浮游植物和初级生产课件(共71页).ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式* *1 1第三章 浮游植物和初级生产一、引言1、浮游生物plankton 在海水或淡水中能够适应悬浮生活的动植物群落，易于在风和水流的作用下作被动运动浮游植物phytoplankton 即自养浮游生物包括所有生活在水中营浮游生活方式的微小植物，通常就指浮游藻类，而不包括细菌和其他植物海洋浮游植物是海洋的优势植物，它们在海洋食物链中起着头等重要作用浮游动物zooplankton是一类异养性的浮游生物，也就是不能自己制造有机物，必须依赖已有的有机物作为营养来源浮游生物 浮游生物根据浮游生活的长短可分为：终生浮游生物真性浮游生物终生营浮游生活 阶段浮游生物暂时性浮游生物除了营浮游生活外，还可附着于其他生物生活 偶然浮游生物 偶然浮游生物指原来并不营浮游生活，因被水流冲击，被风吹送，或者所着生的物体腐烂、溶蚀而浮游于水中，偶然出现在浮游生物的样品标本中2、浮游植物的结构和生殖方式： 浮游藻类多数是单细胞种类，生理上类似于植物细胞，只是细胞较植物细胞小 进化上讲，祖先是几十亿年前的原始蓝藻细胞； 生态上看，同高等植物一样奉献生产力至生态系统； 不同于陆生植物的是，生长周期短几个星期，种类的演替以月来计。

1浮游藻类的细胞结构 细胞壁：大多数藻类有明显细胞壁，不同的门构成细胞壁的物质不同，多数细胞壁由纤维素和果胶质构成硅藻细胞壁主要成分是二氧化硅和果胶质细胞壁可以是平滑的，也可是突起、花纹、棘或刺 核：除蓝藻没有核结构，其余都有细胞核数目多为一个，也有两个 色素和色素体：藻类色素极为复杂，可分为四大类：叶绿素a/bchlorophyll、胡萝卜素carotene、叶黄素xanthophyll、藻胆素phycobiliprotein所有各门都含有叶绿素a 除蓝藻外，都有色素载体 鞭毛： 除蓝藻和红藻外，各门藻类几乎都有鞭毛的种类，或生活史某一阶段有鞭毛 其余，藻类细胞和植物细胞在结构上是相似的，都有细胞膜和高度分化的细胞器和内含物2藻类的生殖方式 藻类繁殖能力比较强，繁殖方式有三种，其中浮游藻类，以前两种为主营养繁殖：不通过专门生殖细胞来繁殖如细胞分裂或出芽无性繁殖：原生质形成孢子来繁殖，孢子是无性的，不需要结合，一个孢子可以长成一个新个体有性生殖：专门形成生殖细胞配子配子结合成合子后才能长成新个体；或由合子形成孢子再长成新个体二、浮游植物分类概述一般把浮游植物分为以下几个门：l蓝藻门Cyanophyta、l金藻门Chrysophyta、l黄藻门Xanthophyta、l硅藻门Bacillariophyta、l甲藻门Pyrrophyta、l隐藻门Cryptophyta、l裸藻门Euglenophyta、l绿藻门Chlorophyta、l红藻门Rhodophyta1、蓝藻门l也称蓝绿藻blue-green algae，由于和细菌接近，所以也称为蓝细菌。

蓝藻无色素体，但有色素如叶绿素a、胡萝卜素和大量的藻胆素，无核膜和核仁l常见浮游种类有微囊藻、束丝藻、鱼腥藻和颤藻 蓝藻其特殊性在于能够利用并固定溶解态的气体氮在热带的初级生产力中起重要作用 微囊藻鱼腥藻2、金藻门l藻体为单细胞、群体或分枝丝体多数能运动的单细胞种类具有2条鞭毛，少数1条或3条细胞裸露或在表质上具硅质化鳞片、小刺或囊壳，不能运动的细胞具有细胞壁具有12个大的色素体，色素是叶绿素a、叶绿素c，胡萝卜素和叶黄素如图，单鞭金藻3、黄藻门l藻体为单细胞，群体多核管状或多细胞丝状体个体细胞都由相等或不相等的“H形的2节套合组成能游动的种类细胞前段有2条不等长的鞭毛，长的一条向前，短的一条向后海洋卡盾藻 Chattonella marina4、硅藻门l硅藻是浮游植物中研究的最详尽的类群，并且是高纬度和温带区占优势的浮游植物l硅藻是单细胞藻，大小约21000微米，一些种可以形成链状或其他集合体所有种都有外骨骼或硅质藻壳，由硅质构成上壳和下壳沉积的硅藻壳形成硅藻软泥的海底沉积硅藻门根据细胞的形状和花纹的不同，可分为两型：羽纹型和辐射型 羽纹型：呈伸长形，多底栖生活，少数浮游 辐射型：有两个瓣，围绕一点呈辐射状或向心状排列，比较常见。

