海洋微藻之间的化感作用研究进展

化感作用(Allelopathy)又称他感作用或相生相克,这一术语是由Moish(1937)最早提出的,用来指植物间的有益和有害的相互作用。Rice(1984)曾把它定义为:“一种植物,包括微生物通过产生化学物质并排至环境中而对另一种植物或微生物产生直接和间接的有害效应。”但是事实上,大量的自然现象和实验表明,植物释放的化学物质由于浓度、作用对象等因素的不同,既可以产生抑制效应,又可以产生促进效应。因此,Rice(1986)后来又认可了Molish(1937)最初提出的定义,并且还对促进效应方面作了综合评述,认为: Allelopathy是指一种植物通过向环境释放某些化学物质，在其周围形成一个微环境区域,从而促进或抑制该区域内其他植物生长的现象。国际化感作用学会(International Allelopathy Society)在1996年修订了Molish(1937)的定义,将化感作用定义为包括植物、藻类、细菌和真菌在内的生物产生的次生代谢产物对生物和农业系统产生的影响。这个定义包括了促进和抑制两方面的作用。 实验室研究和自然环境中的证据表明, 化感作用在陆地生态系统、淡水和海水生态系统中都广泛存在, 包括微藻、大型藻和被子植物在内的所有初级生产者都能产生和释放化感物质。 海洋微藻之间的化感作用正被越来越多的海洋科研工作者关注, 其中重要的一个原因是发生赤潮时, 化感作用可能是赤潮藻在竞争中取得优势地位的重要因素之一。许多赤潮藻分泌的次级代谢产物对其他藻类产生致死或抑制作用(Wolfe, 2000;王悠,2006)。赤潮藻分泌的毒素有些是分解的产物, 有的是自身储存的能量物质, 很多毒素有化感作用(Turneretal.,1997)。海洋藻类化感作用的研究将会为赤潮发生、演替机理的阐明和赤潮的生态调控提供新的思路。 本文作者综合国内外相关文献, 分别从化感作用的研究方法、化感物质的化学性质、影响化感物质产生和作用的因素、化感物质的作用机理和化感作用在群落演替中的作用等方面系统介绍海洋微藻之间化感作用研究的现状, 并提出今后海洋微藻化感作用的研究展望。     

解淀粉芽孢杆菌化感作用对球等鞭金藻生长抑制效果

为探明解淀粉芽孢杆菌及其代谢物对海水养殖环境中微藻的化感作用,本文以实验生态学方法研究了解淀粉芽孢杆菌对球等鞭金藻生长的生态作用.实验设计了不同剂量(100μL、500μL、1000μL)的解淀粉芽孢杆菌纯菌液、解淀粉芽孢杆菌代谢产物、解淀粉芽孢杆菌及代谢产物混合液三种组合研究其对球等鞭金藻的培养影响.结果显示,添加纯...     

胞外滤液对球等鞭金藻生长速率和胞内生化成分含量的影响

以4个不同生长阶段的球等鞭金藻的胞外滤液为研究对象,研究其对球等鞭金藻藻生长速率和胞内生化成分含量的影响。结果表明,随着胞外滤液老化程度的逐渐增加,藻细胞的生长速率及胞内物质的含量受到越来越强烈的影响,表现为生长速率呈现负值,胞内生化成分的含量降低。即便是补充了足够的营养盐,也无法消除胞外滤液的抑制作用。实验证明,球等鞭金藻在生长过程中产生的抑制物在影响其生长的同时,对胞内物质也有一定的抑制作用。     

剧毒卡尔藻与东海原甲藻间的化感作用研究

为研究剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)与东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)之间的化感作用,在f/2营养盐条件下,分别采用了混合培养及滤液培养的方法。结果表明:剧毒卡尔藻指数生长后期的无藻细胞滤液明显抑制了东海原甲藻的生长,而东海原甲藻滤液对剧毒卡尔藻的生长几乎无影响,化感作用作为重要的影响因素使剧毒卡尔藻获得竞争优势。将剧毒卡尔藻指数生长末期的无藻细胞滤液置于固相萃取(SPE) C18小柱,经吸附、不同比例的甲醇溶液洗脱,考察不同洗脱部分对东海原甲藻生长的影响,发现80%的甲醇洗脱部分明显抑制了东海原甲藻的生长。本研究为了解剧毒卡尔藻的竞争机制提供了重要的科学依据,今后将重点分析剧毒卡尔藻释放的有效抑制东海原甲藻生长的化感物质。     

