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藻类作为水生生态系统的生产者,在水域中发挥着重要的作用,但是近年来由于臭氧损失现象日益严重,到达地球表面的UV-B辐射不断增强,影响了淡水藻类及其它生物。已有的研究重点关注了UV-B增强对藻类的不利影响,而藻类自身的变化势必会影响其参与的种间关系,如竞争关系和捕食关系。本实验着重研究了UV-B增强对栅藻诱导型反牧食防御变化及藻类竞争的影响。分析日益增强的紫外线辐射对藻类及其种间关系的影响,对于丰富发展诱导型防御和竞争关系的生态学理论知识具有重要的意义。 本论文第一部分着重探讨了不同UV-B强度对斜生栅藻诱导型反牧食群体形成的影响。实验共设置了3个UV-B强度(0mW cm-2、0.03mW cm-2、0.07mW cm-2),每个UV-B强度下有对照组(未添加大型潘滤液)和处理组(添加大型潘滤液诱导反牧食防御群体),保持光照强度、光照周期等因素一致共培养9天,分析了每群体细胞数、群体比例变化、光合参数以及栅藻糖类合成相关的基因磷酸葡萄糖变位酶(PGM)、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase),光合效率相关基因核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco),应激反应基因热休克蛋白(Hsp-70A)基因的表达情况;第二部分研究了UV-B增强对斜生栅藻与其他绿藻(以蛋白核小球藻为例)和蓝藻(以铜绿微囊藻为例)种间竞争的影响。三种UV-B强度辐射下,斜生栅藻与真核藻类小球藻单独培养和同比例共培养条件培养,斜生栅藻与原核藻类铜绿微囊藻单独培养和1∶5比例共培养条件培养,培养至两者关系稳定时停止实验,研究主要结果如下: 1、UV-B对斜生栅藻诱导型反牧食防御的影响 随着UV-B强度的增加,斜生栅藻的种群增长率和种群密度呈现明显下降趋势,同时UV-B辐射也抑制了斜生栅藻诱导型防御群体的形成。无紫外线辐射时,处理组的栅藻为了应对大型溞的牧食压力,形成多细胞群体(以四细胞、八细胞为主),而在UV-B作用下,栅藻的诱导型反牧食防御受到抑制,每群体细胞数下降,其中八细胞群体数显著受到了抑制。UV-B强度为0.07mW cm-2时,严重抑制了斜生栅藻的光合作用,并且随着培养时间的延长,这种抑制作用更明显。总体而言,UV-B抑制了栅藻的生长、诱导防御群体数、光合效率。显然UV-B的增强对藻类的生长不利,同时也破坏了水体中的捕食关系。 无紫外线辐射时,处理组中栅藻糖类合成相关的基因PGM、AGPase基因表达量都处于较高水平,说明PGM、AGPase基因参与了群体的形成,而随着UV-B辐射的增强,处理组的栅藻糖类合成相关的基因PGM、AGPase相对表达量逐渐下降,使多糖合成受阻,这可能是导致群体形成受到抑制的原因。在UV-B作用下,光合作用中卡尔文循环关键酶Rubisco的相对表达量下降,使光合效率降低,而滤液组表达量大于对照组,可能是栅藻的防御过程需要消耗更多的能量,尽可能为多糖合成提供更多的底物。UV-B强度为0、0.03mW cm-2时,滤液可能作为一种应激因子,使应激蛋白Hsp-70A基因相对表达量显著升高,而对照组与滤液组无显著差异,可能由于紫外线强度太大,滤液失去了应激作用。 2、UV-B对栅藻种间竞争的影响 不同强度UV-B辐射下,斜生栅藻与真核藻类小球藻单独培养和同比例共培养条件下:单独培养的小球藻生长速率比斜生栅藻快,相比无UV-B组,蛋白核小球藻较斜生栅藻更易受高UV-B的影响。而混合培养时,UV-B强度对两者的竞争没有影响,栅藻在大多数下情况下占据优势,可能与其可以通过形成细胞群体来抵御UV-B辐射有关。 不同强度UVoB辐射下,斜生栅藻与原核藻类铜绿微囊藻单独培养和1∶5比例共培养条件下:单独培养时,铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长均受到高低紫外线的抑制。在同强度UV-B作用下铜绿微囊藻比斜生栅藻生长更迅速,但是铜绿微囊藻的生长和光合作用较斜生栅藻更易受UV-B的影响。混合培养时,无UV--B作用下,微囊藻处于竞争优势,可能原因是混合培养的微囊藻在竞争的压力下,释放了更多的毒素,从而抑制了栅藻的生长。而在有UV-B作用下,微囊藻受到抑制,斜生栅藻处于竞争优势,说明微囊藻较栅藻更容易受到紫外线的影响,与其无核膜包被以及失去多聚糖层有关,UV-B更易靶向微囊藻的DNA,影响它的生长、代谢及产毒基因,从而使其竞争优势下降。