被吸收10g干重L浓度下:第1mm时大部分光被吸收,外界环境变化时,补偿点和最适光量也将发生变化温度：温度降低,补偿点升高，饱和点降低营养物质的浓度：营养浓度高时,可以在较强的光强下生长,反之亦然藻液密度：藻液浓度稀,光的透入强,深度也加深,藻体吸收的光量也随之增大,此时的最适光强就越低,要求弱光照,反之亦然,5）影响最适光照强度变化的因素,二者关系受种类、光强大小和温度等影响间歇性的光照有利于同化作用的增强光照强度较低或白天温度较低,日照时间较长,则生长率与日照时间成正比。饱和白昼：即在强光下,较长的日照时间,生长率反而不增加相同营养条件,不同光照条件下,生长速度不同,6)日照时间的长短与藻类的生长关系,(三)光质与藻类光合作用的关系,1藻类的色素成分及其作用(1)叶绿素chlorophyll：任何藻细胞都具有，是进行光合作用的主要色素。四种叶绿素：叶绿素a:一般藻类都具有叶绿素b:绿藻和裸藻有,硅、金、蓝藻无叶绿素c:硅藻含量高，其次是金、黄、甲、隐藻，单细胞绿藻和蓝藻没有。叶绿素dChlb和、d可以把吸收的光能传递给Chla,叶绿素对光谱的吸收Chla对红光的吸收部宽Chlb对蓝光、紫光的吸收部较宽环境因素可以影响叶绿素的含量光强叶绿素a含量大,光弱叶绿素b含量大培养液中氮含量高，叶绿素a的量就大例：在缺氮培养液中加入氮，三天以后，Chla、Chlb含最的相对比例增加,(Chla/Chlb)l00=113.8（100为未加氮以前的Chla和Chlb的含量）,类胡萝卜素色素群，由、胡萝卜素及多种叶黄素组成各门藻类中的主要色素绿藻：胡萝卜素为主，胡萝卜素和叶黄素硅藻、胡萝素为主，多种叶黄素（岩藻黄素、新岩藻黄素、硅甲藻黄素、硅藻黄素）蓝藻：胡萝卜素为主，蓝藻黄素、蓝藻叶黄素。金藻：胡萝卜素为主，其次岩藻黄素它们的吸收光谱的范围446482nm之间,类胡萝卜素在光合反应中的作用为辅助色素。配合叶绿素a参加光合作用,对叶绿素有保护作用类胡萝卜素的含量与其它色素互为消长,即其它色素含量不足时,类胡萝卜素含最就增加如在光照不足处,类胡萝卜素的含量多；当含氮量高时,叶绿素和藻胆素的含量增加,则胡萝卜素的含量就降低,或相反,藻胆素色素群（藻红素R藻胆素、藻蓝素一C藻胆素，是含氮的色素蛋自质）吸收光谱的范围：它们一般的吸收值在绿光、黄光范围内，最大吸收值在橙光，最小吸收值在青光范围内。藻胆素在光合反应中的作用对叶绿素a起辅助作用，对类胡萝卜素有协调作用。蓝藻对光照的变化能敏感地适应，在长波光处（吸收红光，放过蓝光）能增加藻蓝素的含量，藻体呈蓝色；在短波光较多处增加藻红素，藻休呈红色。“补色适应”：蓝藻随光质变化而使体色变化的现象,2光质与藻类的光合作用效率光合作用效率：不同藻类对光质的要求是不相同的，光合作用效率也随之变化。*在一般情况下，光波越短，光合作用效率低，其次与色素种类有关。吸收光谱：表示某种藻的各种色素对光谱吸收曲线的总和。作用光谱：各色素所吸收的光波对光合作用发生效率的光谱。作用光谱曲线：不同光波对某种藻类的光合作用效率光谱所绘成的曲线。,(二)激发态的命运,1.放热2.发射荧光与磷光3.色素分子间的能量传递4.光化学反应,二、温度的生态作用,1、适应温度范围1）最高适应范围：在适温的高限，超过高限生命活动受影响。2）最低适应范围：在适温的低限，低于低限生命活动受影响。3）最适适应范围：指生物生长、繁殖最快的理想温幅。,从下表中可以看出在30时为最高的适温范围，10为最低适温。2028是最适温度范围。,各种藻类的适应温度范围是不同的，而且对同一种藻类也不是固定不变的，可随光照、营养等条件而发生变化，如增加营养可以提高温度。绿藻:上限35,下限58,最适2530蓝藻：最适2835（或2030）硅藻：新月菱形硅藻525，最适15，平板藻上限20下限3.44.6最适1719,2高温和低温对培养藻类的影响(l)对藻类的危害温度愈高，受害愈严重，维持生命时间愈短骨条藻在35时，一天内可以恢复繁殖力，38只能维持2小时，40时30分钟就死亡了。