球等鞭金藻胞外滤液对自身藻细胞生长的影响

以4个不同生长阶段的球等鞭金藻的胞外滤液为研究对象,将其直接或添加营养盐后用于球等鞭金藻的培养,通过监测培养过程中藻细胞的密度、培养液中硝酸态氮和可溶性磷等指标的变化,探讨球等鞭金藻胞外滤液对自身藻细胞生长的影响;并采用紫外光谱和高效液相色谱对胞外滤液的乙酸乙酯粗提物进行初步分析。结果表明,随着4组胞外滤液老化程度的增加,藻细胞的生长受到越来越强烈的抑制作用,即便是补充了足够的营养盐,也无法消除胞外滤液对藻细胞生长的抑制作用;并且,胞外滤液对藻细胞吸收硝酸态氮和可溶性磷也有一定的抑制作用。因此,推测是球等鞭金藻在生长过程中产生某种抑制物,该抑制物在进入稳定期时逐渐释放到培养液中,至细胞衰亡期时含量达到最大。紫外光谱和高效液相色谱分析表明,抑制物的特征吸收为235nm,且抑制物的粗提物中包含5个主要化学成份。     

中肋骨条藻与微小亚历山大藻间的他感作用研究

在f/2全营养培养条件下,采用共培养以及滤液交叉培养的方法研究了中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和微小亚历山大藻(Alexandrium minutum)之间的竞争作用,结果表明: 微小亚历山大藻指数生长后期的无藻细胞滤液对中肋骨条藻的生长没有抑制作用,但中肋骨条藻滤液明显抑制了微小亚历山大藻的生长,且抑制作用随着中肋骨条藻滤液比例的增大而增大,他感作用是影响这两种微藻间竞争的重要方式之一;通过向培养基中添加自他感物质标准品15S-hydroxy-5Z,8Z,11Z,13E,17Z-eicosapentaenoic acid (15(S)-HEPE)考察其对中肋骨条藻自身以及微小亚历山大藻生长的影响,发现15(S)-HEPE在中肋骨条藻滤液中并不是能够抑制微小亚历山大藻生长的他感物质,今后应进一步深入分析中肋骨条藻释放的抑制微小亚历山大藻生长的他感物质。     

球等鞭金藻细胞生长抑制因子的初步研究

以球等鞭金藻老化培养液的乙酸乙酯粗提物处理微藻细胞,通过对细胞密度、叶绿素a含量、胞内多糖含量及蛋白质含量等生理指标的测定,证实了乙酸乙酯粗提物对球等鞭金藻细胞生长有明显的抑制作用。进一步比较乙酸乙酯粗提物对球等鞭金藻细胞密度、叶绿素a含量及胞内多糖含量96h的半抑制剂量,得出细胞密度、胞内多糖及叶绿素a可以作为反映乙酸乙酯粗提物对球等鞭金藻抑制作用的生物学指标。     

耐高温球等鞭金藻(Isochrysis galbana)藻种的选育与饵料特性初步分析

通过显微操作技术从海水饵料微藻培育池中分离出4株球等鞭金藻(Isochrysisgalbana)藻株,测试其在高水温(33°C,40°C)下的生长性能;对藻株的颗粒大小和粗蛋白含量进行了测定;筛选出一株生长速度较快的球等鞭金藻PHY7004,优化了其培养条件;分析了单环刺螠幼苗对其的摄食能力。结果表明,分离出的4株球等鞭金藻可在水温33°C下生长,其中PHY7004生长速率最快;分离出的各藻株细胞的平均直径为5.5—7.5μm;耐受33°C的4株藻株平均鲜重蛋白质含量为34.29 mg/L,其中PHY7003蛋白质含量最高,为41.80mg/L;优化后的最适培养条件为pH=7,N/P=14:1;单环刺螠幼苗对PHY7002的摄食强度较高。本实验为耐高温饵料藻种的筛选提供参考,也可为单环刺螠育苗所用的饵料微藻的选择提供依据。     

