家环境保护总局 4 % 通过海洋浮游植物的富集作用重金属沿食物链进入到海洋生态系统周名江等 ((4<<% 4 % 重金属日益严重的污染现状和它对海洋生态系统的严重危害引起人们的高度重视关于重金属对浮游植物的毒害作用国内外作了大量的研究 % 研究表明少数重金属如 7 等是单细胞浮游植物所必需

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雉侍王
5 years ago
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1 第卷第期年月! "#$%&#% '% 张莹莹杨汝君王修林等 %% 对海洋浮游植物生长的影响 8 % 环境科学学报 4 7),,98:,; %%5-!#- # ),#) #- $, 8 %! 4 对海洋浮游植物生长的影响张莹莹杨汝君王修林战玉杰 % 盐城工学院化学与生物工程学院盐城 % 中国海洋大学化学化工学院青岛 % 中国海洋大学图书馆青岛收稿日期 4 修回日期 ( 录用日期摘要采用一次培养实验方法研究了污染物对海洋浮游植物生长的影响 % 结果表明高浓度对种浮游植物的生长普遍有抑制作用而较低浓度则易促进旋链角毛藻青岛大扁藻及中肋骨条藻的生长 % 并且在 #,! 生长模型的基础上结合 # 方程和!! ' 方程引入污染物浓度项建立污染物条件下海洋浮游植物生长动力学模型来描述存在条件下海洋浮游植物的生长过程其中 # 方程可描述浓度的变化对浮游植物生长速率参数的影响而! ' 方程可描述浓度的变化对浮游植物生物量的影响实验验证了该模型的合理性其拟合可决系数为 % %( 平均为 %((% 本文提出的生长模型可预测不同浓度条件下海洋浮游植物的生长情况对研究污染物影响浮游植物的生长具有重要的实际意义 % 关键词海洋浮游植物生长模型文章编号中图分类号 ;4% 文献标识码!"#" $"%& 7&,*, &9 :&;$ 7& %#$,#-)!*/ 2#,, ),0!#-)#$#,* ), %#$,#-)!*/ ) $5,, 1!*#-),/# %<*#- 1!*#-),/# '# 8$*# 1!/ -# ( #<## &#1 < # )-!#- # ),#) #-!'!#- $,1!,/!,<) $='!%)='$!$!!)#/ ))$),) ##!#- )</ ),#) #-!'!#- $, $###,/ > #- "0 '# #/ ),#) #- $,!)!! " / #$ 1$ $1%,#) #/$!-)/1$#'/ #!$)-#- # ),#) #- $,<*#'#,$#,!,#) #/$) )#?# / )!! '?#%0 )! #/$ )#?#!!/ #/!<)-#- # ),#) #!)$)!! '?# /!<!)-#- # )-$<#!!#-$,%9!$!#- #/$!)#/,##/ -!#)='$// ) #$# #-!-# % #%( ) 1,#-<#%((% $ $,,#) #/$ 引言 0#/# 近年来我国近海海水污染已达到不容忽视的程度 % 据报道含有大量重金属污染物的生活废水和工业污水导致我国近海海水中的重金属浓度相当区域超过国家一类海水水质标准部分污染严重的海区超过国家二类海水水质标准近倍国家环境保护总局 ((4 国基金项目国家自然科学重点基金项目 &#% 深圳科技局深港创新圈项目 &#% 盐城工学院博士启动基金盐城市科技局科技发展计划项目 &#%( 盐城市科技局科技发展计划项目 &#%( )*+#, -# )&#$&$.#/# #-) &#% )0#1# +#! ))#,#, $#-)) / )#$#,*2 &#% )./,+#-#3###-),0!#-)#$#,* ) 31$#' +#! ),/ )#$#,*2 &#%( / )31$#' +#! ),/ )#$#,* 2 &#%( 作者简介张莹莹 (4 女博士 5$**%),6%# 通讯作者责任作者 7&,*,(4 - $+)%3%5$**%),6%#

