藻類與環(huán)境的關(guān)系-ppt課件

1、 藻類生存的生態(tài)系統(tǒng) 藻類對(duì)環(huán)境的響應(yīng) 藻類與其他生物的關(guān)系 共生與競(jìng)爭(zhēng) 上行-下行理論 淡水生境淡水生境 陸生和亞氣生陸生和亞氣生 海洋生境（海藻）海洋生境（海藻） 特殊生境特殊生境 溫泉藻類溫泉藻類 冰雪藻類冰雪藻類 衣藻、硅藻 植物體內(nèi)生植物體內(nèi)生 魚腥藻生于滿江紅中 附于動(dòng)物體表附于動(dòng)物體表 綠毛龜 在動(dòng)物體內(nèi)共生在動(dòng)物體內(nèi)共生 綠草履蟲 共生：共生： 地衣中 寄生：寄生： 山茶上的頭孢藻 藻類在長(zhǎng)期演化過程中，以自身的形態(tài)構(gòu)造、生理和生態(tài)特點(diǎn)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(diǎn)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。 浮

2、游藻類個(gè)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(gè)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(jí)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(shí)數(shù)量也很多，可形成優(yōu)勢(shì)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(dòng)，可隨環(huán)境條件和時(shí)間，而有明顯地季節(jié)變化，也可受人類干擾而變化。 底棲藻類指營(yíng)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

3、質(zhì)(matrix)，用附著器(hapteron)、基細(xì)胞(basal ce11)或假根(pseudorhize)等營(yíng)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(duì)雜食性和刮食性魚類具有重要的餌料意義。裸藻、衣藻在陽(yáng)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。 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(dòng)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

4、由生物群使之礦化，對(duì)流水的凈化起到很大的作用。 氣生藻類多是暫時(shí)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(shí)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。 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。 溫泉藻類溫泉藻類 耐高溫藻類，在超過耐高溫藻類，在超過50的溫泉里，生活的主要是藍(lán)藻；的溫泉里，生活的主要是藍(lán)藻； 冰雪藻類冰雪藻類 耐低溫藻類，生活在高山積雪和兩極的冰川上；耐低溫藻類，生活在高山積雪和兩極的冰川上； 鹽水藻類鹽水藻類 鹽湖中的藻

5、類來源于淡水，適應(yīng)高鹽分，并非海水種類。鹽湖中的藻類來源于淡水，適應(yīng)高鹽分，并非海水種類。初級(jí)生產(chǎn)力（primary productivity）：指綠色植物利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，把無(wú)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(jí)生產(chǎn)力主要由藻類提供。 營(yíng)養(yǎng)：一般江河湖泊和池塘的營(yíng)養(yǎng)較豐富，湖岸區(qū)域比營(yíng)養(yǎng)：一般江河湖泊和池塘的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)缺乏，雨水基本上是蒸餾水。營(yíng)養(yǎng)缺乏，雨水基本上是

6、蒸餾水。溫度：淡水變化在溫度：淡水變化在0-36。海洋表面水，兩極。海洋表面水，兩極-1.7，在熱帶和亞熱帶在熱帶和亞熱帶25-35，深海常常是，深海常常是0上少許，上少許，90%海海水小于水小于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(dòng)不斷補(bǔ)充氧。溶解氧在一定范圍內(nèi)隨溫域可由于水的流動(dòng)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。度的降低而增加。pH：淡水：淡水pH在在3.7-10.5之間，大多數(shù)湖水平均之間，大多數(shù)

7、湖水平均pH7左右，左右，海水海水pH一般維持在一般維持在8.0-8.3之間。適合微生物生長(zhǎng)。之間。適合微生物生長(zhǎng)。光：水體中光合帶的范圍光：水體中光合帶的范圍10-100m，清澈水體中可達(dá)，清澈水體中可達(dá)200m，水體表面微生物數(shù)量較下層少。，水體表面微生物數(shù)量較下層少。溫帶水域浮游植物生物量和初級(jí)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(gè)高峰，但峰值較?。辉趦蓸O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

8、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(shí)、空特點(diǎn) LB-IB=凈初級(jí)生產(chǎn)量 IB-DB=呼吸量 LB-DB=總初級(jí)生產(chǎn)量 溫度對(duì)藻類的分布具有重要影響。海藻的分布主要是以對(duì)溫度的要求來決定的。如40 N以北的海區(qū)是以海帶屬Laminaria的存在為特征的,在北半球40 N以南是以馬尾藻Sargassum為特征的。 淡水藻類對(duì)水溫的適應(yīng)性也各異，一些有鞭毛能運(yùn)動(dòng)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(shí)才出現(xiàn)。一些藍(lán)藻如兩棲顫藻Oscillatoria amphib