球等鞭金藻的培养条件研究

通过分批培养实验研究了氮、磷、铁、硅、碳、维生素B1、B12等营养因子对球等鞭金藻生长的影响,确定了氮、磷、铁、硅、维生素B1、B12对球等鞭金藻生长的必要性,并通过正交实验得出球等鞭金藻生长的最佳配方,即在天然海水中添加NaN03-N 7．5g／m^3,KH2PO4-P 0．5g／m^3,FeCL3-Fe 0．1g/m^3,Na2SiO3-Si0．2g／m^3,B1 100mg／m^3、B12 0．5mg／m^3。     

三角褐指藻与抑食金球藻的竞争及化感作用研究

为探明三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）对抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）是否具有化感作用,本研究以三角褐指藻和抑食金球藻为实验材料,研究了抑食金球藻在单培养和共培养条件下的生长情况及三角褐指藻培养滤液对其生长和叶绿素荧光参数的影响。结果表明:三角褐指藻对抑食金球藻有明显的化感抑制作用。在单培养体系中,抑食金球藻的生长曲线可用逻辑斯谛增长模型拟合,随着起始密度的增加,环境容量（K）逐渐减小,而抑食金球藻的种群瞬间增长率（r）、进入拐点时间及稳定期细胞密度均较为接近;当三角褐指藻与抑食金球藻以不同起始密度比共同培养时,抑食金球藻的生长均受到了显著地抑制（P<0.05）,但其抑制作用并未与三角褐指藻的密度呈明显的线性关系;滤液培养实验发现,10 mL和15 mL三角褐指藻培养滤液的加入可对抑食金球藻的生长产生显著影响（P<0.05）,对其叶绿素荧光参数没有影响（P>0.05）,25 mL和35 mL三角褐指藻培养滤液的加入可对抑食金球藻的生长和叶绿素荧光参数均产生显著的抑制作用（P<0.05）,叶绿素荧光参数F_v/F_m、ΦPSⅡ、alpha的值降低,Ik的值增加,PSⅡ受到损害。     

温度对四种海洋微藻脂肪酸组成的影响

对在不同温度下培养的4种海洋微藻脂肪酸的气相色谱分析表明，不同微藻的脂肪酸组成及其不饱和程度受温度影响的差别较大。在本实验条件下，随着温度升高，球等革命金藻、盐生杜氏藻、三角褐指藻的总多不饱和脂肪酸（TPUFA）百分含量及脂肪酸平均双键数（MDB）均呈下降趋势，其总单不饱和脂肪酸（TMUFA)和总饱和脂肪酸（TSFA）百分含量则呈增加趋势；随着温度提高小球藻TPUFA百分含量和脂肪酸平均双键数先降低后增加，在20℃时出现最小值。     

4种海洋绿藻光合放氢特征的研究

四爿藻(Tetraselmis sp．)、微绿球藻(Nannochloropsis occulata)、小球藻(Chlorella vulgaris)和扁藻(Ptatymonas subcordiformis)的放氢特点各不相同。在暗厌氧培养阶段,四爿藻和微绿球藻不释放氢气,小球藻和扁藻释放微量的氢气。随后的光照培养阶段中,4种海藻在天然海水中都释放氢气,四爿藻和小球藻在无硫海水中不释放氢气,而微绿球藻在无硫海水中释放的氢气比在天然海水中的少,扁藻在无硫海水中释放的氢气为天然海水中的10倍。在4种藻中。亚心型扁藻的光合放氢能力最高。解偶联剂CCCP(carbonyl cyanide m—chlorophenylhydrazone)对该4种藻的光合放氢的影响各不相同,并初步推测了扁藻光合放氢的速度限制因素。     

多氯联苯在两种海洋微藻中毒性效应及富集效应的研究

通过分析2,2',3,4,4',5'-六氯联苯(PCB_(138))对牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)和亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)生长的影响,以及PCB_(138)对两种微藻超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性的影响,研究多氯联苯对海洋微藻的毒性效应,并采用气相色谱法研究了两种微藻对PCB_(138)的生物富集效应。结果表明,PCB_(138)对牟氏角毛藻和亚心形扁藻均有明显的毒性效应作用,对2种藻类的96 h半抑制质量浓度(96hEC_(50))分别为0.057 mg/和0.354 mg/L,与亚心形扁藻相比,牟氏角毛藻对PCB_(138)更敏感,耐受性更差;低浓度的PCB_(138)对两种微藻SOD酶活性有诱导作用,但当PCB_(138)浓度过高时,SOD酶活性下降;两种微藻对PCB_(138)均有明显的富集作用,随着培养时间的延长,牟氏角毛藻中富集的PCB_(138)含量呈上升趋势,而亚心形扁藻中PCB_(138)含量呈现先上升后下降趋势。     