温度愈低，受害愈严重骨条藻在5时可维持8天，0时维持不到一天。温度愈高或愈低，出现质壁分离现象愈早,（1）细胞间结冰及其伤害,冻害一般是由于结冰引起的。由于温度降低的程度与速度不同，结冰的类型不同，造成伤害的方式也不同。,（二）结冰伤害的类型及其原因,1.结冰伤害,结冰类型,细胞间结冰,细胞内结冰,温度缓慢下降时，细胞间隙中的水分结成冰，即所谓胞间结冰。,细胞间结冰伤害的主要原因,原生质发生过渡脱水，造成蛋白质变性和原生质不可逆的凝胶化；,冰晶体过大时对原生质造成机械压力，细胞变形；,当温度回升时，冰晶体迅速融化，细胞壁易恢复原状，而原生质却来不及吸水膨胀，原生质有可能被撕破。,（2）细胞内结冰伤害,胞内结冰伤害的主要原因-机械损伤（往往是致命）,当温度骤然下降时，除细胞间隙结冰以外，细胞内水分也结冰，一般是原生质内先结冰，紧接着液胞内结冰，这就是胞内结冰。,1.硫氢基假说（Levitt,1962）,要点：结冰对细胞伤害主要是破坏蛋白质空间结构。,冰冻时，原生质逐渐脱水，蛋白质分子相互靠近，相邻肽链外部的-SH彼此接触，两个-SH经氧化而形成-S-S-键；或者一个分子外部的-SH基与另一个分子内部的-SH形成-S-S-键，于是蛋白质凝聚。,当解冻吸水时，肽链松散，由于-S-S-键属共价键，比较稳定，蛋白质空间结构被破坏，导致蛋白质变性失活。,通过化学方法，如使用硫醇可以保护-SH不被氧化，起到抗冻剂的作用。,（二）结冰伤害机理,2膜伤害学说,膜对结冰最敏感。,低温对膜的伤害,膜脂相变，酶失活；,透性加大，电解质外渗。,主要破坏膜脂与膜蛋白。,（三）对冷冻的适应,1抗冻锻炼,在冬季来临之前，随着气温的降低与日照长度的变短，藻体内发生一系列适应冷冻的生理生化变化，以提高抗冻能力，这一过程称为抗冻锻炼。,3.机械伤害4.活性氧伤害,2藻类在适应冷冻过程中的生理生化变化,抗冻锻炼是提高抗冻性的主要途径。其中发生了许多适应低温的生理生化变化。,（1）含水量下降：自由水，束缚水相对增多；,（2）呼吸减弱：消耗糖分减少，有利于糖的积累；,（3）保护性物质增多：如糖、脯氨酸、甜菜碱积累。一方面降低冰点，另一方面保护大分子的结构与功能；,（4）内源激素变化：ABA，GA、IAA,(2)单细胞藻类的低温保存生物对低温的忍耐性较强，利用低温使生物呈休眠状态，在一定条件下可以恢复生理机制和形态，因此能保存较长的时间。,（3）藻类对有害温度的适应驯化适应改变营养条件：如0时，增加细胞内的抗寒物质糖分。生理上的适应:蓝藻原生质有高的凝固点，这是对有害温度的适应是，在长期自然选择过程中形成的,三、气体的生态作用,1二氧化碳与单细胞藻类的生长发育1）水中CO2的来源有机物的分解；水生物的呼吸作用；大气中的CO2溶于水2)藻类利用CO2的形式和需要量形式：游离CO2一HCO3-一CO32-单细胞藻类以利用游离CO2为主，也可以利用其它形式。需要量：小球藻要求含5%CO2量的空气，硅藻需25%，降至1也可以；固氮蓝藻需5%：一般为15%CO2,环境因素对藻类的CO2需求量的影响：光照、温度、培养物的情况以及培养液的性质等都可影响对CO2的需要量。A、强光、高温、培养液碱性较高：对CO2的需要量增加。例：20000Lx,2532，小球藻要求含25%CO2量的空气；其它单细胞绿藻，在夏季3740的高温、强光下，要求510%CO2含量的空气。B、培养物的情况：培养物浓度小，则CO2浓度可以降低,3）CO2对细胞分裂与增长的影响CO2对单细胞藻类的细胞分裂和增长有抑制作用CO2对藻细胞体积增大的影响群体密度与CO2流量成反比，而细胞体积增长与CO2通入量成正比，这说明CO2多抑细胞分裂，在停止分裂的情况下，就继续增长而扩大体积。