角刺藻、小圆筛藻、骨条藻和海链藻属浮游硅藻无运动结构，为保持在光合作用层，其开展了许多适应机制：有刺或突起，形成群体来增加身体的外表积以增加与水的摩擦抵抗力进行离子调节，硅藻的细胞密度小于周围海水可增加浮力能够产生并贮藏油脂，进一步减小了细胞密度5、甲藻门 甲藻是仅次于硅藻的数量第二多的浮游植物类群多数单细胞生活，少数成链状甲藻有两根鞭毛或鞭状的附丝，可以活动l甲藻根据营养型可分为：严格自养型：通过光合作用制造有机物供自身需要；严格异养型：摄食硅藻和小的浮游动物来维持自身需要，约占50% ；混合型营养型：既有自养也有异养能力，寄生或共生：虫黄藻和珊瑚共生l习惯把甲藻分为有壳种和裸露种： 有壳种：有较厚的纤维质细胞壁 裸露种：裸露，无细胞壁分类学上常分为纵裂甲藻纲和甲藻纲：l纵裂甲藻纲：种类较少，前端有2根鞭毛，细胞壁由两个纵瓣构成，无性生殖时两瓣纵裂为两个等大的新细胞，多数是裸露种如图，利马原甲藻多数附着在大型海藻上，偶有浮游 l甲藻纲：种类数多，多数有壳细胞被一横沟分为前后两半，有两条鞭毛，一条向后伸展，另一条绕横沟在有壳种中，细胞壁分成许多别离的纤维素板，上有小孔或小刺l如图，漆沟藻、倒卵形鳍藻 l甲藻的生殖：主要是无性分裂，个别有性生殖休眠孢子。

l甲藻适应于较弱光和贫乏的营养盐，并且在水体中有垂直运动能力，因此在白天时可以在较少营养盐的表层进行光和作用，夜晚在光线很弱的较深层利用丰富的营养盐6、隐藻门l单细胞，多数具有鞭毛，鞭毛种类长椭圆形或卵形具有12个叶状体，光合作用色素除含有叶绿素a、叶绿素c外，还有藻胆素7、裸藻门(多淡水)l大多数是单细胞，细胞裸露无壁细胞外质特化为表质，表质外有线纹、点纹或光滑，有的具有囊壳l细胞前段具有囊形的食道，由胞口和外界相通繁殖为纵裂，环境不良时形成包囊8、绿藻门l 色素体与高等植物相似，含有叶绿素a/b、叶黄素和胡萝卜素细胞壁主要为纤维素，2条等长鞭毛或一条鞭毛l 形态多样，有单细胞、群体、丝状体分枝或不分枝l 营养繁殖为细胞分裂或藻体断裂，无性生殖产生动孢子、不动孢子、似亲孢子、休眠孢子和厚壁孢子三、光合作用和初级生产1、根本概念：初级生产：绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能贮存在有机物分子中，从而形成了进入生态系统所需的初级能量或称根本能源，这局部能源就是初级生产初级生产者：指生态系统中的绿色植物海洋中指浮游植物初级生产量/第一性生产量primary production：植物利用光合作用所固定的太阳能或所制造的有机物质或形成的植物组织的量，称为初级生产量。

净初级生产量net primary production：在初级生产中，植物固定的能量有一局部被植物自己的呼吸所消耗，剩下的可用于植物的生长和生殖，这局部生产量称为净初级生产量总初级生产量gross primary production：包括呼吸消耗在内的全部生产量GP = NP + R2、光合作用和呼吸 两个概念： 光合作用photosynthesis：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物碳水化合物，并且释放出氧的过程 呼吸作用respiration：呼吸作用是光合作用的逆反响，是一个氧化反响，即翻开碳水化合物的高能键而释放出代谢所需的能量反响式： 海洋浮游植物对碳的利用：海水中的二氧化碳-碳酸盐平衡体系： 海洋藻类光合作用可以利用CO2、HCO3、CO32-海水在正常pH值范围内，碳主要以HCO3的形式存在80%以上，并随pH增高而增加 大洋中CO2总量大约是90mg/L，这一浓度足够满足光合作用的需要，对初级生产不起限制作用 光合作用色素：l光合色素有： 叶绿素、胡萝卜素、藻胆素和叶黄素等其中叶绿素可分为a、b、c、d所有浮游藻类都具有叶绿素a 。

