藻類與環(huán)境關(guān)系

主要內(nèi)容藻類生存的生態(tài)系統(tǒng)藻類對環(huán)境的響應(yīng)藻類與其他生物的關(guān)系共生與競爭上行-下行理論第一頁，共46頁。藻類的分布淡水生境

陸生和亞氣生

海洋生境（海藻）特殊生境

①溫泉藻類

②冰雪藻類衣藻、硅藻

③植物體內(nèi)生魚腥藻生于滿江紅中

④附于動物體表綠毛龜

⑤在動物體內(nèi)共生綠草履蟲

⑥共生：地衣中

⑦寄生：山茶上的頭孢藻第二頁，共46頁。藻類的分布特點藻類在長期演化過程中，以自身的形態(tài)構(gòu)造、生理和生態(tài)特點適應(yīng)著生活的環(huán)境，從而形成了各種生態(tài)類群(型)。就藻類生活環(huán)境的特點及其與環(huán)境的相互關(guān)系，主要可分為浮游藻類、底棲藻類和附著藻類等生態(tài)類群。第三頁，共46頁。浮游藻類浮游藻類個體非常微小，通常用肉眼看不清形態(tài)結(jié)構(gòu)。浮游藻類個體雖小，但種類多，數(shù)量也多，它包括了藻類的絕大部分；生活在海洋中的硅藻、甲藻及藍(lán)藻（超微藻類）的浮游種類，是海洋初級生產(chǎn)力的重要組成部分，被稱為海洋牧草；淡水浮游藻類中種類最多的是藍(lán)藻門、硅藻門和綠藻門。裸藻門、隱藻門和甲藻門種類雖不多，但在淡水浮游生物中也極為常見，有時數(shù)量也很多，可形成優(yōu)勢種群；不論海洋或是內(nèi)陸水體，不論是自然水體或是人工養(yǎng)殖水體，浮游藻類的種類組成、數(shù)量變動，可隨環(huán)境條件和時間，而有明顯地季節(jié)變化，也可受人類干擾而變化。

第四頁，共46頁。底棲藻類底棲藻類指營固著或附著生活的藻類。它們以水體中的高等植物、建筑物或其它物體以及水體底質(zhì)為基質(zhì)(matrix)，用附著器(hapteron)、基細(xì)胞(basalce11)或假根(pseudorhize)等營固著生活；紅藻、褐藻、輪藻和綠藻門的大型種類是底棲藻類的基本組分，在水底形成藻被層，其中許多種類是重要的經(jīng)濟(jì)海藻；小型底棲藻類是周叢生物的主要成員，對雜食性和刮食性魚類具有重要的餌料意義。裸藻、衣藻在陽光充足的溫暖季節(jié)，在河灣、湖泊潮濕地表大量繁殖，形成綠色斑塊狀藻被層，有的綠藻甚至可在冰封的雪地上形成紅色、褐色或綠色的藻被層。

第五頁，共46頁。流水中的藻類流水藻類由底棲和浮游藻類共同組成，能在急流中生活繁殖，同細(xì)菌型的動物一同形成粘土層，生理活性表面非常大，具有強(qiáng)大的吸附力，能吸附污染水體中的有機(jī)物并由生物群使之礦化，對流水的凈化起到很大的作用。第六頁，共46頁。氣生藻類氣生藻類多是暫時的，能離開水的環(huán)境而在空氣中生活，所需的水從水蒸氣或降雨中獲得，當(dāng)水源充足時就過渡到水生的形式；典型的氣生藻生活在石塊，巖石，人工建筑物，植物等上面。第七頁，共46頁。土壤藻類土壤藻類生活在土壤顆粒上薄的水層或顆粒之間空隙的水中，大多數(shù)只能生活在土壤表層幾厘米的深度；包括藍(lán)藻，綠藻，硅藻，黃藻等各種藻類。第八頁，共46頁。極端生境中的藻類溫泉藻類

耐高溫藻類，在超過50℃的溫泉里，生活的主要是藍(lán)藻；冰雪藻類耐低溫藻類，生活在高山積雪和兩極的冰川上；鹽水藻類鹽湖中的藻類來源于淡水，適應(yīng)高鹽分，并非海水種類。第九頁，共46頁。藻類在生態(tài)系統(tǒng)中的地位初級生產(chǎn)力（primaryproductivity）：指綠色植物利用太陽光進(jìn)行光合作用，把無機(jī)碳（CO2）固定、轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳（如葡萄糠、淀粉等）這一過程的能力。一般以每天、每平方米有機(jī)碳的含量（克數(shù)）表示；海洋和湖泊等水域生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力主要由藻類提供。第十頁，共46頁。營養(yǎng)：一般江河湖泊和池塘的營養(yǎng)較豐富，湖岸區(qū)域比湖中央含有機(jī)物質(zhì)多。海水和鹽湖含有較高鹽分，但其他營養(yǎng)缺乏，雨水基本上是蒸餾水。溫度：淡水變化在0-36℃。海洋表面水，兩極-1.7℃，在熱帶和亞熱帶25-35℃，深海常常是0℃上少許，90%海水小于5℃。溶解氧：氧在水中溶解度較小，是水環(huán)境中最重要的限制因子之一。靜水湖泊中氧易被好氧微生物耗盡，江河流域可由于水的流動不斷補(bǔ)充氧。溶解氧在一定范圍內(nèi)隨溫度的降低而增加。影響初級生產(chǎn)力的環(huán)境因素

