全 文 ：生态科学2004年8月第23卷第3期 ECOLOGICSCJENCEAug，2004，23(3)：244～248
微囊藻和栅列藻的垂直迁移及生态学意义
吴生才1，-，I缘伟民2(1．盐城师范学院，江苏盐城224002；2．中国科学院南京地理与湖泊研究所太湖生态系统研
究站，南京210008)
【摘要】 本研究在自制沉降柱中，检测铜绿微囊藻(^靠cm￡声出口e憎廖九。阳)和斜生栅列藻(＆e以P如册“sD6，f叮”“s)
不同生长时期的细胞群体在不同光照条件下的垂直迁移。本文首次提出藻密度衰减系数(K)的概念、拟合方法和生态
学意义，并根据等细胞密度沉降面的沉降速率来计算细胞沉降速率(vc)，以这两个参数来衡量细胞的沉降特性，对细
胞垂直迁移研究的方法进行了的探索。结果表明，两种藻细胞群体在三个生长时期和四种光照条件的沉降特性表现已
定的差异。栅列藻细胞密度的衰减系数(K)最小值为．O．002l cmo(上浮)，最大值为O．0065cm。1(下沉)i微囊藻的
K最小值为．0．0029cm_1(上浮)，最大值为0．0036cm_1(下沉)。两种藻沉降曲线的指数拟合的R2大多在0．6以上，说
明K值是一个较好的衡量细胞群体沉降特性的参数，细胞密度与深度的关系较好地服从指数规律。细胞沉降速度V的
最大值(4．681cm．h一，下沉)出现在栅列藻的指数期，最大上浮速率．1．790cm．h～，出现在微囊藻的稳定期。本文得
到的活体藻细胞群体的垂直迁移特性差异的实验数据，说明该实验方法的适用性和两种藻沉降特性差异的可检测性。
本文讨论了水华优势种形成与藻细胞群体迁移特性之问的关系。
关键词：微囊藻；栅列藻；垂直迁移
中图分类号：0949．2 文献标示码：A 文章编号：1008-8873(2004)03-248·05
venicaImi2rationof胁c阁妇and＆棚谢锄玎sanditsecol02i明lsignincance／WuSh ngca∥，Chenweimi ‘(1．
Yrmchengno盯nalcollege，Y抽cheng224002，Jiangsu，P．R．China；2 NanjinginStituteofg ogmphy&limnology，Chine∞
AcademyofScience，Nanjing2l0008，China)
AbstractTheverticalnligrationofcelloftwoalgalspecies(肋Ic，—Dc’岱fIj口P，1D鲥疗D5口and．S台P一8dl巴，埘“sD6，Ig““s) represented
byaltenuationcoemcient(K)柚dsinkingveloc时(V)，wasstudiednsel‘madesinkingcoIunm．Resultsshowedhathe
口roperfyinverticaIfnjgratjonof￡heset、№speciesw redi任．erentjn4irradiationintensities卸d3董；ro、^，thphases．For
觑胛础，m“sD6均“船colony’theK硎。is-0．002lcm_1(migratingupward)粕dtheK哪is0．0065cm_1(sinkingdow ward)缈d
mevaIueofrelativepar锄eteris．0．0029cm。‘andO．0036cm。1for胁c，1Dc粥f括colonyrespectiveI．MostvaluesofR‘of
exponentialsimu ationwasmorethano．6，、vhichs owedR‘canreflectthepropertyofcellsinkinga dthevadationofcell
densityaccordingtodepthexponentially．Thema)(imofsinkingvelocity(V船x)，4．68lcm．hq(downward)，w弱obtainedin
5锄86f聊Ⅲscolonyi exponentialphaSe，andtheVm抽ofmigrationvelocity’-1．790cm．h叫(upward)waSpresenfinstable
phaLseof肘记，D9博以coIony．The出【tagainedinthistudymaybeadirecteVidencetoexpIainthemechanismofpopuIation
dominationof舰，．Dq晒f括spp．
Keywords：肋c，Dc蛉f妇口P瑚咖Dsa；&P厅“f咖l“sD6，幻“ Verticalmigration
微囊藻(舰—叼z，廊spp．)是淡水湖泊水华中常见