海洋微藻的无菌化处理及对其生长特性和生化组成的影响

利用常用抗生素(氨苄青霉素、链霉素、氯霉素和卡那霉素)对4株海洋微藻(1株金藻和3株小球藻)进行了无菌化处理,并对这4株微藻在带菌和无菌培养时的生长特征和生化组成进行了比较。结果表明:中高浓度(≥100 mg/dm3)的单种抗生素或抗生素组合可抑制微藻的生长,个别低浓度(50 mg/dm3)的抗生素或抗生素组合可促进微藻的生长;氨苄青霉素、链霉素和卡那霉素各200 mg/dm3联合使用处理球等鞭金藻,氯霉素100, 50, 50 mg/dm3单独使用分别处理小球藻C95, CV和C146,可获得这4株微藻的无菌藻系;无菌培养的4株海洋微藻的稳定期持续时间由除菌前的4~5 d延长到15~20 d,藻液悬浮性增强,藻细胞不易老化;除菌后微藻的主要生化成分发生明显变化,球等鞭金藻的叶绿素A、叶黄素和总脂含量显著增加,小球藻C95和CV的总蛋白含量显著增加,3株小球藻的脂肪酸组成如EPA, PUFA等的含量发生显著变化。     

活性氧对3种海洋微藻生长的影响

以Fe2+/Vc为活性氧诱生系统,对活性氧作用下3种海洋微藻的生长情况进行了研究.结果表明,低浓度的活性氧可以促进3种海洋微藻的生长,使藻细胞的脂质过氧化程度升高,同时刺激细胞的SOD活性使其略有上升,加入抗氧化剂可以抑制其促进作用;高浓度的活性氧能抑制3种海洋微藻细胞的生长,使细胞的脂质过氧化程度过量增高,抑制细胞的SOD活性,抗氧化剂可以缓解其对藻细胞的毒性作用.不同种类的微藻对活性氧的敏感性存在差异.     

三种海洋浮游微藻的分子鉴定及培养条件研究

采用分子生物学手段结合形态特征对海洋中生活着的浮游单细胞海藻进行准确无误的分类鉴定,正在成为一种普遍接受的方式。这样做的前提是首先需要从海水中分离得到纯藻株, 掌握它们的生活条件, 获得生物量, 并进而完成鉴定。作者对一株裸甲藻类似种和两株新分离的赤潮单细胞海藻进行了分离、培养和鉴定。核糖体18S RNA 基因(18S rDNA)和转录单元内间隔区(ITS)序列分析结果显示这三株藻分别为共生甲藻(Symbiodinium sp.)、锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea)和赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)。作者以广泛使用的光密度值A₆₈₀作为衡量藻体生物量变化的指标, 研究了这三种藻在不同培养条件下的生长。结果表明, 在批次培养中, 共生甲藻、锥状斯氏藻和赤潮异弯藻的生物量都在22℃达到最大, 分别为9.28×10⁵个/mL、7.9×10⁴个/mL 和4.75×10⁵个/mL; 强光和长时间光照促进生长, 但锥状斯氏藻在强光下更早进入衰退期; 三种藻都表现出较强耐受盐度变化的能力,在盐度为15～36 的培养液中生长良好; 营养实验表明, 使用882 μmol/L 的NO₃^- 和36.2 μmol/L 的PO₄^3-能够维持三种海藻的快速生长。     

Experimental studies on dimethylsulfide (DMS) and dimethylsulfoniopropionate (DMSP) production by four marine microalgae