第十一頁，共46頁。pH：淡水pH在3.7-10.5之間，大多數(shù)湖水平均pH7左右，海水pH一般維持在8.0-8.3之間。適合微生物生長。光：水體中光合帶的范圍10-100m，清澈水體中可達(dá)200m，水體表面微生物數(shù)量較下層少。影響初級生產(chǎn)力的環(huán)境因素

第十二頁，共46頁。溫帶水域浮游植物生物量和初級生產(chǎn)力具有界限分明的季節(jié)周期，最大值通常出現(xiàn)在春季，夏季下降，秋季出現(xiàn)第二個高峰，但峰值較小；在兩極水域，浮游植物生物量和生產(chǎn)力呈單峰分布，夏季為高峰期；熱帶水域浮游植物生物量和生產(chǎn)力也呈單峰分布，但其高峰出現(xiàn)在冬季。微型藻類也出現(xiàn)于透光層海底沉積物中，其生產(chǎn)力是淺海水域固定碳收支的組成部分；微型藻類最低生產(chǎn)力出現(xiàn)在深海海底沉積物中，最高生產(chǎn)力出現(xiàn)于河口區(qū)屏蔽的潮間帶和潮下帶上部沉積物中。藻類生產(chǎn)力的時、空特點第十三頁，共46頁。藻類生產(chǎn)力的空間分布LB-IB=凈初級生產(chǎn)量

IB-DB=呼吸量

LB-DB=總初級生產(chǎn)量第十四頁，共46頁。藻類對環(huán)境的響應(yīng)–溫度溫度對藻類的分布具有重要影響。海藻的分布主要是以對溫度的要求來決定的。如40N°以北的海區(qū)是以海帶屬Laminaria的存在為特征的,在北半球40N°以南是以馬尾藻Sargassum為特征的。淡水藻類對水溫的適應(yīng)性也各異，一些有鞭毛能運(yùn)動的鞭毛藻類和小型藻類在冬天冰下水體中出現(xiàn)，許多硅藻和金藻在春秋季節(jié)出現(xiàn)，而有些藍(lán)藻和綠藻僅在夏天水溫較高時才出現(xiàn)。一些藍(lán)藻如兩棲顫藻Oscillatoriaamphibia、O.carboniciphila、尖頭顫藻O.acuminata