的优势种群，其发生机制受到广泛关注【l卅。引起水华
藻类群体迁移和聚集的机制是研究的重要方面。一般
认为风在藻类群体迁移的过程中起到了重要的作用
f2，4，5】。许多研究认为光照、温度和营养条件影响浮游
植物的物理、化学和生理状态，进而影响细胞的垂直
迁移[2，3，7，8·91。由于浮游植物细胞的粒径小，密度接近
于水，群体中各个体的生理状态可存在较大差异，特
别是细胞在光辐射的驱动下，会发生复杂的变化，进
而引起细胞密度的相应改变【3曲】。所以，细胞垂直迁
移的研究存在许多技术上的难题，以至于藻细胞迁移
的直接证据并不多，国内还没有这方面的研究报道。
国际上也缺乏公认的研究方法。Wallance(2000)曾
发展了一种耦合模型来研究混浊环境中铜绿微囊藻
(朋配，∞弦凰口8他g；f，z甜口)的浮力调节机制。Ishil(awa
(2002)提出了一种回旋假说来解释蓝藻群体在不适
宜环境中的聚集。所有这些研究都强调藻类细胞迁移
的生态意义。
研究细胞迁移的方法有多种，但由于细胞本身独
特的理化特性，目前还无精确的方法研究其沉降速度
【l引。本文在自制沉降桶中检测两种藻细胞的垂直迁
移，并根据推理出的公式计算沉降速度，寻找直接证
据来解释太湖微囊藻在水华中形成优势，而太湖斜生
栅列藻(＆P胛砒sm螂D6砌“淞)难以形成优势的原因，
并是从沉降特性方面比较栅列藻和微囊藻在水华
基金项目：中科院知识创新工程项目(KzCx·s、Ⅳ-12)
作者简介：吴生才(1963—)，男，博士，副教授，长期从事生态学的
教学与研究。E．mail：w∞h肌gcai@263．net。
2004加5．】7收稿，2004-08’20接受
万方数据
3期 吴生才，等：微囊藻和栅列藻的垂直迁移及生态学意义 245
形成中的表现和作用。
1材料和方法
1．1藻种来源及培养条件
微囊藻和栅列藻是从太湖中分离出的单藻种培养
物。用MA培养基将两种藻培养到稳定期(最大生物
量)，用螺旋刀充分搅匀，过33岫滤膜后的滤液备
用。
藻类培养采用相同培养基(MA)，温控系统控制
环境温度(20±3)。使用自然光源，用遮光设施调整
辐射强度。根据预实验结果选择弱7光(2～
3岬。卜m．2·s。1)适宜光强(200～250瓦，m01．m．2·s‘1)、
强光(800～1000岬。卜m_2·S‘1)和黑暗
(0岫。卜m_2·SJ)作为四种光照条件，光强测定用
Liconlight光量子仪。
1．2藻类生物量的计算方法
分别将两种藻稀释成密度系列，用血球计数板测
定细胞密度，同时测665nm吸光值，制成细胞密度
的标准曲线，得到细胞密度与吸光值的线性方程(R2
分别为微囊藻0．993，栅列藻O．999)。以下检测的细胞
密度均由吸光值换算得到。
1．3试验装置和测试仪器
试验柱圆柱形，柱高60cm，园直径20cm，侧壁
上垂直方向每隔5cm开小孔(口=5mm)用来取样，
共10个取样点。取样口向管内伸出0．5cm，以减少侧
壁的摩擦阻力对细胞密度的干扰。样点在水平方向错
位排列，避免取样口在垂直方向的重叠，影响检测精
度。
1．4试验设置
将灭菌MA培养液加入试验柱，定量接入藻细胞，
充分搅匀后，在适宜光照条件下培养1d，使藻细胞适
应环境。在不进行实验处理的间期，用搅拌器充分搅动
培养液，不使细胞成团，以保证细胞悬液的均匀性。
试验按起始期、指数生长期和稳定生长期一次进
行。在正常条件下将两种藻培养至某一生长时期(根
据预试验得到的生长曲线确定在相同条件下某一生长
曲线的细胞密度)后，分别在四种光强下测定细胞垂
直梯度。每次测定前，先在该光照条件下处理2h，使
细胞适应该种光强。然后，充分搅匀培养液，取样(起
始密度)待测，在这种光强下静置设定的时间后，分
层取样(1111in内完成)测定665衄消光值，计算细
胞数。预试验发现沉降2h后，起始期细胞形成较好
的梯度，且沉底的细胞不多，故将起始期的沉降时间
2h。进入指数生长期以后，可能是由于剩余营养减少，
细胞密度增加导致遮光效应增强，细胞的沉降速率加
快，因此，沉降时间缩短为1h，稳定期的细胞沉降速
度定为O．5h。
分别在暗环境和适宜光强下检测两种藻细胞的连
续沉降，即保持沉降柱不动，定时检测细胞密度梯度，
取样方法同上。
1．5沉降速率的计算
方法A：藻细胞密度在沉降剖面上的指数衰减
藻细胞的物理特性基本符合Stokes的条件，其沉降过
程符合Stokes理论【12，”】。把细胞当作球形颗粒，理论
上可以检测出细胞的沉降速率。但由于细胞不同于沙
粒可以随意操作，因而，其中的多个参数(密度，阻
力系数等)不能直接得到。文献【1213】的方法不适用于
细胞速度的检测。赵龙保(1995)研究发现细沙(粒
