不同微藻种群生态位的研究

不同微藻种群生态位的研究

生态位是群落中生物多样性、形态和资源可持续生存的许多条件和范围。它往往被认为是一个多维空间，是群落生态研究的中心主题。生态位理论被广泛应用于生物种间关系、群落结构、群落遗传、生物多样性、物种发展和濒危物种评价的研究，是解释自然群落物种生存和竞争机制的基本理论。生态位的振幅和种间生态位的重叠被认为是生物多样性和群落结构的决定性因素，反映了物种的资源使用能力以及群落或生态系统的功能和位置。它也反映了群落的稳定性。微藻群的形成和生态研究非常重要。通过分析微藻群资源梯度的分布规律，我们可以充分了解微藻群落的特征、种间的适应和生态功能。国内外对微藻栽培条件的研究很多，但对微藻生态位的研究很少。在这项工作中，我们研究了不同海域微藻的温度和湿度、氮和磷的生态特征，以捕捉不同环境资源的利用能力以及生态因子的适应性和相似性，并为不同季节、不同盐度、不同氮、磷的微藻生态调节提供理论依据。1材料和方法1.1优势种和常见种的采集本研究所用微藻为啮蚀隐藻(Cryptomonaserosa)、新月菱形藻(Niztzschiaclosterium)、微绿球藻(Nannichloropsisoculata)和蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa),均是从对虾养殖池塘中采集的优势种或常见种,经实验室分离、培养获得.1.2实验方法1采用二次回归正交旋转组合设计安排试验,试验设置各因素编码与取值见表1.在500ml锥形瓶加入培养液300ml,使用营养盐及浓度分别为:硝酸铵(NH4NO3)和磷酸二氢钾(KH2PO4)见表1,柠檬酸铁(FeC6H5O7)0.4μmol·L-1、硅酸钠(Na2SiO3·5H2O)46μmol·L-1,pH7.8,光照强度5500lx.微藻处于指数增长期时,通过Sigma-3k30离心机10000r·min-1离心收集,并加入试验瓶中使培养液中各微藻的密度为5×107ind·L-1,每组设置3个平行.采用46W乔森照明节能灯为光源,光照度测定使用光照度计JD-3型(上海市嘉定光学联仪厂),昼∶夜光照周期为12h∶12h.采用智能恒温循环器DTY-813(北京德天佑科技发展有限公司)水浴控温.盐度测定使用比重计.光强、温度和盐度在试验前都经过调试、测定.根据预试验结果,本试验周期设为7d.1.3种群之间生态位重叠培养时间结束后进行采样分析.微藻密度计算采用血球计数板计数法.一维生态位宽度分析采用Simth提出的公式进行计算:Bi=∑j=1R(Pij⋅qij)0.5Bi=∑j=1R(Ρij⋅qij)0.5式中:Bi为种群i的生态位宽度,共值不大于1;Pij与qij为第i种群在第j个资源位上所占的比例与资源利用率;R为资源位个数.种群之间生态位重叠的计算,采用Pianka提出的公式进行计算:Qij=∑h=1nPih⋅Pjh∑h=1nP2ih⋅∑h=1nP2jh√Qij=∑h=1nΡih⋅Ρjh∑h=1nΡih2⋅∑h=1nΡjh2式中:Oij为种群i与j的生态位重叠值;Pih与Pjh为种群i与j在资源h上所占的比例;n为资源水平数.获得各平行组数据后,根据以上公式采用DPS数据处理系统进行分析,然后通过Excel2003计算平均值和标准偏差.2结果与分析2.1储层和储层材料的密度由表2可以得出,在温度资源上蛋白核小球藻的密度最大,最高达到221.40×107ind·L-1,对应的温度为31.5℃;微绿球藻的密度最小,仅为9.47×107ind·L-1,对应的温度为21℃.在盐度资源上啮蚀隐藻的密度最大,达到91.58×107ind·L-1,对应的盐度为9.9;微绿球藻的密度最小,仅为3.16×107ind·L-1,对应的盐度也为9.9.在氮、磷含量资源上啮蚀隐藻的密度最大,达到67.26×107ind·L-1,对应的氮、磷含量分别为236.3和22.5μmol·L-1;微绿球藻的密度最小,仅为10.88×107ind·L-1,对应的氮、磷含量分别为108.8和10.4μmol·L-1.2.2两种微藻的特性从图1可知,啮蚀隐藻的平均生态位宽度最大,达0.980,其在温度和盐度资源的生态位宽度均最大,分别达0.980和0.988;新月菱形藻在氮、磷含量资源的生态位宽度最大,达0.990;蛋白核小球藻在各资源上的生态位宽度值均最小,平均只有0.926.