2 家环境保护总局 4 % 通过海洋浮游植物的富集作用重金属沿食物链进入到海洋生态系统周名江等 ((4<<% 4 % 重金属日益严重的污染现状和它对海洋生态系统的严重危害引起人们的高度重视关于重金属对浮游植物的毒害作用国内外作了大量的研究 % 研究表明少数重金属如 7 等是单细胞浮游植物所必需的微量营养元素对浮游植物群体活力和生产力的动力学控制上有着重要的作用 /!# % (( /% (( :,% % % 而对于等大部分重金属来说在浓度较高时则对浮游植物的生长产生明显的毒性作用 % 但现有研究大多侧重于重金属对浮游植物毒性大小和毒性机理的研究 ##/( #$31$ (( /% (( :, % 王丕文有关重金属浓度如何影响浮游植物生长过程的研究却未见报道 %#,! 生长模型仅仅反映出浮游植物生物量与时间的关系 ")$! 不能表达重金属浓度对藻类最终生物量和生长速率的影响也不能准确地描述重金属存在条件下藻类的生长过程 % 本文在 #,! 生长模型的基础上引入浓度项探讨不同浓度的对种常见海洋浮游植物生长过程的影响为进一步估算实际状态下浓度变化对海区各藻类的生长速率种群密度的影响具有一定价值 % 材料和方法 A$!/ )#/! % 材料实验所选用的赤潮异弯藻 &! $'/ 旋链角毛藻 $1 中肋骨条藻 #$ 1$ $1 三角褐指藻 " 2#)$ 海洋原甲藻 5)< 裸甲藻 "!'% 亚心型扁藻 " 青岛大扁藻! " 分别由中国海洋大学海洋生命学院和黄海水产研究所微藻培养实验室提供 % 其中中肋骨条藻是渤海冬季和春季的优势藻种旋链角毛藻是渤海秋季的优势藻种康元德 (( 孙军等齐雨藻海洋原甲藻裸甲藻中肋骨条藻旋链角毛藻赤潮异弯藻都曾在渤海历史上多次引发赤潮孙军等刘东艳而三卷角褐指藻青岛大扁藻亚心型扁藻是比较常见的饵料藻刘东艳 % % 培养方法浮游植物的培养采用 -B 营养液配方培养容器为的玻璃三角瓶培养条件为温度 C D 明暗周期 ) E) 光源为日光灯照度为 $= 在整个培养过程中各操作步骤均进行灭菌处理 D ) % % 对海洋浮游植物生长影响实验取藻液长势良好的指数生长期的藻液加入 -B 营养液中使浮游植物的起始细胞密度均在 $ 以上 > 在其中加入不同浓度的济南试剂总厂分析纯的 4 试剂配制进行实验具体浓度见图标示实验平行样个 % 实验条件与浮游植物培养条件相同 % 实验周期是 ( )% 每隔 ) 取藻液应用 #$ 计数仪测定其细胞密度重复测定次平行样之间的相对偏差小于 %#$ 计数法的平均测量精密度为 ((%4 C%% ( 结果与讨论 9!$!/ /!!# % 对海洋浮浮游植物生长的影响图表示不同浓度条件下旋链角毛藻赤潮异弯藻三角褐指藻中肋骨条藻青岛大扁藻亚心型扁藻海洋原甲藻裸甲藻的生长曲线 % 结果表明在实验条件下不同浓度的对种浮游植物生长的影响有所不同 % 较低浓度的对三角褐指藻海洋原甲藻裸甲藻等生长有一定 > > 的促进作用如,/ 以及,/ 的对三角褐指藻的生长促进率分别为 %4 > 和 %,/ 的对海洋原甲藻和裸甲藻的生长促进率可达 (%%% 这可能是由于低浓度的重金属对藻类的生长具有一定营养作用 31'!/ % ( 2% 4 % 而高浓度使种浮游植物的生长受到明显抑制随着金属浓度的增加藻类生长作用受到的抑制程度加大甚至完全停止生长或死亡 % 这可能是因为重金属离子造成藻细胞线粒体损伤影响光合作用的电子传递系统阻碍蛋白质合成从而抑制浮游植物生长杨世勇等 % 根据 $<! 和 2$/((( 的研究这种低剂量刺激高剂量抑制作用被认为是 )#!! 效应即生物体受到污染物刺激后出现一个先抑制后补偿的过程随着

3 期张莹莹等对海洋浮游植物生长的影响 4 生物体对污染物的适应补偿行为逐渐超过其抑制行为导致净刺激效应 $<!% ((( % 图 ) 种浮游植物在不同浓度下的 *# 方程拟合生长曲线.,%#) 1!#-,) #$, )'!#-/-##!#- -) )$#,!-# % 存在条件下海洋浮浮游植物的生长模型浮游植物生长一般经历延缓期指数生长期稳定期个过程表现出形刑黎峰等 (( 这种形曲线因生物种群生长特性的不同和所处环境条件的变化而呈现出多样性变化目前主要采用 A!)$)# ' #,! 等生长模型来描述型生长曲线但由于它们具有固定的拐点都只能准确描述一种特定形状的曲线刑黎峰等 (( 其中 #,! 生长模型适用于描述早期缓慢生长期长的生长过程马知恩 (( 因此本文选择该生长模型描述海洋浮游植物的生长状况 - -( ( = - 式中为时刻生物量 $ > 为初始生物量 $ > - 为终止生物量 $ > = 为最大生长速率常数 $ > ) > 为时间 ) %