,2.O2与藻类生长、发育的关系1）来源；空气中氧溶于水；植物光合作用产生2）消耗：水生生物的呼吸作用；氧随温度升高而逸出水面3）O2对藻类的生理作用为藻类呼吸作用所必需的气体过量O2对藻类的光合作用有抑制作用氧对光合作用强度能抑制3040%，当CO2浓度降低时，O2对光合作用的抑制就加强,3、氮气与培养单细胞藻类的关系固氮蓝藻、固氮细菌、固氮酵母能直接利用分子氮固氮作用的强弱与生活条件有关：在暗处培养，固氮强度低，这说明固氮蓝藻需要光照，同时还需要糖分供给，固氮作用就加强。Bwrris等（1945）指出：固氮作用必需有特殊的酶、钼、锰等金属元素参加，才能完成此作用,四、营养盐类的生态作用1、藻类生长发育的必要元素1）必需元素：C、H、O、N、K、Ca、Mg、Fe、S、P等2）微量元索：Mo、B、Cu、Zn、I、CL、等3）浓度：藻类与高等植物所需元素大致相同，但绿藻需要Ca量很少，或不需要，这是与高等植物最大差别。,2、介质的性质与藻类生长发育的关系1）介质的种类：无机介质(N/P/K等),有机介质（尿素/氨基酸/维生素）2）无机介质和有机介质对藻类生长发育的利弊培养藻类时,往往与细菌混生,在无机盐中细菌滋生慢,在有机物中细菌滋生快,危害藻类生长无机化合物对藻类伤害小,有机化合物对某些藻类有伤害作用有些藻类能生长在没有有机质的水中,但生活在污水中的就要求有一定的有机物质认为有色种类不需要有机化合物为养料,但多数含叶绿素的藻类在培养时加砂糖、脂肪酸等有机物质时,比在单纯无机介质中生长更好,五、水体盐度的生态作用1、水体的盐度淡水：0.010.5半盐水：0.516海水：1640超盐水：40以上2、藻类对盐度的适应性1）最适盐度范围：生长繁殖速度最快2）最低盐度范围：低于此范围对藻类有伤害作用3）最高盐度范围：高于此范围对藻类有伤害作用或死亡,一、盐分过多对藻类的伤害及其原因,（一）渗透胁迫引起生理缺水,盐分过多使水体溶液水势下降，导致藻类吸水困难，甚至体内水分有外渗的危险，造成生理缺水。,（二）离子失调导致毒害作用,高浓度NaCl可置换细胞膜结合Ca2+,膜结合Na+/Ca2+增加,膜结构破坏,功能也改变,细胞内K+、磷和有机溶质外渗。,（四）胁迫效应破坏正常代谢,光合下降，叶绿体解体；蛋白质合成受抑制，但分解加强，产生有毒产物，对细胞产生毒害。,由于过多吸收某种盐类而排斥对另一些矿质盐的吸收，导致营养缺乏或产生毒害作用。,（三）膜透性改变,二、藻类对盐渍的适应机理,分避盐与耐盐,避盐的机理,通过某种方式将细胞内盐分控制在伤害阈值之下，以避免盐分过多对细胞伤害。,墨角藻带硫酸根的多聚糖，表皮细胞外壁的连续覆盖层，结合阳离子,生理指标及其测定1)细胞质膜透性（Plasmamembranepermeability）透性小，外渗物质少，抗盐性大；反之，则小。电导率法测定-细胞外渗物质电导率;火焰光度计测定K+含量处理样品外渗液电导率电解质外渗率（%）=100对照样品杀死后外渗液电导率处理样品外渗液K+含量K+外渗率（%）=100对照样品杀死后外渗液K+含量2)植物体内渗透剂含量无机离子：有机化合物：脯氨酸，甜菜碱，甘油，草酸，可溶性碳水化合物,四抗盐性的测定,3)叶绿素含量盐胁迫-叶绿素与叶绿体蛋白间结合松弛，松弛后叶绿素和不松弛时的溶解性不同；松弛叶绿素-60%乙醇提取，不松弛叶绿素-96%乙醇提取松弛叶绿素/不松弛叶绿素比值大，抗盐弱；反之，则强,4)超氧物岐化酶（superoxidedismustase-SOD）,5)过氧化产物丙二醛（Malondialdehyde-MDA）,六、氢离子浓度1天然水体的pH值：1710海水：pH8.18.3淡水：pH410（69）沼泽：34以下2人工培养藻类的pH值变化培养液中的pH值有昼夜变化，细胞大量繁殖吸收CO2和利用重碳酸盐使pH值上升3防止pH值的变化必须经常测量培养液pH值的变化，如超出适应范围必须经常通气或用其它的措施。