和溫泉大顫藻O.principisthermalis（30~48℃）。

第十五頁，共46頁。藻類對環(huán)境的響應(yīng)-鹽度藻類可分布于海水、淡水和內(nèi)陸鹽水中。由于單細(xì)胞藻類對環(huán)境的改變有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，由于世代時間極短，通過較小的遺傳變異，在一定時間內(nèi)即可適應(yīng)于鹽度的頗大變化；藻類細(xì)胞還能較迅速地合成多元醇或其衍生物、糖或多糖和某種氨基酸等滲透調(diào)節(jié)物，用以迅速調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，適應(yīng)環(huán)境鹽度的變化；很多淡水藻類耐鹽上限達(dá)到15-20S（Beadle，1981），有些淡水習(xí)見浮游植物如小顫藻、顆粒直鏈藻、飛燕角甲藻、銅綠微囊藻等甚至在150-180S之間出現(xiàn)（Hammer,1981；何志輝等，1990；趙文，1992）。鹽藻DunaliellasalinaTeod.是典型的鹽水藻類，能耐受320S的鹽度。第十六頁，共46頁。藻類對環(huán)境的響應(yīng)–重金屬重金屬對藻類生理生化功能影響于藻類的光合作用、碳代謝和藻類DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成及酶活性等方面；藻類對重金屬的吸收包括胞外的快速吸附與胞內(nèi)的緩慢富集兩個階段；藻類對重金屬的耐逆性：植物絡(luò)合素，金屬硫蛋白，谷胱甘肽，多磷酸體，熱激蛋白等。第十七頁，共46頁。藻類對環(huán)境的響應(yīng)–營養(yǎng)鹽大洋中氮和磷的摩爾比通常為15：1；大洋表層水中氮濃度通常比海底沉積物或陸地徑流中的氮濃度低，因此低鹽水和淺水中的氮和磷濃度通常較高；河口區(qū)的氮和磷的摩爾比通常低于15，氮經(jīng)常是限制河口區(qū)浮游植物生長的營養(yǎng)鹽；光合作用對氮和磷的需求比例為16：1。浮游植物細(xì)胞內(nèi)氮和磷的含量變異很大，有學(xué)者提出浮游植物近似地以10：1的比例攝取氮和磷。當(dāng)外界磷供應(yīng)超出需求時，藻類可將一部分磷以多磷酸鹽的形式貯存在細(xì)胞內(nèi)，具有這樣儲備的藻類能在不含磷的水中繼續(xù)生長。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)部的磷消耗完后，一種適應(yīng)機(jī)制是通過產(chǎn)生堿性磷酸酶水解含磷有機(jī)物質(zhì)來產(chǎn)生供光合作用利用的磷。第十八頁，共46頁。藻類對環(huán)境的響應(yīng)–氮磷比Redfield比值海洋浮游植物細(xì)胞、海水中的C:N:P比值，即經(jīng)典Redfield比，C:N:P=106:16:1。N：P=16：1成為一個指標(biāo)，假如環(huán)境N：P小于16，那就代表N是限制因素；若是大于16，那就是P是限制因素;海水中，氮常為限制因素，淡水中磷常為限制因素；（KevinR.Arrigo2005）第十九頁，共46頁。上升的水流中NP比一般<16;在富營養(yǎng)(eutrophic)水體，高初級生產(chǎn)力引起有機(jī)C下沉，在底部缺氧區(qū)在反硝化和厭氧氨氧化作用下氨氮和硝酸鹽轉(zhuǎn)換為N2，NP顯著降低；在寡營養(yǎng)(oligotrophic)水體，固氮藻類因適應(yīng)低N，低營養(yǎng)而富集，固氮作用造成NP比升高；在海洋中，固氮作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于厭氧反硝化過程，因此海底NP比<16;第二十頁，共46頁。浮游藻類的群落演替第二十一頁，共46頁。藻類的種群多樣化Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H’)Margalef多樣性指數(shù)(d)式中S為群落中的總種數(shù)，N為觀察到的個體總數(shù)（隨樣本大小而增減）。d值是進(jìn)行水質(zhì)生物監(jiān)測和評價的重要參數(shù),它能較為客觀地反映出水體污染狀態(tài)和水質(zhì)變化清況,即d值越低,污染越嚴(yán)重;反之,d值越高水質(zhì)越好。第二十二頁，共46頁。藻類與其他生物的關(guān)系積極關(guān)系（positiveinteraction)互利共生初級合作偏利共棲消極關(guān)系（negativeinteraction）競爭捕食寄生抗生第二十三頁，共46頁。藻類與其他生物的關(guān)系共生（symbioticrelationship）兩種微生物緊密生活在一起，彼此依賴，相互為對方創(chuàng)造有利條件，有的達(dá)到了難以分離的程度。生理上相互分工，組織上形成了新的結(jié)構(gòu)，彼此分離各自就不能很好地生活。第二十四頁，共46頁。藻類與真菌的共生–地衣組成：真菌(子囊菌，擔(dān)子菌)單細(xì)胞藻類(綠藻，藍(lán)藻)共生組成一種植物體。生理：地衣中的真菌和藻類已形成特殊形態(tài)的整體了，在生理上相互依存，真菌異養(yǎng)生活，藻類制造養(yǎng)料，真菌提供水分、無機(jī)鹽供藻類光合作用。第二十五頁，共46頁。藻類與真菌的共生–地衣結(jié)構(gòu)：有些種地衣真菌無規(guī)律地纏繞藻類細(xì)胞，另一些種地衣真菌與藻類形成一定層排列;藻經(jīng)光合作用產(chǎn)生碳素營養(yǎng)供給菌，菌絲除保護(hù)藻外，還通過吸水和失水作用，積累高濃度的可溶性礦物鹽供給藻；當(dāng)?shù)匾路敝硶r，表面生出珠狀粉芽。其中含有少量藻細(xì)胞和真菌絲，粉芽脫離母體；也可通過有性繁殖，產(chǎn)生子囊孢子或擔(dān)孢子；地衣生長速度平均一年不到2厘米。第二十六頁，共46頁。藻類與細(xì)菌–藻菌關(guān)系(王少沛等2008)第二十七頁，共46頁。藻類與細(xì)菌–藻菌關(guān)系藻際(Phycosphere)由于藻向環(huán)境釋放了大量的有機(jī)物質(zhì)，使藻細(xì)胞周圍形成了一種獨特的可稱之為藻際的微環(huán)境；在這種環(huán)境中聚集著大量的細(xì)菌，形成了具有獨特結(jié)構(gòu)與功能的藻際細(xì)菌群落。第二十八頁，共46頁。藻類與細(xì)菌–藻菌關(guān)系細(xì)菌分泌的對藻類有益的胞外產(chǎn)物有類維生素，酶類，糖肽類等；對微藻有害的為蛋白類或酶類；微藻的胞外分泌物主要為溶解態(tài)的氨基酸，刺激細(xì)菌生長，抑制細(xì)菌的胞外產(chǎn)物為類抗生素類。第二十九頁，共46頁。藻類與細(xì)菌–溶藻菌溶藻菌對藻細(xì)胞的溶解和對藻生長的抑制有四種情況：直接接觸溶藻釋放有毒物質(zhì)非選擇性殺傷藻細(xì)胞藻同細(xì)菌競爭有限的營養(yǎng)物質(zhì)失敗第三十頁，共46頁。藻類與細(xì)菌–溶藻菌細(xì)菌殺藻物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、抗生素、含氮化合物及其一些未被鑒定的高活性或高分子量而熱不穩(wěn)定或具有擴(kuò)散性的溶藻物質(zhì),這些最新研究成果的詳細(xì)報道將有助于我們對溶藻微生物和新型生物殺藻劑的研究和運(yùn)用。