径<5岬)在沉降过程中，其密度随时问基本上遵循
指数衰减规律[1钔。本试验所用微囊藻和栅列藻的细胞
粒径(2一10岬)与之相近，只是细胞表面的特性与细
沙有一定的差异，细胞的粘性能降低沉降速度【l61。可
以认为沉降剖面上的密度呈现近似的指数变化规律。
通过拟合可以得到细胞密度随深度的衰减系数
(cm-1)。其表达式如下：
CH=A矿
式中：CH为H深度(cm)的细胞密度(rr虹1)，
A为沉降起点(H=0)的细胞密度，K为衰减系数
(cmJ)，e为自然对数的底数。K值的正负(本试验
将正值定为向下运动)和绝对值大小反映细胞的沉降
特性。
方法B：等密度沉降面测定法将细胞密度等于
起始密度(沉降开始时均匀水体的细胞密度)的面定
义为等密度面，在开始沉降后，该面将沿沉降方向移
动，形成等密度沉降面，其在单位时间(T)内的沉
降距离(M)可用于对群体中参与沉降的细胞的平均
沉降速度的估计，以V表示，V的符号及其意义与K
保持一致。起始密度(c)带入拟合方程(1)得到等
密度面的沉降距离。从均匀的细胞悬液开始，如果细
胞沉降的总体方向是由上至下(或由下至上)，则等密
度面的起始位置在水体表面(或柱底)。运用这种方法
时必须掌握好沉降时间，如果等密度面靠近水面或柱
底，就无法计算沉降速度。在等密度面，从上下两个
方向所得到的细胞总数等于向两个方向流失细胞的总
数，处于动态平衡状态，更能反应细胞的群体动态，
对解释细胞运动的生态意义具有实际价值。由于群体
中各个细胞的状态不同，沉降的方向和速率差异较大，
万方数据
万方数据
万方数据
万方数据
微囊藻和栅列藻的垂直迁移及生态学意义
作者： 吴生才， 陈伟民
作者单位： 吴生才(盐城师范学院,江苏,盐城,224002;中国科学院南京地理与湖泊研究所太湖生态系统
研究站,南京,210008)， 陈伟民(中国科学院南京地理与湖泊研究所太湖生态系统研究站,南
京,210008)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2004,23(3)
被引用次数： 6次

参考文献(16条)
1.Ishikawa K;KumagaiMandVincentWF Transport and accumulation of bloom～forming cyanobacteria in a
large, mid-latitude lake: the gyreMicrocystis hypothesis[外文期刊] 2002(02)
2.Wallace B B;BaileyMCandHamiltonDP Simulation of vertical position of buoyancy regulating
Microcystis aeruginosa in a shallow eutrophic lake[外文期刊] 2000(62)
3.Porat R;TeltachBandPerelmanA Diel buoyancy changes by the cyanobacterium Aphanizomenon ovalisporum
from a shallow reservoir[外文期刊] 2001(07)
4.SCHEFFER M Ecology of shallow lakes 1998
5.Brookes J D Variations in the buoyancy response of Microcystis aeruginosa to nitrogen,phosphorus
and light[外文期刊] 2001(12)
6.Head R M;JonesRⅠandBailey-WattsAE An assessment of the influence of recruitment from the sediment
on the development of planktonic populations of cyanobacteria in a temperate mesotrophic lake[外文期
刊] 1999(41)
7.HA K;KimHWandJeongKS Vertical distribution of Microcystis population in the regulated Nakdong
River,Korea[外文期刊] 2000(01)
8.Schloss Ⅰ R;FerreyraGA Primary production,light and vertical mixing in potter cove, A shallow bay
in the maritime Antarctic[外文期刊] 2002(25)
