不同微藻種群生態(tài)位的研究

不同微藻種群生態(tài)位的研究

生態(tài)位是群落中生物多樣性、形態(tài)和資源可持續(xù)生存的許多條件和范圍。它往往被認(rèn)為是一個多維空間，是群落生態(tài)研究的中心主題。生態(tài)位理論被廣泛應(yīng)用于生物種間關(guān)系、群落結(jié)構(gòu)、群落遺傳、生物多樣性、物種發(fā)展和瀕危物種評價的研究，是解釋自然群落物種生存和競爭機制的基本理論。生態(tài)位的振幅和種間生態(tài)位的重疊被認(rèn)為是生物多樣性和群落結(jié)構(gòu)的決定性因素，反映了物種的資源使用能力以及群落或生態(tài)系統(tǒng)的功能和位置。它也反映了群落的穩(wěn)定性。微藻群的形成和生態(tài)研究非常重要。通過分析微藻群資源梯度的分布規(guī)律，我們可以充分了解微藻群落的特征、種間的適應(yīng)和生態(tài)功能。國內(nèi)外對微藻栽培條件的研究很多，但對微藻生態(tài)位的研究很少。在這項工作中，我們研究了不同海域微藻的溫度和濕度、氮和磷的生態(tài)特征，以捕捉不同環(huán)境資源的利用能力以及生態(tài)因子的適應(yīng)性和相似性，并為不同季節(jié)、不同鹽度、不同氮、磷的微藻生態(tài)調(diào)節(jié)提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1優(yōu)勢種和常見種的采集本研究所用微藻為嚙蝕隱藻(Cryptomonaserosa)、新月菱形藻(Niztzschiaclosterium)、微綠球藻(Nannichloropsisoculata)和蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa),均是從對蝦養(yǎng)殖池塘中采集的優(yōu)勢種或常見種,經(jīng)實驗室分離、培養(yǎng)獲得.1.2實驗方法1采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計安排試驗,試驗設(shè)置各因素編碼與取值見表1.在500ml錐形瓶加入培養(yǎng)液300ml,使用營養(yǎng)鹽及濃度分別為:硝酸銨(NH4NO3)和磷酸二氫鉀(KH2PO4)見表1,檸檬酸鐵(FeC6H5O7)0.4μmol·L-1、硅酸鈉(Na2SiO3·5H2O)46μmol·L-1,pH7.8,光照強度5500lx.微藻處于指數(shù)增長期時,通過Sigma-3k30離心機10000r·min-1離心收集,并加入試驗瓶中使培養(yǎng)液中各微藻的密度為5×107ind·L-1,每組設(shè)置3個平行.采用46W喬森照明節(jié)能燈為光源,光照度測定使用光照度計JD-3型(上海市嘉定光學(xué)聯(lián)儀廠),晝∶夜光照周期為12h∶12h.采用智能恒溫循環(huán)器DTY-813(北京德天佑科技發(fā)展有限公司)水浴控溫.鹽度測定使用比重計.光強、溫度和鹽度在試驗前都經(jīng)過調(diào)試、測定.根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果,本試驗周期設(shè)為7d.1.3種群之間生態(tài)位重疊培養(yǎng)時間結(jié)束后進(jìn)行采樣分析.微藻密度計算采用血球計數(shù)板計數(shù)法.一維生態(tài)位寬度分析采用Simth提出的公式進(jìn)行計算:Bi=∑j=1R(Pij?qij)0.5Bi=∑j=1R(Ρij?qij)0.5式中:Bi為種群i的生態(tài)位寬度,共值不大于1;Pij與qij為第i種群在第j個資源位上所占的比例與資源利用率;R為資源位個數(shù).