光照强度和细胞大小对硅藻的光能利用效率、生长以及化学计量比的影响-海洋生物学专业论文.docxVIP

摘要 摘要 万方数据 万方数据 摘要 从最小的细胞直径小于 2 μm 的微微型浮游植物（picoplankton）到细胞直径 大于 2000 μm 的大型浮游植物，海洋中浮游植物的体积大小跨越 9 个数量级。 目前有两个理论试图解释制约不同物种个体生长的统一规律，一是生态学代谢理 论（MTE），探讨个体代谢和个体大小之间的关系；二是生长速率假说（GRH）， 探讨个体生长速率和个体营养元素比例之间的关系。 本研究通过对细胞体积从 50 μm3 到 100000 μm3 跨越 4 个数量级的 5 种海洋 硅藻分别在光照强度为 8，19，45，60，100，150，200 μmol photons m-2?s-1 的 7 个光照梯度，光周期为 12L:12D，温度为 20±1℃的条件下进行培养。通过对 5 种硅藻的细胞体积、生长速率、光能利用效率、胞内元素组成以及叶绿素含量等 的测定，来探究细胞体积和生长速率的关系以及生长速率假说（GRH）和生态 学代谢理论（MTE）的关系。获得的主要结果与结论如下： （1）硅藻细胞体积与生长速率的呈负相关相关性（斜率为-0.090，R2 = 0.762） 与多数报道结果相符合。通过文献数据统计分析，当硅藻细胞体积 Log V 大于 3 时，细胞体积与生长速率的关系的斜率为-0.224（R2 = 0.469），与理论值-1/4 无 显著性差异（P 0.05）。这种现象说明样本大小、实验条件、实验藻种等可能会 影响到细胞体积与生长速率的关系。 （2）在光照强度为 200 μmol photons m-2?s-1 下，硅藻的 N:P 随细胞体积的增 大依次为 23.04±0.45，24.40±1.68，27.53±1.12，13.95±2.00。除前二者（细 胞体积接近，分别为 46 μm3 和 62 μm3）外，不同积大小细胞的 N:P 之间具有显 著性差异 P 0.05。硅藻胞内 N:P 与细胞体积大小呈现出型的单峰关系，而 生长速率和细胞大小的关系呈负相关性（斜率为-0.090，R2 = 0.762）。当细胞体 积 Log V 小于 3 时，细胞 N:P 随体积的增大而增大，说明细胞的生长主要受到 N 含量的限制；当细胞体积 Log V 大于 3 时，N:P 随着细胞体积的增大而减小，由 于体积限制使得营养物质的胞内的传输受到了限制，细胞的生长主要受到 P 限 制。 （3）随着体积的增大，硅藻的光能利用效率从较小体积的 Thalassiosira pseudonana 和 Phaeodactylum tricornutum 的分别为 0.02648 ， 0.0348 μmol I photons-1 m2 s d-1，Thalassiosira weissflogii 的为 0.0209 μmol photons-1 m2 s d-1，到 中等细胞体积的 Cyclotella meneghiniana Kiits 的为 0.0120 μmol photons-1 m2 s d-1， 最大体积的 Thalassiosira punctigera 的为 0.0359 μmol photons-1m2 s d-1，从而光能 利用效率表现出了随细胞体积的增大先减小后增加的趋势。这种变化趋势和淡水 硅藻的研究结果相一致。然而，硅藻单细胞的的光吸收面积随细胞体积的增大而 增大（斜率为 0.788，R2 = 0.988）。这种现象产生的原因需要进一步深入的研究。 本研究通过实验阐明了生长速率假说与生态学代谢理论、光能利用效率与细 胞体积之间存在紧密联系的关系，并且文献历史数据的统计分析结果也能很好的 支持这些研究结果。本工作为后期深入探究浮游植物的细胞体积、生长以及胞内 元素组成提供了基础，并且为探究中等尺寸细胞在群落中的竞争优势机制提供了 基础。 关键词：海洋硅藻；细胞体积；生长速率；元素比例；光照 II Abst Abstract Abstract Phytoplankton size ranges over nine orders of magnitude in cell volume, with the equivalent spherical diameter (ESD) ranging from 2 μm for the smallest pico-phytoplankton, up to 200 – 2000 μm for macro-phytoplankton. At present, there are two theories on the universal law governing the growth of phytoplankton of vari