9、ia、O. carboniciphila、尖頭顫藻O. acuminata 和溫泉大顫藻O. principis thermalis（3048）。 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(duì)環(huán)境的改變有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，由于世代時(shí)間極短，通過較小的遺傳變異，在一定時(shí)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)（Hamm

10、er, 1981；何志輝等，1990；趙文，1992）。鹽藻Dunaliella salina Teod.是典型的鹽水藻類，能耐受320S的鹽度。 重金屬對(duì)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(duì)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(gè)階段； 藻類對(duì)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。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(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽

11、；光合作用對(duì)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(shí)，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(chǔ)備的藻類能在不含磷的水中繼續(xù)生長(zhǎng)。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。 Redfield 比值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(gè)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

12、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；（Kevin R. Arrigo 2005）上升的水流中NP比一般16;在富營(yíng)養(yǎng)(eutrophic)水體，高初級(jí)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(yíng)養(yǎng)(oligotrophic)水體，固氮藻類因適應(yīng)低N，低營(yíng)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; 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(gè)體總數(shù)（隨樣本大小而增減）。d值是進(jìn)行水質(zhì)生

13、物監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)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。 積極關(guān)系 （positive interaction) 互利共生 初級(jí)合作 偏利共棲 消極關(guān)系 （negative interaction） 競(jìng)爭(zhēng) 捕食 寄生 抗生共生 （symbiotic relationship）兩種微生物緊密生活在一起，彼此依賴，相互為對(duì)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。 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

14、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(wú)機(jī)鹽供藻類光合作用。結(jié)構(gòu)：有些種地衣真菌無(wú)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(yíng)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(shí)，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(zhǎng)速度平均一年不到2厘米。(王少沛等 2008) 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(dú)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，

15、形成了具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)與功能的藻際細(xì)菌群落。 細(xì)菌分泌的對(duì)藻類有益的胞外產(chǎn)物有類維生素，酶類，糖肽類等；對(duì)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(zhǎng)，抑制細(xì)菌的胞外產(chǎn)物為類抗生素類。 溶藻菌對(duì)藻細(xì)胞的溶解和對(duì)藻生長(zhǎng)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(jìng)爭(zhēng)有限的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)失敗 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(bào)道將有助于我們對(duì)溶藻微生物和新型生物殺藻劑的研究和運(yùn)用。 藻病毒首先在藍(lán)藻中發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻病毒與

16、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。 藻類相對(duì)于高等水生植物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì) 1. 從水體吸收營(yíng)養(yǎng)的效率較佳；2. 對(duì)于弱光的適應(yīng)較佳；3. 對(duì)于光譜的適應(yīng)較佳；4. 對(duì)于堿性環(huán)境的適應(yīng)較佳。 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(zhǎng)。這是其在水體生態(tài)系統(tǒng)中與浮游藻類競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)，光照和空間資源取得優(yōu)勢(shì)的有效策略。 化感物質(zhì)對(duì)藻細(xì)胞直接造成破壞； 鳳眼蓮根系分泌物對(duì)柵藻有明顯的抑制作用； 石菖蒲分泌的苯丙烷類化合物對(duì)綠藻，藍(lán)藻均有明顯抑制作

17、用；定義：大量進(jìn)入湖泊、河口、海灣等緩流水體的氮、磷等營(yíng)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(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)是：水體含氮量大于0.20.3mg/L，含磷量大于 0.010.02mg/L，生化需氧量大于10mg/L，細(xì)菌總數(shù)（淡水，pH79）達(dá) 105個(gè)/mL，葉綠素a（藻類生長(zhǎng)量的標(biāo)志）大于10mg/m3。 引起富營(yíng)養(yǎng)化的優(yōu)勢(shì)藻類引起富營(yíng)養(yǎng)化的優(yōu)勢(shì)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(wú)紋多溝藻、夜光藻

18、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(shì)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。 水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害水體富營(yíng)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(huì)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)馕丁⒂绊懢坝^。6. 水體沼澤化 沉積作用。7. 危害供水 富營(yíng)養(yǎng)化的形成富營(yíng)養(yǎng)化的形成 一些高山、極地湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化大多屬于天然的富營(yíng)養(yǎng)化。人為的水體富營(yíng)養(yǎng)化是在人類活動(dòng)的影響下發(fā)生的水體生態(tài)演變。因此產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化的水體主要是人群集中、工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的湖泊。富營(yíng)養(yǎng)化的影響因素富營(yíng)養(yǎng)化的影響因素 （1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 氮、磷 限制因子。 （2）季節(jié)與水溫 （3）光照