胶州湾浮游藻的色素分析和基于色素的分类方法研究

摘要

以色素为基础的海洋浮游藻化学分类方法具有方便快捷，适于大批量样品连续分析的优势，是一种很有潜力的从宏观上研究浮游藻群落结构变化，进行海洋生态调查的好办法。通过色素分析还可能发现传统方法难以观察到的微型和微微型浮游藻种类的存在，从而丰富和完善对海洋浮游藻种类组成的认识。 本文选用一个经典的高效液相色谱色素分析方法，并对其适用性进行了系统地验证，在此基础上，对自2003年12月至2004年10月采集的胶州湾表层海水样品中的浮游藻色素进行了定性定量分析。在共123个样品中检测出33种色素，其中主要的色素种类为叶绿素a、岩藻黄素、多甲藻黄素、叶绿素b、19-丁酰氧基岩藻黄素、19'-已酰氧基岩藻黄素、玉米黄素、青绿素和别黄素。根据检测出的色素种类判断胶州湾存在的浮游藻包括硅藻、甲藻、绿藻、金藻、定鞭金藻、蓝藻、青绿藻和隐藻等8个类群。 在浮游藻的化学分类方法中，以CHEMTAX程序为代表的矩阵因子化方法具有能够对全部的浮游藻种类进行计算、方便快速和结果合理等优点。它通过逐步变化浮游藻种类的特征色素对叶绿素a比值，将样品的各种色素含量在不同的藻类间进行分配，满足限定条件的最优解即为结果。本研究从样品的色素数据变化趋势、浮游藻种类组成、初始色素比值、色素比值矩阵的构成等方面分析了影响CHEMTAX计算结果的因素，发现优势种类的特征色素对叶绿素a的初始比值的变化对其丰度计算结果影响不大；当浮游藻种类组成设定和初始色素比值发生变化时，受影响最大的是那些和发生变化的种类的特征色素不交叉，并且其本身的特征色素对叶绿素a比值比较大的种类；为不同藻所共有的特征色素对这些藻的计算结果有明显的约束作用等。研究结果显示胶州湾的主要浮游藻种类是硅藻、隐藻和青绿藻，三者丰度之和平均在90％左右。硅藻是胶州湾最重要的浮游藻类型，其丰度在冬季(2004年2月)和春季(2004年5月)各形成一个高峰，分别为85％和77％，全年平均丰度达70％；在空间上具有近岸较高，湾口和湾中部较低的分布特征，并且低值区有从湾口靠近东南岸向湾中部延伸的趋势，特别是在季节转变的月份。这些时空分布特点和历年来对胶州湾浮游藻种类调查所。获得的分布趋势相符。 本研究还选用12种(14个品系)实验室培养的纯种浮游硅藻，运用高效液相色谱方法分析了色素组成，并通过特征色素比值组合对海洋浮游硅藻的分类进行了初步研究。通过聚类分析发现了三个特征色素比值组合，即叶绿素c2：叶绿素c1、岩藻黄素：总叶绿素c和硅甲藻黄素：硅藻黄素，使用它们可以将实验用的12种硅藻分成和生物学分类相吻合的4类，这为浮游藻分类提供了一个新的思路。 含青绿素的青绿藻是一类超微型光合真核浮游藻，在近岸水体的初级生产过程中发挥着重要作用。青绿素是其特征色素，可以用于判断这一类藻的存在与否和计算其丰度。本文在胶州湾首次检测出青绿素等特征色素，这也是在我国海域首次检测到。分子生物学实验确认了曾经在胶州湾发现过的细小微胞藻(Micromonaspusilla)的存在。扫描电镜下观察发现样品中有大量直径2-5μm，球状、无鞭毛、表面有不同程度褶皱的单细胞藻类，表明样品中还可能存在非细小微胞藻的含青绿素的青绿藻。从色素组成以及电镜观察、分子生物学结果综合判断，胶州湾中超微型青绿藻以2-5μm球藻为主，可能的种类包括蚝球藻(Ostreococcus)、青绿球藻(Prasinococcus)、密球藻(Pycnococcus)、青绿皮藻(Prasinoderma)和微胞藻(Micromonas)等。通过文献中报道的青绿素对叶绿素a的比值，估算了这一类藻的丰度，发现在2004年5月和8月的胶州湾，含青绿素的超微型青绿藻的丰度分别为8.5％和17.0％，个别站位则分别高达25.9％和36.3％。粒径分级色素分析的结果则显示超过80％的青绿素等特征色素分布于2-20μm浮游藻粒径范围，20μm以下粒级浮游藻的叶绿素a超过50％是由含青绿素的超微型青绿藻贡献的。这样高丰度的一类藻在传统的生物学调查中被忽略，但是其对海洋近岸水体的初级生产的贡献是确实存在并可能有显著影响的，值得进行深入研究。

目录

文摘

英文文摘

1文献综述

1.1海洋浮游藻分类概述

1.2海洋浮游藻化学分类法研究进展

1.2.1海洋浮游藻色素特征

1.2.2浮游藻的色素分析技术

1.2.3浮游藻化学分类的计算方法

1.3论文设计

2 HPLC色素分析方法及其验证

2.1色素分析方法

2.1.1藻种培养及收获

2.1.2样品采集与保存

2.1.3色素提取

2.1.4分析系统构成

2.1.5色素定性

2.1.6色素定量

2.2方法的验证

2.2.1色素标准的定性定量

2.2.2线性

2.2.3精密度

2.2.4准确度

2.2.5检测限

2.2.6定量限

2.3样品中色素种类的确定

2.3.1参考藻种的色素种类

2.3.2样品中的色素种类

2.4小结

3胶州湾浮游藻色素的定性定量分析

3.1材料与方法

3.1.1样品采集

3.1.2色素提取和色谱分析

3.1.3色素定性和定量

3.2结果与讨论

3.2.1色素定性分析

3.2.2色素定量分析结果

3.3小结

4基于色素的胶州湾浮游藻分类方法初步研究

4.1多元回归方法

4.2迭代法

4.3矩阵因子化方法-CHEMTAX

4.3.1 CHEMTAX的初步结果

4.3.2影响CHEMTAX计算结果的因素

4.3.3 CHEMTAX的结果

4.4小结

5通过特征色素比值组合对海洋浮游硅藻进行分类的初步研究

5.1藻种培养与色素分析

5.2硅藻的色素鉴定

5.3硅藻的色素比值的计算

5.4运用硅藻特征色素比值组合进行硅藻分类的尝试

5.5小结

6对胶州湾含青绿素的超微型青绿藻的研究

6.1材料与方法

6.1.1采样站位

6.1.2 HPLC色素分析

6.1.3扫描电镜分析

6.1.4分子生物学分析

6.2结果与讨论

6.2.1青绿藻特征色素的确认

6.2.2分子生物学分析

6.2.3扫描电镜分析

6.2.4叶绿素a和青绿素的分布特征

6.2.5含青绿素的超微型青绿藻丰度的估算

6.2.6粒径分级色素分析

6.3小结

7总结

7.1获得的主要结果

7.2论文的主要创新点

7.3对今后工作的设想

参考文献

附件

文章发表情况

致谢