4 卷根据方程定义生长速率参数 9 ) > 9 =B - 代入方程可变为 - -( (9 这样根据方程应用非线性拟合技术如 #,$4% 对其进行拟合 % 即可得到 - 和 = 拟合的可决系数为 %(4 %(( 平均为 %(( 可很好地描述赤潮异弯藻旋链角毛藻中肋骨条藻三角褐指藻海洋原甲藻裸甲藻亚心型扁藻青岛大扁藻在每个浓度下的生长过程图 % 如图所示方程中的参数生长速率参数 9 和终止生物量 - 都与浓度有关 % 为了进一步地描述浓度对浮游植物的最大生长速率以及生物量的影响需要寻找新的模型来描述二者间的关系 % 进一步分析浮游植物生长速率参数 9 与浓度的关系符合 # 曲线可用方程 # 来拟合 9 9 ) ( = 图存在条件下浮游植物 +' 与关系曲线.,%9$#!)' < / -#)/- #$,

5 期张莹莹等对海洋浮游植物生长的影响式中 9 为最大生长速率参数 ) > % 根据方程利用非线性拟合得出当完全抑制藻类生长时 9 最小极限值为 = 为生长速率参数最大值时的浓度,/ > 为浓度范围值,/ > ) 为浓度的改变量对生长速率参数的影响总量因子 % 应用 # 方程拟合的可决系数为 % % 平均为 (( 可较为准确地描述种浮游植物的生长速率参数与浓度的关系图 % 同样也需新模型来进一步描述浓度对海洋浮游植物终止生物量 - 的影响经分析二者之间可用! ' 方程拟合表示 % - - * ( (+ = + ( 式中 - 为浮游植物最小终止生物量 $ > 根据方程利用非线性拟合得出当完全抑制藻类生长时 - 最小极限值为 * 为浓度的改变量对浮游植物生物量的影响总量因子 + = 为生物量最大值时的浓度,/ > + 为浓度范围值,/ > 拟合的相关系数为 % %(( 平均为 %( 可较好地描述种浮游植物的终止生物量 - 与浓度的关系图 % 图 ( 存在条件下浮游植物 " 与作用曲线.,%9$#!)' < - / -#)/- #$,

6 4 卷这样将方程代入方程得到方程其中定义 - * ( 9 ) ( = - * ( (+ = + - * (+ = ( + (+ = + 4 将方程 4 代入方程则方程可转化为方程 ( ( ) 9 ( = ( ( 9 方程即为影响条件下描述浮游植物生长过程的新方程图 % 应用方程对图, 八种浮游植物在不同浓度下的方程拟合生长曲线.,%#) 1!#-,) #$, )'!#-/-##!#-!,-#

