全 文 ：第30卷第6期
2011年11月
生态
Ecological
科学
S ience
30(6)：602—606
Nov．201l
刘建斌，黄邦钦，徐夙侠．簧答湖浮游植物细胞裂解率的时空变化[J】．生态科学，2011，30(6)：602．606．
LIUJian-bin，HUANGHuang-qin，XUFeng-xia．TemporalandspatialfeatureofphytoplankonintheYuandangLake[J]．Ecological
Science，2011 3 (6)：602·606．
篑答湖浮游植物细胞裂解率的时空变化
刘建斌1，黄邦钦2，徐夙侠3
1．厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室，厦门361005
2．厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室，厦门361005
3．厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室，厦门361005
【摘要】酶测定法作为现场测定浮游植物裂解速率的方法已被广泛应用于各种水体环境中。本论文对厦门市贫笃湖的浮游植物
裂解速率的时空变化展开调查，探讨了浮游植物裂解速率的时空变化及其影响因素。调查期间，测定了内湖与外湖的溶解性酯
酶活性，颗粒态酯酶活性及浮游植物裂解速率，同时测定了水体的叶绿素浓度及其他环境参数。综合分析各种指标，结果显示：
浮游植物细胞裂解速率在空间上变化不大，时间上变化较大。在七月份由于水体中的病毒含量较高，浮游植物裂解速率较高。
裂解速率在八月份与九月份降低，并且其数值变化不大。
关键词：贳笃湖； 溶解性酯酶含量(DEA)；颗粒态酯酶含量(PEA)；裂解速率(LR)
doi：lO．3969，j．issn．1008—8873．2011．06．007中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)06—602-05
TemporalandspatialfeatureofphytoplankonintheYuandangL ke
LIUJian-binl，HUANGHuang—qin2，XUFeng-xia3
1．StateK yLaboratoryofMarineEnvironmentalScience(XiamenUniversity)361005r China
2．StateK yLaboratoryofMarineEnvironmentalScience(XiamenUniversity)361005，China
Abstract：Theenzymeassayfordeterminingthephytoplanktoncellysisratehasbeenwidelyutilizedndifferentwaternvironments．Inthi
paper,weinv stigatedthephytoplanktoncellysisrateintheYuandangLakesoastoexplorethspatialandt锄tmralchangeandits
influencingfactors．Duringtheinvestigation，thedissolvedesteraseactivity,esteraseac ivityinparticulateandphytoplanktonlysisrate
weredeterminedintheinnerandouterlakes．Thechlorophyllconcentrationinwaterandothernvironmentalparametersw ealso
measured．Theresultsshowedthatphytoplanktoncelllysisratedidnotchangespatially,butitchangedt mporally．Theconcentrationof
virusinwaterwashigherinJuly，leadingtoahigherrateofphytoplanktonlysis．ThelysisrateofphytoplanktonintheYuandangL ke
wasdecreasedinAugustandSeptember，anditsvaluedidnotchangeobviouslyduringthatperiod．
Keywords：YuandangLake；dissolvedesteraseactivity(DEA)；particleesteraseactivity(PEA)；lysisrate(LR)