9.Brookes J D;GanfGG;Oliver R L Heterogeneity of cyanobacterial gas-vesicle and metabolic activity
[外文期刊] 2000(08)
10.张槟 悬浮颗粒在悬浮液中沉积速度计算式[期刊论文]-流体工程 1993(12)
11.赵龙保 流动盐水中细颗粒粘性泥沙的沉降速度[期刊论文]-浙江大学学报(理学版) 1995(03)
12.王宝和;王喜忠 计算球体颗粒自由沉降速度的一种新方法 1996(02)
13.胡楚迎 应用试差法确定沉降速度的计算机程序设计 1996(03)
14.Brookes J D;GanfGG;Green D The influence of light and nutrient on buoyancy, filament aggregation
and flotation of Anabaena circinalis[外文期刊] 1999(02)
15.REYNOLDS C S The ecology of freshwater phytoplankton 1983
16.汪海阁;夏月泉 不规则形状粒子的沉降速度 1995(06)

本文读者也读过(10条)
1. 杨州.孔繁翔.史小丽.张民.曹焕生.YANG Zhou.KONG Fanxiang.SHI Xiaoli.ZHANG Min.CAO Huansheng 棕鞭毛
虫牧食作用对铜绿微囊藻形态和生理特性的影响[期刊论文]-湖泊科学2008,20(4)
2. 储昭升.金相灿.杨波.庞燕.胡小贞.阎峰.曾清如.CHU Zhaosheng.JIN Xiangcan.YANG Bo.Pang Yan.HU
Xiaozhen.YAN Feng.Zeng Qingru 不同群体形态蓝藻的气囊与光的相互作用研究[期刊论文]-环境科学学报
2006,26(11)
3. 唐汇娟.谢平.陈非洲 微囊藻的昼夜垂直变化及其迁移[期刊论文]-中山大学学报(自然科学版)2003,42(z2)
4. 邓道贵.谢平.周琼.杨华.DENG Dao-gui.XIE Ping.ZHOU Qiong.YANG Hua 巢湖微囊藻和浮游甲壳动物昼夜垂直
迁移的初步研究[期刊论文]-生态科学2006,25(1)
5. 雷腊梅.宋立荣.刘永定.LEI La-mei.SONG Li-rong.LIU Yong-ding 铜锈微囊藻两种表型的生长生理特性及毒素
组成比较分析[期刊论文]-水生生物学报2001,25(3)
6. 陈小兰.陈善娜.朱志明.彭俊.夏小环.CHEN Xiao-lan.CHEN Shan-na.ZHU Zhi-ming.PENG Jun.XIA Xiao-huan
铜绿微囊藻对UV-B的适应及其种内差异[期刊论文]-云南大学学报(自然科学版)2005,27(3)
7. 张民.孔繁翔 单细胞和群体微囊藻光化学响应的差异[会议论文]-2008
8. 欧丹云.刘媚.甘南琴.宋立荣.OU Dan-Yun.LIU Mei.GAN Nan-Qin.SONG Li-Rong 金藻吞噬微囊藻产生的无毒变
异株与产毒原始株的比较[期刊论文]-水生生物学报2009,33(5)
9. 吉利明.祝幼华.王少飞.JI Li-ming.ZHU You-hua.WANG Shao-fei 鄂尔多斯盆地三叠系延长组葡萄藻形态特征
[期刊论文]-古生物学报2008,47(2)
10. 陈坤.杨桂芳.田华.饶本强.CHEN Kun.YANG Gui-fang.TIAN Hua.RAO Ben-qiang 强光下NO对铜绿微囊藻抗氧化
酶活性和叶绿素荧光的影响[期刊论文]-信阳师范学院学报（自然科学版）2007,20(3)

引证文献(6条)
1.陆贻超.王国祥.李仁辉 超声波和改性粘土集成技术在去除蓝藻水华上的应用[期刊论文]-湖泊科学 2010(3)
2.陈彧.钱新.张玉超 生态动力学模型在太湖水质模拟中的应用[期刊论文]-环境保护科学 2010(4)
3.商兆堂.任健.秦铭荣.夏瑛.何浪.陈钰文 气候变化与太湖蓝藻暴发的关系[期刊论文]-生态学杂志 2010(1)
4.陈雪初.孙扬才.张海春.李春杰.王晓冬.孔海南 遮光法控藻的中试研究[期刊论文]-环境科学学报 2007(11)
5.陈雪初.孙扬才.张海春.李春杰.王晓冬.孔海南 遮光法控藻的中试研究[期刊论文]-环境科学学报 2007(11)
6.李一平 太湖水体透明度影响因子实验及模型研究[学位论文]博士 2006


本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_stkx200403014.aspx