種群之間生態(tài)位重疊的計算,采用Pianka提出的公式進(jìn)行計算:Qij=∑h=1nPih?Pjh∑h=1nP2ih?∑h=1nP2jh√Qij=∑h=1nΡih?Ρjh∑h=1nΡih2?∑h=1nΡjh2式中:Oij為種群i與j的生態(tài)位重疊值;Pih與Pjh為種群i與j在資源h上所占的比例;n為資源水平數(shù).獲得各平行組數(shù)據(jù)后,根據(jù)以上公式采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行分析,然后通過Excel2003計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差.2結(jié)果與分析2.1儲層和儲層材料的密度由表2可以得出,在溫度資源上蛋白核小球藻的密度最大,最高達(dá)到221.40×107ind·L-1,對應(yīng)的溫度為31.5℃;微綠球藻的密度最小,僅為9.47×107ind·L-1,對應(yīng)的溫度為21℃.在鹽度資源上嚙蝕隱藻的密度最大,達(dá)到91.58×107ind·L-1,對應(yīng)的鹽度為9.9;微綠球藻的密度最小,僅為3.16×107ind·L-1,對應(yīng)的鹽度也為9.9.在氮、磷含量資源上嚙蝕隱藻的密度最大,達(dá)到67.26×107ind·L-1,對應(yīng)的氮、磷含量分別為236.3和22.5μmol·L-1;微綠球藻的密度最小,僅為10.88×107ind·L-1,對應(yīng)的氮、磷含量分別為108.8和10.4μmol·L-1.2.2兩種微藻的特性從圖1可知,嚙蝕隱藻的平均生態(tài)位寬度最大,達(dá)0.980,其在溫度和鹽度資源的生態(tài)位寬度均最大,分別達(dá)0.980和0.988;新月菱形藻在氮、磷含量資源的生態(tài)位寬度最大,達(dá)0.990;蛋白核小球藻在各資源上的生態(tài)位寬度值均最小,平均只有0.926.從表3可見,幾種微藻均具有喜高溫的特點,在31.5℃時具有最佳的適應(yīng)性.嚙蝕隱藻在18.5℃也有較高的適應(yīng)性,表明其生長具有廣溫性.蛋白核小球藻與微綠球藻種群對鹽度的適應(yīng)性比較接近,主要適應(yīng)鹽度為13～23,最適鹽度為18.嚙蝕隱藻表現(xiàn)出廣鹽性質(zhì),主要適應(yīng)鹽度是26.1、18和9.9,但以鹽度9.9時的分布率最大.新月菱形藻表現(xiàn)出喜高鹽性質(zhì),主要適應(yīng)鹽度為26.1.在氮、磷資源上,各微藻適應(yīng)在氮含量為157.5～315.0μmol·L-1、磷含量為15.0～30.0μmol·L-1的范圍生長,新月菱形藻在氮、磷含量分別為363.7和34.6μmol·L-1時也表現(xiàn)出良好的適應(yīng).2.3蛋白核小球藻與其他藻類的適應(yīng)能力由表4可知,蛋白核小球藻和微綠球藻在溫度、鹽度和氮、磷含量資源上的生態(tài)重疊值均為最大,說明兩者的生態(tài)特征接近,對各生態(tài)因子的適應(yīng)能力具有較大的相似性,當(dāng)水體的溫度、鹽度和氮、磷含量滿足時,兩者能在這種環(huán)境下較為適應(yīng)的生長,由于蛋白核小球藻在各資源上的生態(tài)位寬度值均最小,當(dāng)某個資源變動時則會形成劇烈競爭,最后只有微綠球藻成為優(yōu)勢種,然而,在相同條件下,選擇其中任何一種進(jìn)行定向培育均可.嚙蝕隱藻與蛋白核小球藻在溫度和鹽度、嚙蝕隱藻與新月菱形藻在氮、磷含量的生態(tài)位重疊值的最小.3生態(tài)位寬度和定向培養(yǎng)微藻的選擇生態(tài)位理論可為微藻群落的合理構(gòu)建與調(diào)控實踐提供重要的科學(xué)依據(jù)與指導(dǎo)原則.