从表3可见,几种微藻均具有喜高温的特点,在31.5℃时具有最佳的适应性.啮蚀隐藻在18.5℃也有较高的适应性,表明其生长具有广温性.蛋白核小球藻与微绿球藻种群对盐度的适应性比较接近,主要适应盐度为13～23,最适盐度为18.啮蚀隐藻表现出广盐性质,主要适应盐度是26.1、18和9.9,但以盐度9.9时的分布率最大.新月菱形藻表现出喜高盐性质,主要适应盐度为26.1.在氮、磷资源上,各微藻适应在氮含量为157.5～315.0μmol·L-1、磷含量为15.0～30.0μmol·L-1的范围生长,新月菱形藻在氮、磷含量分别为363.7和34.6μmol·L-1时也表现出良好的适应.2.3蛋白核小球藻与其他藻类的适应能力由表4可知,蛋白核小球藻和微绿球藻在温度、盐度和氮、磷含量资源上的生态重叠值均为最大,说明两者的生态特征接近,对各生态因子的适应能力具有较大的相似性,当水体的温度、盐度和氮、磷含量满足时,两者能在这种环境下较为适应的生长,由于蛋白核小球藻在各资源上的生态位宽度值均最小,当某个资源变动时则会形成剧烈竞争,最后只有微绿球藻成为优势种,然而,在相同条件下,选择其中任何一种进行定向培育均可.啮蚀隐藻与蛋白核小球藻在温度和盐度、啮蚀隐藻与新月菱形藻在氮、磷含量的生态位重叠值的最小.3生态位宽度和定向培养微藻的选择生态位理论可为微藻群落的合理构建与调控实践提供重要的科学依据与指导原则.微藻种群生态位的研究,可清楚地了解各种种群对不同环境资源的利用能力及对生态因子的适应能力,同时,对微藻藻相进行改造时,应用生态位理论可对微藻群落进行合理调控,从而不断地优化种群的生态位,使群落的结构与功能向高效、和谐、优质、稳定的方向发展.微藻的生态位宽度在不同的环境因子梯度上有差异,其变化呈现一定的特点,揭示了不同种群在不同环境因子梯度上的资源利用率或适应性有差异.在特定时间范围内,种群有各自的分布状况,这主要取决于种群自身的生长及繁殖特性、种群的现实生态位和该种群与其他种的竞争作用.同一种群处于不同环境或与不同的类群分布在一起时,分布格局通常不同.微藻的生态位是种群适应所处环境和不断利用各种环境资源的结果.生态位大小反映并决定种群对环境的适应能力或对资源的利用程度,生态位宽度越大,物种对生态因子的适应幅度越大,在群落内的分布幅度也就较大.啮蚀隐藻具有最大的生态位宽度值,也就是说它几乎能利用群落环境的全部资源,对环境资源的利用最充分,竞争力最强,表现出广温、广盐性.蛋白核小球藻的生态位宽度值最小,说明它在群落中的生态适应范围较窄.所以,在对虾养殖过程中可根据条件定向培养微藻.春季水温较低,可以定向培育啮蚀隐藻进行水质调控;高温季节则均可定向培育这几种微藻.不同盐度的养殖水体可以选择不同的微藻进行定向培育.当养殖水体盐度达9.9时,可引入啮蚀隐藻;当盐度达13时,可引入蛋白核小球藻与微绿球藻;盐度达23时,应引入新月菱形藻.在氮、磷资源上,各微藻的生态位宽度值在0.972～0.990,生态位重叠值在0.829～0.989,适宜的氮、磷含量范围分别为157.5～315.0μmol·L-1和15.0～30.0μmol·L-1,说明各微藻对氮、磷资源的利用上存在剧烈竞争.其中,新月菱形藻在氮、磷含量分别为363.7和34.6μmol·L-1时也表现出良好的适应,表明其在高营养水平的水体中具有很强的竞争能力,适于富营养化水体的定向培育.在微藻群落中,复杂的生态关系使各种群的生态位通常不表现为离散,而总是倾向于分享其他种群的生态位,结果导致2个或更多的种群对某些资源的共同需求,使不同种群的生态位处于不同程度的重叠状态.生态位重叠,反映了2个种群之间利用资源或对环境生态适应能力的相似程度,生态位重叠较大的种群有相近的生态特性,生态特征差异较大的种群间的生态位重叠较小.对微藻群落进行改良时,要充分考虑所引种群的生态位特征,根据所引种群的最适生态位位置,将其置于相应的群落中,使群落内部各种群在时间及空间生态位上均处于合理的格局之中,从而使群落中各种群均能有效地利用有限的环境资源,提高群落的初级生产力和稳定水体环境的能力,避免所引种群与原有种群形成较大生态