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应用特征色素组合研究普里兹湾浮游植物群落组成

项目名称: 应用特征色素组合研究普里兹湾浮游植物群落组成
项目类型: 2011年中国极地考察战略基金资助项目
项目负责人: 赵军
项目成员: 沈忱; 谭赛章; 江志兵
项目编号:
父项目编号:
规划期: 十二五规划
立项时间: 2011-11-01
预期结束: 2013-10-01
实际结束:
金额(万元): 2
目录

详细描述

立项依据与研究基础:

  浮游植物在海洋生态系统中扮演着重要角色,它是初级生产力的主要贡献者,是食物网上层结构以及能量流和物质流的基础,是生源要素生物地球化学循环的重要影响因素。因此,如何准确估算浮游植物群落组成和丰度对于理解海洋生态系统结构和动力学以及反演环境和气候变化有着十分重要的意义。

传统的浮游植物分类方法主要是以形态特征为依据,利用光学或电子显微镜对样品进行鉴定和计数。尽管这种方法能够实现藻种级别的鉴定,但其缺陷很多:对研究人员的专业水平及经验要求非常高;工作非常耗时;某些微型和微微型浮游植物缺少显著的分类学形态特征、或结构脆弱而无法固定保存,易造成漏检误检。因此,该方法不能满足大批量野外样品快速准确分析的要求。为了适应实际工作的需要,近年来发展了不依赖于形态的浮游植物类群指标,其中色素因特征性显著和相应分析手段的迅速发展而成为浮游植物理想的化学生物标志物,在指示浮游植物群落组成的研究中起了重要作用。

  对水体生态系统中光合色素进行高效液相色谱法(HPLC)分析,其数据经过化学分类法处理后可以指示浮游植物的特征。浮游植物的总现存量或初级生产可以用叶绿素a来估算,浮游植物在纲一级别的鉴定是通过特征类胡萝卜素的存在来实现的,不同类群浮游植物对总现存量的贡献是根据特征色素与叶绿素a的比值来计算的。为实现上述目的,有两种数据解析方法最常用:1)每一藻纲用主要类胡萝卜素来表征,其丰度用多元线性回归法估算的色素比值来表征;2)每一藻纲用特征色素组合来表征,其丰度用如CHEMTAX程序这样的矩阵分析法估算的色素比值来表征。由于一种色素被两种以上浮游植物同时作为特征色素的情况很多,因此CHEMTAX方法更占优势。尽管基于色素的HPLC-CHEMTAX化学分类法只能实现藻纲级别的分类,但该方法能够快速对色素进行分类、在线鉴定和定量,使得每个航次分析几百个样品成为可能;能分辨出更多种类的微型和微微型浮游植物;与传统方法相比较,结果可靠。因此,过去十多年该方法在多个海域得到广泛应用,有许多新的发现。

   南极海域浮游植物是该区域海洋食物网的最初一环,其群落组成和丰度的变化对生态系统的平衡有着很重要的影响。在过去的几十年里,国内外科学家对南极海洋浮游植物群落组成和丰度相关的科学问题进行了大量的研究,对南极海洋生态系统的初级生产、浮游植物现存量及组成,以及与水团、光照、铁元素、生源要素结构、有机碳循环、浮游动物摄食之间的相互关系有了更深入的认识。近十几年来,随着浮游植物基于色素的HPLC-CHEMTAX化学分类方法在南极及南大洋海域研究中的应用,人们对显微镜方法无法鉴定的微型和微微型浮游植物,诸如隐藻、绿藻、青绿藻、定鞭藻、金藻等的群落组成和丰度有了更为深入的认识。微型和微微型浮游植物在生态系统中的作用越来越受到重视,逐渐成为研究热点。

   南极普里兹湾是南极大陆印度洋扇区中最大的海湾,是南极大陆除威德尔海和罗斯海之外的第三大海湾,也是我国进行南极科学考察的重点研究海域。近二十年来,我国科学家围绕着普里兹湾浮游植物相关科学问题展开了多次研究和探讨,在以下几个方面有了初步认识:

1)浮游植物细胞丰度(生物量)、叶绿素a和初级生产力的空间分布:普里兹湾及其邻近陆架区域的高于陆坡和深海区域的,表面水体的高于底层水体的,这种分布特征与该区域的温度、盐度的分布正相关,与营养盐的分布反相关,与浮冰和水团稳定性也有一定关系。

2)小型浮游植物的种属鉴定:硅藻占绝对优势,甲藻次之,蓝藻和金藻也有发现。其他种属虽偶有发现,但未进行鉴定。

3)小型、微型和微微型浮游植物对总生物量和总生产力的贡献:在整个调查区域,微型和微微型浮游植物的贡献率超过40%,且该比率在陆坡和深海区域更高,甚至超过60%。

   这些研究为普里兹湾海域生态系统结构和功能的综合研究提供了基础数据和资料。归结起来看,我们对小型浮游植物以硅藻和甲藻为主要种类的群落组成有了基本的认识,但对微型和微微型浮游植物的分类学研究还不够深入。例如,对总生物量和总生产力的贡献与小型浮游植物相当的微型和微微型浮游植物,其种类组成是怎样的?与以硅藻和甲藻为主的小型浮游植物在种类组成上存在多大差异?这种差异对微食物环和碳循环有什么影响?这些科学问题都是未知的。显然,要全面了解普里兹湾及其邻近海域生态系统结构、生物多样性以及全球气候变化在该区域的响应,这些都是必须回答的重要问题。

基于以上认识,本研究立足南极普里兹湾,开展基于色素生物标志物的浮游植物化学分类法研究,以期获得对研究区域浮游植物,尤其是微型和微微型浮游植物群落组成和丰度更为深入的认识,为该海域生态系统结构和碳循环研究等后续生物地球化学研究工作提供新的视角。


研究内容与工作目标:

工作目标

以南极普里兹湾水体中浮游植物为研究对象,通过对其特征色素及其组合的分析,研究浮游植物群落的组成结构和丰度,以期对微型和微微型浮游植物群落组成有新发现,为该海域生态系统结构研究和生物地球化学研究提供新视角。

研究内容

1)分析普里兹湾及其邻近海域不同站位和层次水体中浮游植物色素的种类和含量,应用化学分类法对色素组合特征进行解析,研究普里兹湾海域浮游植物,尤其是微型和微微型浮游植物在纲一级别的群落组成特征和相对丰度及其分布特征。

2)与传统的镜检法相比较,验证CHEMTAX化学分类法在纲一级别对小型浮游植物种类组成分类的可靠性。

3)结合现场水体的温度、盐度和营养盐等参数,研究环境因素对不同类型浮游植物群落分布的影响。