7 期实验数据进行函数作图法拟合 #,4% 其拟合可决系数为 % %( 平均为 %(( 表明应用此方程可以很好地描述不同浓度对种浮游植物生长的影响 % 综上所述浓度变化对浮游植物生长速率参数的影响可用 # 方程描述而对浮游植物生物量的影响则可用! ' 方程描述 % 用该方程描述某种浮游植物的生长过程当它的拟合参数 = + = 的数值为时说明抑制该浮游植物的生长当它的拟合参数 = + = 的数值大于时说明低浓度的对该浮游植物的生长有一定的促进作用而 = 的数值即为促进生长的最佳浓度 % 这样应用该方程可以预测不同浓度胁迫下相应海区的海洋浮游植物的生长情况 % 根据文献报道在培养液中添加过量的营养盐可以缓解重金属的毒性即营养盐与重金属离子之间可能存在拮抗作用 $, % % 由于本实验是在 -B 配方营养盐条件下进行的营养盐的浓度远高于实际海区所以我们得到的实验结果可能低估了对海洋浮游植物生长的影响 %, 结论 #$!#! 研究了不同浓度的对八种海洋浮游植物生长的影响 % 在应用 #,! 生长模型的基础上结合 # 方程和! ' 方程引入污染物浓度项建立新的方程来描述存在条件下海洋浮游植物的生长过程 % 实验结果表明该方程是合理的其中 # 方程可描述浓度变化对浮游植物生长速率参数的影响而!! ' 方程可描述浓度变化对浮游植物生物量的影响应用该方程可预测不同浓度条件下相应海区海洋浮游植物的生长情况 % 该研究对于重金属污染物存在条件下浮游植物生长过程研究具有较重要的理论和实际意义 % 责任作者简介张莹莹理学博士 % 研究方向为水环境污染生态学 % 参考文献 '"# <<A 0 5$*< A %4%!!! #- )1* $!'#$# /!)<#!$#,)9/ #! 8 %A#) $8#$ 4 23 %4%#=*-#-, / # $, 张莹莹等对海洋浮游植物生长的影响,#) #') 8 %,$$ )#$#,* $<!582$/ %(((%51/))#!!'!! #1# '!#!'#!#/!'# )# #!!! 8 % 5##=#$#,*/ 51# -$* 4 31'!/ +" )#/*2%(%5-!#- <#$)<#! # ) $-# #- -!), $,,$## $#$!<, )!,,%%5-!#-!# )<#!#-'#!*)!! 8 %$!#-2#* 4 国家环境保护总局 %((4%2(4((4 海水水质标准 % 北京中国标准出版社 A!*#-51# $+## #-)%((4%2(4((4% :$*//% %2, )//!+! )! 国家环境保护总局 %% 中国近岸海域环境质量公报 %%) ' BB!% '%,#1% B)$B,< B) B A!*#-51# $+## #-)%%2 $ #-A 51# $$*#-) %% ) ' BB!% '%,#1% B)$B,< B) B )! 国家环境保护总局 %4% 中国近岸海域环境质量公报 %%) ' BB!% '%,#1% B)$B,< B4)*,< B A!*#-51# $+## #-)%4%2 $ #-A 51# $$*#-) %%) ' BB!% '%,#1% B)$B,< B4)*,< )! #$31$A%((%)#$#-')*#'$# $!# )##$ #-)1* $##! 8 %A ) B 3 < 82 8#)!# 3:%%5#$#,$-!#- '$ 8 %51# 0#$ ( ( /!# 98A%((%:))?#!!'!##$)!#- $'<*?<# <!1#!/ '/#!#-#?$< -! 8 %#$51# ( ( 康元德 %((% 渤海浮游植物的数量分布和季节变化 8 % 海洋水产研究,3%((%3!<# /!!#$1# #-')*#'$# )2#)! 8 %A.!)!9!) )! 马知恩 %((% 种群生态学的数学建模与研究 A % 合肥安徽教育出版社 % A75%((%+#'$# 5#$#,*A) $A#/$,/ 9!) A %- )5/# +!!% )! $,. $< +,%% # '1!!1*#- /!!!/ )$#$'*#/#!!!$#,!! -#?##=*!! /!# ),)$*'#$/ < 1 8 %51# $#=#$#,* 齐雨藻邹景忠梁松 %% 中国沿海赤潮 A % 北京科学出版社 % 4 7 7)# 87,%)#!$9/ /#-) A % 2, +!!%4 )! ##/ %(% #')# $*!!#-$,$!'#!#$# /#!!)# )1* $='#! 8 %+##'$! 4 4

8 4 卷刘东艳孙军唐优才等 %% 胶州湾北部水域浮游植物研究种类组成和数量变化 8 % 青岛海洋大学学报 , %%/*# )')*#'$# ) 8#)# 2* '! # '#!# / </ 8 % +#/$#- 1!*#-) 44 )! 孙军刘东艳杨世民等 %% 渤海中部和渤海海峡及邻近海域浮游植物群落结构的初步研究 8 % 海洋与湖沼 4 8 3, A %%)'$*!/*# ')*#'$# # *! )$<#)!/ ) <#)!/!/ 8 %#$#,#$#, 4 )! /:! %((%+#!!!,$,$$ $ $# / ')*!#$#,$- ')*#'$#! #/$!*!! 8 %#$51# ( ")$!+.%%&#$$#?$'#'$#!/#!!# #!! 8 %#!'#/!A),!5+)*!?! 王丕文 %% 海洋生态毒理学的研究进展 8 % 国外医学卫生分册 ( ( :,+:%%A##=#$#,*!) '#,!! 8 %.#, A/$! # *, ( ( )! :,: ; 9#< 3%%A$' #!$/# -$/ <* #! & + / 8 %:9! :#,A! 9 ), %%9!'#!#-)!#<'#=/!#-!$! '# ##''/ $/!#! 8 %51# $A##,/!!!! 4 4 刑黎峰孙明高王元军 %((% 生物生长的 9)/! 模型 8 % 生物数学学报 ;,. A :,8%((%9)/!,#) #/$#-$1, #,! 8 %8#$#-2# )! )! 杨世勇王方谢建春 %% 重金属对植物的毒害及植物的耐性机制 8 % 安徽师范大学学报自然科学版 4 44, :,.;8%%+$#=*#-)1* $!/ ) #$ )!! #-'$! 8 % 8#$#-)&#$ 1!* &$ 4 44 )! 周名江颜天 %((4% 中国海洋生态毒理学的研究进展 8 % 环境科学研究 7)# A 8 %((4%+#,! ##=#$#,*!/* ) 8 %9!) #-51# $! )!

7 北京大学学报医学版 # +94* 4 ' % 论著!! "# $ #% %"&!%'!! $ "( )& * $ +,-.)/ ) 01 " * ). " 2")3 )01 ( /" 433% /1 " 0 "51 " -.)/$ 6',)") 4.))%) 0

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