收稿日期：2010-00-00收稿，2010．00-00接受
基金项目：中国博士后科学基金(20080440732)
作者简介：刘建斌(1984一)，男，硕士，研究生，从事浮游植物细胞死亡及裂解速率研究
’通讯作者，黄邦钦，E-mail：bqhuang@xmu．edu．cn
万方数据
6期 刘建斌，等．箕驾湖浮游植物细胞裂解率的时空变化 603
浮游动物的摄食及浮游植物细胞死亡后沉降是
造成浮游植物生物量损失的原因⋯，而浮游植物通过
死亡裂解造成生物量减少的这个因素很少被考虑。研
究表明在病毒侵染[z,31及在外界环境胁迫下浮游植物
发生细胞程序性死亡14．，o’会造成浮游植物的生物量
损失。比如，BrussⅫ"d等人首次利用测定酯酶活性
的方法估算了在北海春季水华的浮游植物的裂解速
率．指出水华末期存在较高的浮游植物裂解速率，表
明浮游植物死亡裂解在浮游植物水华消退过程中具
有重要的作用【6J。Agusti等人研究发现在地中海夏季
的表层水体存在较高的浮游植物裂解速率。同时，不
同的浮游植物类群的死亡率具有明显的季节变化”J。
溶解有机物(IX)M)是海洋中最大的有机碳储
库。据保守估计海洋中的溶解有机碳总量在700Gt
以上pl。浮游植物死亡裂解后释放出溶解有机物，作
为重要的碳源进入微食物环Is，rl⋯。浮游植物死亡裂解
不仅可以改变水体中的生物量及浮游植物结构组成，
而且可以影响浮游动物的摄食及碳的固定。
酶测定法自提出以来，被广泛的运用于不同的水体环
境中16’7,8．9．10,11．12．13,14l。目前，对半咸水湖泊的浮游植
物裂解速率研究仍未见报道，因此本文在此方法的基
础上。调查了贫彗湖夏季浮游植物细胞裂解速率的时
空变化。
2．1采样点设置
簧笃湖是厦门最大的内湖，湖内水域面积1．7平
方公里。贳彗湖自西向东由外湖、内湖和干渠三部分
组成。外湖水域面积为0．82ima2，内湖水域面积为
0518km2，千渠水域面积0．15lkra2，千渠是湖区水
体交换能力最差的水域。根据湖形及其水域动态条件
分别于内湖深水区(I)、内湖浅水区(2)、外湖深水区
(3)、外湖浅水区(4)布设4个调查站位。
图1 2010年厦门簧答湖采样站位圈
Fig．1SamplingstadonsiuYuandangL goon，Xlamenin2010
万方数据
2．2浮游植物裂解速率的测定
从七月到九月，每个星期取贳笃湖表层水体水样
测定溶解性酯酶的活性。取篑答湖的表层水样，在一
个小时之内送回实验室。测定水样中的溶解态酯酶活
性(DEA)，颗粒态酯酶的活性(PEA)，溶解态酯酶的
衰减常数。浮游植物的裂解速率(LR)在这些测定
参数的基础上利用一下公式进行计算：
InI丝生丝鲤I肚(∥)：1—善U
式qbPEAo(nmol·L-1．h。1)为初始状态颗粒态酯酶，DEA
(prod)茭J产生的溶解性酯酶。虬乘以24h，可换算成
单位为d～。
2．2．1溶解性酯酶(DEA)与颗粒态酯酶(PEA)的
测定
颗粒态酯酶(PEA)的测定：取一定体积水样(100
mL)过滤到GF／C滤膜上，将滤膜剪成碎片，再用
0．1m01．L-1Tris(pH=8．0)缓冲溶液研磨，离心后取上
清液4mL，加入950vL0．1mol-L1Tris缓冲溶液
(pH=8．0)与50止2．5mmol·L1双乙酸钠荧光素
(FDA)，使得终浓度为25vmol·U1，在黑暗30℃
条件下培养1h。再使用荧光光度计(RF．5301PC，日本
岛津)测定，激发波长488nnl，发射波长511nm，带
宽为5nlTl。
溶解性酯酶(DEA)的测定：取一定体积水样经
过0．22lam滤膜过滤，取过滤后的水样(4mE)，加入
950vL0．1mol·L-1Tris缓冲溶液(pH=8．0)与50此2．5
mmol·L。1双乙酸钠荧光素(FDA)，在黑暗30℃条件下
培养1h。再使用荧光光度计(gF．5301PC，日本岛津)
测定，设置与测定颗粒态酯酶一样。
2．3酯酶半衰期的测定与计算
将100皿经过稀释100倍的猪肝酯酶(Sigma撑
2884)JJlA．100mL经过0．22¨m滤膜过滤的水样中，
在黑暗下进行培养。隔8h取一次样，酯酶的降解常
数通过测定水体中酯酶活性的变化来进行计算。DEA
的衰变常数用(10ss)o黝(h-1)表示，通过下面公式进行
计算：
式中，DEAo(nmol·L_1．h-1)为加入猪肝酯酶后初始状态
水中溶解性酯酶活性，DEAr(nmol·L"l-h‘1)为加入猪肝
酯酶时间t后水中溶解性酯酶活性。最后得到酯酶的
半衰期为
丁⋯：坐堕!