The production of dimethylsulfide (DMS) and dimethylsulfoniopropionate (DMSP) by marine microalgae was investigated to elucidate more on the role of marine phytoplankton in ocean-atmosphere interactions in the global biogeochemical sulfur cycle.Axenic laboratory cultures of four marine microalgae–Isochrysis galbana 8701,Pavlova viridis,Platymonas sp.and Chlorella were tested for DMSP production and conversion into DMS.Among these four microalgae,Isochrysis galbana 8701 and Pavlova viridis are two species of Haptophyta,while Chlorella and Platymonas sp.belong to Chlorophyta.The results demonstrate that the four algae can produce various amounts of DMS(P),and their DMS(P) production was species specific.With similar cell size,more DMS was released by Haptophyta than that by Chlorophyta.DMS and dissolved DMSP (DMSPd) concentrations in algal cultures varied significantly during their life cycles.The highest release of DMS appeared in the senescent period for all the four algae.Variations in DMSP concentrations were in strong compliance with variations in algal cell densities during the growing period.A highly significant correlation was observed between the DMS and DMSPd concentrations in algal cultures,and there was a time lag for the variation trend of the DMS concentrations as compared with that of the DMSPd.The consistency of variation patterns of DMS and DMSPd implies that the DMSPd produced by phytoplankton cells has a marked effect on the production of DMS.In the present study,the authors’ results specify the significant contribution of the marine phytoplankton to DMS(P) production and the importance of biological control of DMS concentrations in oceanic water.     

甜菜碱脂在14种海洋微藻中的分布研究

采用超高效液相色谱−四极杆−飞行时间质谱联用分析系统(UPLC -Q- TOF MS),对4个微藻门中的14种微藻的甜菜碱脂的分子组成及其相应脂肪酸的组成及分布进行分析。结果表明：在14种微藻中共鉴定出133种甜菜碱脂,包括53种DGCC、41种DGTS和39种DGTA。其中甲藻和定鞭藻中主要的甜菜碱脂种类为DGCC,绿藻中主要的甜菜碱脂种类为DGTS;而在硅藻中的甜菜碱脂主要包括两种：中心硅藻纲中为DGCC,羽纹硅藻纲中为DGTA。此外,不同微藻中甜菜碱脂脂肪酸组成差异仅限制在门或纲的水平上,在较低的分类水平上差异不明显。硅藻门、甲藻门和定鞭藻门中均含有DGCC,其脂肪酸链的组成均含有C14−C18的脂肪酸以及C20和C22的多不饱和脂肪酸,但是甲藻的C14−C18脂肪酸链为饱和的,而C19奇数碳原子的脂肪酸链仅在硅藻中发现。认为海洋微藻甜菜碱脂的研究可以为海洋微藻化学分类学以及缺磷极性脂类的生理、生态作用和功能特性研究提供重要参考依据。     

球等鞭金藻生长抑制物的产生和释放

在含有三个生长阶段(指数生长期、静止期和衰亡期) 的球等鞭金藻细胞再悬浮液、细胞破碎液、上清液、藻壳液和无细胞滤液的培养液中对牟氏角毛藻和三角褐指藻进行了培养,并通过这些培养液对两种微藻生长的影响探讨了球等鞭金藻生长抑制物的产生和释放过程.结果表明,生长抑制物的产生及释放与球等鞭金藻细胞的生长阶段密切相关;生长抑制物在细胞的对数生长初期产生并在细胞内积累,当细胞内的生长抑制物浓度超过一定范围后,细胞开始向培养物中释放生长抑制物,进而导致培养物中生长抑制物的浓度增加.     

不同海洋微藻对石油污染的响应差异

微藻对油污染物的不同响应,势必造成其群落种类组成和结构的变化,进一步影响海洋生态系统的变迁。由于油污染对于浮游植物的影响具有污染源及生物响应的多样性、多维度性和复杂性,产生影响的时效长但可显示度低等特点,造成该研究领域的极大限制。作者以石油标准品20-3和3种石油化学品(双酚、对苯二甲酸、对二甲苯)作为油污染源,利用多孔板高通量检测方法及大数据处理分析软件Simca-P,对中国沿海常见单种微型藻类的种群消长受油污染影响进行了研究。以石油标准品20-3为油污染源,分析了31株微藻增殖对不同油标浓度的不同响应;利用Simca-P软件对3种不同浓度的石油化学品对4种典型微藻(柔弱角刺藻(Chaetoceros debilis)、球等鞭金藻(Isochrysis galbana)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、剧毒卡罗藻(Karlodinum veneficum))增殖的影响进行了比较分析。研究结果显示:不同种类微藻因油污种类及其浓度不同,其响应存在显著差异。利用多孔板以及微藻的吸光特征,可以高通量快速筛查不同微藻对不同油污及其不同浓度的响应差异,并利用计算机软件对大数据的分析能力,挖掘和比较不同微藻与不同油污之间的相互关系,从而就油污染对微藻影响这种多维度复杂关系进行研究。