微藻種群生態(tài)位的研究,可清楚地了解各種種群對不同環(huán)境資源的利用能力及對生態(tài)因子的適應(yīng)能力,同時,對微藻藻相進(jìn)行改造時,應(yīng)用生態(tài)位理論可對微藻群落進(jìn)行合理調(diào)控,從而不斷地優(yōu)化種群的生態(tài)位,使群落的結(jié)構(gòu)與功能向高效、和諧、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的方向發(fā)展.微藻的生態(tài)位寬度在不同的環(huán)境因子梯度上有差異,其變化呈現(xiàn)一定的特點,揭示了不同種群在不同環(huán)境因子梯度上的資源利用率或適應(yīng)性有差異.在特定時間范圍內(nèi),種群有各自的分布狀況,這主要取決于種群自身的生長及繁殖特性、種群的現(xiàn)實生態(tài)位和該種群與其他種的競爭作用.同一種群處于不同環(huán)境或與不同的類群分布在一起時,分布格局通常不同.微藻的生態(tài)位是種群適應(yīng)所處環(huán)境和不斷利用各種環(huán)境資源的結(jié)果.生態(tài)位大小反映并決定種群對環(huán)境的適應(yīng)能力或?qū)Y源的利用程度,生態(tài)位寬度越大,物種對生態(tài)因子的適應(yīng)幅度越大,在群落內(nèi)的分布幅度也就較大.嚙蝕隱藻具有最大的生態(tài)位寬度值,也就是說它幾乎能利用群落環(huán)境的全部資源,對環(huán)境資源的利用最充分,競爭力最強,表現(xiàn)出廣溫、廣鹽性.蛋白核小球藻的生態(tài)位寬度值最小,說明它在群落中的生態(tài)適應(yīng)范圍較窄.所以,在對蝦養(yǎng)殖過程中可根據(jù)條件定向培養(yǎng)微藻.春季水溫較低,可以定向培育嚙蝕隱藻進(jìn)行水質(zhì)調(diào)控;高溫季節(jié)則均可定向培育這幾種微藻.不同鹽度的養(yǎng)殖水體可以選擇不同的微藻進(jìn)行定向培育.當(dāng)養(yǎng)殖水體鹽度達(dá)9.9時,可引入嚙蝕隱藻;當(dāng)鹽度達(dá)13時,可引入蛋白核小球藻與微綠球藻;鹽度達(dá)23時,應(yīng)引入新月菱形藻.在氮、磷資源上,各微藻的生態(tài)位寬度值在0.972～0.990,生態(tài)位重疊值在0.829～0.989,適宜的氮、磷含量范圍分別為157.5～315.0μmol·L-1和15.0～30.0μmol·L-1,說明各微藻對氮、磷資源的利用上存在劇烈競爭.其中,新月菱形藻在氮、磷含量分別為363.7和34.6μmol·L-1時也表現(xiàn)出良好的適應(yīng),表明其在高營養(yǎng)水平的水體中具有很強的競爭能力,適于富營養(yǎng)化水體的定向培育.在微藻群落中,復(fù)雜的生態(tài)關(guān)系使各種群的生態(tài)位通常不表現(xiàn)為離散,而總是傾向于分享其他種群的生態(tài)位,結(jié)果導(dǎo)致2個或更多的種群對某些資源的共同需求,使不同種群的生態(tài)位處于不同程度的重疊狀態(tài).生態(tài)位重疊,反映了2個種群之間利用資源或?qū)Νh(huán)境生態(tài)適應(yīng)能力的相似程度,生態(tài)位重疊較大的種群有相近的生態(tài)特性,生態(tài)特征差異較大的種群間的生態(tài)位重疊較小.對微藻群落進(jìn)行改良時,要充分考慮所引種群的生態(tài)位特征,根據(jù)所引種群的最適生態(tài)位位置,將其置于相應(yīng)的群落中,使群落內(nèi)部各種群在時間及空間生態(tài)位上均處于合理的格局之中,從而使群落中各種群均能有效地利用有限的環(huán)境資源,提高群落的初級生產(chǎn)力和穩(wěn)定水體環(huán)境的能力,避免所引種群與原有種群形成較大生態(tài)