la(10ss)o删
!D删
则DEA。删=每一
』n／21
式中DB吣删)(nmol·U1．h。1)为产生的溶解性酯酶含量；
DEA为初始时水中溶解性酯酶含量。
2．4叶绿素a的测定
取一定水样(100--250mL)过滤到OF／C(Whatman)
滤膜上，JJn／x,90％丙酮在4℃黑暗条件下静置8---10
h，离心，用90％丙酮定容，用荧光光度计测定，激
发波长350nln，发射波长670nin。
3结果与讨论(Resultsandiscussion)
3．1优化颗粒态酯酶的萃取方法：
取相同的簧笃湖水样在pH范围为3-9利用
Bermancta1．【13】提取颗粒态酯酶的方法进行提取酯酶。
分别用醋酸盐缓冲液，磷酸盐缓冲液及Tris缓冲液分
别进行实验，测定提取效果。醋酸盐缓冲液的pH范
围为3～6；磷酸盐缓冲液的pH范围为7～8；Tris缓
冲液的pH范围为7～9。
在测定浮游植物细胞裂解速率中，需要用到的一
个重要的参数为颗粒态酯酶的含量(PEA)。实验证
明相同的湖泊水样在不同的缓冲体系在相同的条件
下进行培养，Tris缓冲溶液体系对颗粒态酯酶提取效
果最好。颗粒态酯酶提取效果在Tris缓冲液(pH=8．0)
时最好。使用不同的缓冲体系对实验效果起到了不同
的作用。因此在整个实验的过程中选择0．1
tool·L“Tris(pH8．0)作为实验条件。
3．2溶解态醇酶含量的时空变化
测定的溶解态酯酶含量pEA)的平均值为18．44
nmolFDAL‘1h1，变化的范围从2．98nmolFDALah-I
到72．59nmolnmolFDALlh1。．
万方数据
6期 刘建斌，等．篑笃湖浮游植物细胞裂解率的时空变化 605
图2 Tris缓冲溶液对颗粒态酯酶的提取效果
Fig．2TheffectofTrisbuffersolutiononthe xtraction
particulateesteraseactivity
内湖(1，2)与外湖(3，4)溶解性酯酶含量的在时间
上的变化趋势是大致相同的，溶解性酯酶的含量
(DEA)从七月到九月份表现为逐步减少的趋势，最高
值出现在七月份，分别达到62．12+5．17nmolFDAL_1
h-1与72．59士6．70nmolFDAL。1h-1。最低值出现在八月
份，分别为5．624-0．5nmolFDAL’1h。1与4．6士0．72nmol
FDAL。1h-1。在八月到九月期间，水体温度相差不大，
水体中营养盐水平较为接近。外湖与内湖空间距离近，
环境相差不大。因此，溶解性酯酶的含量在时间上变
化不大，空间变化也不明显。
通过研究溶解性酯酶的浓度与温度之间的相关
性发现，在簧笃湖的表层水体中，溶解性酯酶的浓度
与温度没有明显的相关性(P>0．05)。在七月份叶绿
素值较八月与九月份高，说明生物量高的时候溶解性
酯酶的活性较高，可以看出浮游植物在水体当中是溶
解性酯酶的主要来源，当他们裂解后释放溶解性酯酶
到水体当中。该结果进一步验证了水体中溶解性酯酶
主要来源于藻细胞裂解[8,14]。
、3．3单位叶绿素中的颗粒态醅酶的含量(PEAChrl)
的时空变化
在湖中表层水体中的单位叶绿素中的颗粒态酯
酶的含量(PEAChl‘1)值变化范围从1．70FDA(gg
chi)。1·h。1到87．54FDA(ggChl)‘1·h．1，最高值出现
在九月份的内湖中心。内湖与外湖，湖中心与边缘的
变化趋势是相同的：在七月份中旬到八月中旬的有一
个先上升后下降的趋势，在七月月末达到最高值。八
月中旬到九月初比值基本不变。在九月内湖单位叶绿
素中的颗粒态酯酶的含量上升，而在外湖基本保持不
变。
笃湖表层水体中颗粒态酯酶的含量与叶绿素的
浓度相关性良好(R2=0．75，p<0．0001)。在相关性上，
与太湖的研究结果PEA=2．84Chla+6．57(R2=0·96)
【”J及北海南部的研究结果(PEA=2．48Chla+1．80，
R2=0．76)相似【141。这在一定程度上说明叶绿素浓度
高时颗粒态酯酶活性较高，因为浮游植物是颗粒态酯
酶的主要来源，进一步说明计算不同湖区的细胞浮游
植物细胞裂解速率是可行的方法【IoJ。
VanBoekel和Agusti通过室内的培养实验证明
PEAChll比值是一个恒定的值，使用一个固定的PEA
Cm-1比值，通过测定现场的叶绿素的浓度可以估算
PEA的值【l’8】。后来研究发现在实验室培养及现场测
定中，PEAChrl不是一个恒定不变的值，不同的浮游
植物的种类及在不同的生长阶段的，PEAChl。1的值是
不相同的【13】。在本实验中，我们发现PEAChl。1在不
同的时间及空间内变化很大，变化的范围为：
1．70～87．54FDA(甥Chl)-1h．1，比Duane【ll】和
Agustit7】测定的值45．7～250FDA(嵋Chi)。1h-1低，但
是与Riegman(2002)‘”】的测定值0．1-71．9FDA(Pg
Chl)dh．1的值较为相近。
3．4浮游植物裂解速率的时空变化
在时间上，浮游植物细胞的裂解速率的高值均出
现在七月份，八月与九月的浮游植物细胞的裂解速率
显著下降。时间变化趋势与溶解性酯酶的变化趋势大
致相同。LR的值变化范围为0．01d ～1．02d1，三个
月的平均值为0．3l d_1。浮游植物细胞裂解速率的值
相对于Agusti(1998)[71较低。但是与Orate(2000)叫
在BlanesBay在夏天的值(O．41d1)较为接近。说
明赞答湖夏季浮游植物裂解速率较高，浮游植物裂解
可以造成颗粒态有机碳损失，可能说明之前对簧笃湖
的初级生产力低估了。湖中通过浮游植物死亡裂解使
得浮游植物生物量损失这一途径不容忽视。
病毒在海水中含量相当高，通常高于细菌含量，
病毒在海水中的含量是一个动态因子，会因其它生物
参数的变化而快速变化，这与病毒自身特性有关。病
毒具有非常专一的寄生性，只有在特定寄主细胞中才