第三十一頁，共46頁。藻類與病毒的關(guān)系–噬藻體藻病毒首先在藍(lán)藻中發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻病毒與真核藻病毒為完全不同的兩類病毒，藍(lán)藻病毒與噬菌體相似，因此稱為噬藻體(cyanophage)；真核藻類病毒的研究目前較少，主要為小球藻病毒和褐藻病毒。第三十二頁，共46頁。藻類與高等植物的關(guān)系藻類相對于高等水生植物的競爭優(yōu)勢1.從水體吸收營養(yǎng)的效率較佳；

2.

對于弱光的適應(yīng)較佳；

3.

對于光譜的適應(yīng)較佳；

4.

對于堿性環(huán)境的適應(yīng)較佳。第三十三頁，共46頁。水生植物的化感作用水生植物可通過向水體釋放化感物質(zhì)（allelochemicals）來抑制浮游植物的生長。這是其在水體生態(tài)系統(tǒng)中與浮游藻類競爭營養(yǎng)，光照和空間資源取得優(yōu)勢的有效策略。第三十四頁，共46頁。水生植物的化感作用化感物質(zhì)對藻細(xì)胞直接造成破壞；鳳眼蓮根系分泌物對柵藻有明顯的抑制作用；第三十五頁，共46頁。水生植物的化感作用石菖蒲分泌的苯丙烷類化合物對綠藻，藍(lán)藻均有明顯抑制作用；第三十六頁，共46頁。湖泊富營養(yǎng)化（eutrophication）定義：大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，水色渾濁，水質(zhì)惡化的現(xiàn)象；目前一般采用的富營養(yǎng)化指標(biāo)是：水體含氮量大于0.2~0.3mg/L，含磷量大于0.01~0.02mg/L，生化需氧量大于10mg/L，細(xì)菌總數(shù)（淡水，pH7~9）達(dá)105個/mL，葉綠素a（藻類生長量的標(biāo)志）大于10mg/m3。第三十七頁，共46頁。湖泊富營養(yǎng)化（eutrophication）引起富營養(yǎng)化的優(yōu)勢藻類主要是微型藻類。海洋中現(xiàn)已查明的有60多種——裸甲藻屬、膝溝藻屬、多甲藻屬的種類。常見的有：腰鞭毛蟲、裸甲藻、短裸甲藻、梭角藻、原甲藻、中肋骨條硅藻、角刺藻、卵形隱藻、無紋多溝藻、夜光藻等。湖泊中以藍(lán)藻為主。常見的有：微囊藻屬、魚腥藻屬、束絲藻屬和顫藻屬。由于占優(yōu)勢的浮游藻類所含色素不同，使水體呈現(xiàn)藍(lán)、綠、紅、棕、乳白等不同顏色。第三十八頁，共46頁。湖泊富營養(yǎng)化（eutrophication）水體富營養(yǎng)化的危害1.消耗溶解氧，致使水生生物大量死亡。2.藻類過度繁殖會阻塞魚鰓和貝類的進(jìn)出水孔，影響它們的呼吸作用。3.某些藻類體內(nèi)及其代謝產(chǎn)物含有生物毒素，引起魚、貝類中毒病變或死亡。4.產(chǎn)生氣味化合物，使水體散發(fā)不良?xì)馕丁?.破壞環(huán)境景觀外觀呈色、變濁、產(chǎn)生不良?xì)馕?、影響景觀。6.水體沼澤化沉積作用。7.危害供水第三十九頁，共46頁。湖泊富營養(yǎng)化（eutrophic