l胡萝卜素橙黄色和叶黄素黄色统称为类胡萝卜素l藻胆素是藻类主要的光合色素之一，仅存在于红藻和蓝藻中，常与蛋白质结合为藻胆蛋白，主要有藻红蛋白(phycoerythrin)、藻蓝蛋白(phycocyanin)和别藻蓝蛋白(allophycocyanin)三类l每种色素都有特征的吸收光谱，其中叶绿素a的吸收峰出现在650700nm红光和450nm蓝紫光范围当其他辅助色素占优势时，浮游植物会呈现出褐色、金色或红色3、测定生物量和初级生产量的方法 几个重要概念：现存量standing stock：是指在取样时刻内单位面积或单位体积海水内的生物数量生物量biomass：一定面积或体积海水内所有生物的总重量个体总数平均重量，单位g/m2或g/m3生产力：单位时间小时单位水体立方米内新有机物质中固定的碳量毫克，mgC/m3h初级生产力：可以等同于初级生产量，但是初级生产力更加强调率的概念，可理解为自养生物通过光和作用或化学合成制造有机物固定碳的速率 测定浮游植物生物量的方法： 利用电子技术对浮游植物进行计数和测定体积 生物量为单位体积水体内浮游植物细胞的总体积细胞总数体积=mm3 测定海水中叶绿素a的含量 过滤海水，用丙酮提取叶绿素，再利用荧光计或分光光度计测量叶绿素的含量。

生物量为单位水体或一平方米水面下水柱所含叶绿素a的量测定初级生产力初级生产量的方法：l 14C示踪法l原理：把一定数量的放射性碳酸氢盐H14CO3或碳酸盐14CO32-参加到二氧化碳总量的海水样品中，经过一段时间培养，测定浮游植物细胞内有机14C的数量，就可以计算出浮游植物的光合作用速率生产率l手段：黑白瓶法计算公式： lP 是初级生产力mgC/m3h；lR 参加样品的总放射性；lt 培养小时数；lRL 白瓶样品的放射性；lRD 黑瓶样品的放射性；lW 海水样品中所有CO2类型的总量mgC/m3即 真光带生产量的估算：l计算不同深度的初级生产量，再积分求得每日每平方米水面下水柱固定的碳量gC/m2d 同化指数assimilation index/同化系数coefficient of assimilation可以表示最大光和作用速率： 定义：指单位叶绿素aChla在单位时间内合成的有机碳固定碳的量，其单位是mgC/mgChlah一般用C14示踪法现场测定同化系数Q可以根据叶绿素aChla和同化指数Q来计算初级生产力：P=Chl a含量Q(6) 测定海洋浮游生物生产力的其他方法：l紫外荧光法：利用紫外荧光计来激发叶绿素发射红色荧光，根据红色荧光的强度来估算叶绿素浓度。

l卫星遥感：根据海外表反射的可见光的辐射强度与叶绿素浓度有关，来测定反射光的强度估算叶绿素的浓度四、辐射和光合作用1、光合作用P和光照强度I的相关性曲线：曲线用以下的数学方程来描述：和Pg 和P n 分别代表总初级生产力和净经初级生产力；KI 表示半饱和常数，即1/2最大光合作用效率时的光强； (1050Em-2s-1) I 表示周围环境的光强PAR； I I c 表示环境光强减去补偿光强 不同的浮游藻类有不同的最大光合作用速率Pmax和半饱和常数KI，即使同种藻类，对光合作用的反响随时间改变 一般说来，曲线的初始斜率P/I反映了细胞本身光合作用生物化学的生理变化(即光依赖反响)；曲线的上限反映了环境中参数的改变,如营养和温度等会影响光合作用的暗反响 最大光合作用速率Pmax值一般在较高的温度和营养盐度下会增加，但是增加的速率初始斜率更加依赖于细胞自身的性质超微型藻类比大型藻类有更高的P/I值2、浮游植物在水体中的上下混合混合深度Dm：指水体表层向下层混合所能到达的深度平均光强ID：当浮游植物在真光层内上下混合时，海洋水体真光层中一定深度内光的平均值 平均光强ID的计算： 式中，I0是海洋表层辐射，k是消光系。