能大量繁殖子代，在七月份浮游植物生物量高，藻类
浓度大，与病毒碰撞的几率增大，感染的机会增加，
导致病毒的含量升高。随着时间的推移，病毒含量越
来越高，直至藻类生长开始衰退，病毒含量才会随之
减少。研究报道指出浮游植物裂解速率与水体中病毒
的含量呈正相关关系【l引。因此七月份的浮游植物裂解
万方数据
速率较高可能是因为水体中病毒含量较高引起的。
4结论(Conclusion)
1)本论文首次利用酶测定法测定了半咸水湖的
浮游植物裂解速率。研究结果显示：在七月份，贫答
湖的溶解性酯酶活性及裂解速率较高，八月份与九月
份其数值下降，并且数值变化幅度不大。
2)浮游植物死亡主要是来源于病毒的裂解，在
七月份，生物量及水体温度较高。由于病毒是寄生在
浮游植物上进行繁殖生长，进一步造成浮游植物大量
死亡裂解。浮游植物死亡裂解后释放出溶解性酯酶，
现场测定的浮游植物裂解速率较高，因此水体中的溶
解性酯酶含量也较高。
3)酶测定法应用于海水及淡水环境，本文在此基
础上进一步将此方法应用于半咸水环境，通过测定赞
笃湖的浮游植物裂解速率，发现在夏季有较高的浮游
植物裂解速率，浮游植物裂解会释放出溶解态有机物，
进而影响浮游动物摄食及碳的固定，因此，测定浮游
植物裂解速率对了解生物地球化学循环具有重要的
意义。
参考文献(References)
【111
【2l
【3】
【4J
BidleKD，FalkowskiP G．Celldeathinplanktonic，
photosyntheticmicrooganisms[J]．NatRev，2004，2(3)：
643—655．
FubrmanJA．Marinevirusesandtheirbiogeochemicaland
ecologicaleffects[J]．Nature，1999，399(2)：541-548．
CastbergTLars％八Sandaa，RA，BrussaardCPD，EggeJ
KHeldalM，ThyrhaugKVanHannenEJ，Bratbak,G．
Microbialpopulationdynamicsandiversityduringa
bloomfthemarineCoccolithophoridEmilianiahuxleyi
(Haptophyta)[J]．Mar．Ec01．Prog．Ser，2001，221(1)：39-
46．
DunnS凡BythellJC，LeTissierMDA，BurnerWJ，
ThomasonJC．Programmedcelldeathandcellnecrosis
activityduringhyperthermicst essinducedbleachingofthe
symbioticseanemoneAiptasiap[J]．J．Exp．Mar．BioL
Ecol,2002，272(1)，29-53．
151FranklinDJ，BrussaardCPD，BergesJA．Whatistherole
andnatureofprogrammedcelldeathinphytoplankton
ecology[J]?EurJPhycol，2006，17(1)：1—14．
161BrussaardCPD，GastGJ，vanDuylFC，RiegmanR．
Impactofphytoplanktonbloommagnitudeonapelagic
microbialfoodweb[J]．Mar．Ec01．Prog．Ser，1996，
144(2)：21l之21．
【7】7 AgusflS，SattaMPMuraMP．Dissolvedesteraseactivity
asa tracerofphytoplanktonlysis：evidenceofhi曲
phytoplanktonlysisratesin thenorthwestern
Mediterranean[J]．Limn01．Oceanogr,1998，43(8)：1836-
1849．
【8】 OgawaH．AMesoscaleIronEnrichmentintheWestern
SubarcticPacificInducesaLargeC ntricD atomBloom[J]．
Science，2003，9(300)：958·961．
【91 VanBoekelWHM，HansenF C，Riegman凡．
Lysis-induceddeclineofaPhaeocystisspringbloomand
coupling、耐ththemicrobialfoodweb[J]．MarEcol-Prog
Set,1992，8l(2)：26弦276．
【10lBrussaardCPD，RiegmanRNoordeloosAAM，．Effectsof
grazing,sedimentationandphytoplanktoncelllysisonthe
structureofacoastalpe agicfoodweb[J]．MarEcol-Prog
Set,1995．123(2)：259—271．
【11lAgustiS，Duarte，C．M．Strongseas alityinphytoplankton
cellysisintheNWMediterraneanlittom[J]．Limn01．
Oceanogr，2000，45(4)：940-947．
【12】BermanT，WynneD．AssessingphytoplanktonlysisnLake
Kinneret[J]．LimnolOceanogz,2005，50(2)：526-537．
【131Riegrnan＆VanBleijswijkJDL，BrussaardCPD．The
useofdissolvedesterasectivityas a tracerof
phytoplanktonlysis[J]．Limn01．Oceanogr,2002，47(3)：
9l岳-920．
【14lLinlinYe,XiaodongWu,XiaoTan,XiaoliShi，DarningLi，
Yang№MillZhang,FanxiangKong，．CellLysisof
CyanotmteriaandItsImplicationsforNutrientDynamics[J]．
Internat．j0“Hydrobiol,2010，95(3)：235-245
万方数据
筼筜湖浮游植物细胞裂解率的时空变化
作者： 刘建斌， 黄邦钦， 徐夙侠， LIU Jian-bin， HUANG Huang-qin， XU Feng-xia
作者单位： 厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室,厦门,361005
刊名： 生态科学
英文刊名： Ecological Science
年，卷(期)： 2011,30(6)

参考文献(14条)
1.Dunn S R;Bythell J C;Le Tissier M D A;Bumett W J,Thornason J C Programmed cell death and cell necrosis
activity during hyperthermic stress induced bleaching of the symbiotic sea anemone Aiptasia sp[外文期刊]
2002(01)
2.Castberg T;Larsen A;Sandaa,R A;Brussaard C P D,Egge J K,Heldal M,Thyrhaug R,van Hannen E J,Bratbak,G
Microbial population dynamics and diversity during a bloom of the marine Coccolithophorid Emiliania huxleyi
(Haptophyta) 2001(01)
3.Fuhrman J A Marine viruses and their biogeochemical and ecological effects[外文期刊] 1999(02)
4.Linlin Ye;Xiaodong Wu;Xiao Tan;Xiaoli Shi,Daming Li,Yang Yu,Min Zhang,Fan xiang Kong Cell Lysis of
Cyanobactefia and Its Implicafions for Nutrient Dynamics[外文期刊] 2010(03)
5.Riegman R;van Bleijswijk J D L;Brussaard C P D The use of dissolved esterase activity as a tracer of
phytoplankton lysis 2002(03)
6.Berman T;Wynne D Assessing phytoplankton lysis in Lake Kinneret[外文期刊] 2005(02)
7.Agusti S;Duarte,C.M Strong seasonality in phytoplankton cell lysis in the NW Mediterranean littora[外文期刊]
2000(04)
8.Brussaard C P D;Riegrnan R;NoordeloosA AM Effects of grazing,sedimentation and phytoplankton cell lysis on
the structure of a coastal pelagic foodweb 1995(02)
9.Franklin D J;Brussaard C P D;Berges JA What is the role and nature of programmed cell death in phytoplankton
ecology[外文期刊] 2006(01)
10.Bidle K D;Falkowski P G Cell death in planktonic,photosynthetic microoganisms 2004(03)
11.Van BoekelW H M;Hansen F C;Riegman R Lysis-induced decline of a Phaeocystiss pring bloom and coupling with
the microbial foodweb 1992(02)
12.Ogawa H A Mesoscale Iron Enrichment in the Western Subarctic Pacific Induces a Large Centric Diatom Bloom
2003(300)
13.Agustí S;Satta M P;Mura M P Dissolved esterase activity as a tracer of phytoplankton lysis:evidence of high
phytoplankton lysis rates in the northwestern Mediterranean[外文期刊] 1998(08)
14.Brussaard C P D;Gast G J;van Duyl F C;Riegman R Impact of phytoplankton bloom magnitude on a pelagic
microbial food web 1996(02)


本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_stkx201106007.aspx