全 文 ：第 25卷第 6期
2005年 6月
生 态 学 报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.25,No.6
Jun.,2005
阳宗海和滇池中紫色非硫细菌数量和种群结构的比较
郭 秒1,2,王政昆1,彭昌亚3,陈金全1,韩俊燕2,慕跃林1,黄遵锡1*
(1.云南师范大学生命科学学院,昆明 650092;2.首都医科大学宣武医院老年医学研究所,北京 100053;3,无锡大学科技园,无锡 210028)
基金项目:国家"863"资助项目(2002AA213031);国家自然科学基金资助项目(30260021)
收稿日期:2004-02-05;修订日期:2004-10-09
作者简介:郭秒(1979～),女,北京人,硕士,主要从事微生物生态学和微生物工程研究.E-mail:emilymiao@yahoo.com.cn
*通讯作者 Authorforcorrespondence.
Foundationitem:SupportedbyNational"863"Program(No.2002AA213031);NationalNaturalScienceFoundationofChina(No.30260021)
Receiveddate:2004-02-05;Accepteddate:2004-10-09
Biography:GUOMiao,Master,mainlyengagedinmicrobialecologyandbioengineering.E-mail:emilymiao@yahoo.com.cn
摘要:在 2002年平水期对高原湖泊阳宗海和滇池中的紫色非硫细菌(PNSB)数量和种群结构进行了比较研究。对两湖中的各因
子进行 t检验,发现各因子和 PNSB数量都有极显著差异,富营养化湖泊滇池中的 PNSB数量远远多于贫营养化湖泊阳宗海;
两湖中PNSB的优势种是红假单胞菌属,也有少数的红螺菌属。两湖种群结构的区别是滇池有红微菌,而阳宗海有大量红细菌。
关键词:阳宗海;滇池;紫色非硫细菌;独立样本 t检验;种群结构
文章编号:1000-0933(2005)06-1337-04 中图分类号:Q178,Q938 文献标识码:A
Theabundanceandstructurecomparisonofpurplenonsulferbacteriabetween
YangzonghaiLakeandDianchiLake
GUOMiao1,2,WANGZheng-Kun1,PENGChang-Ya3,CHENJin-Quan1,HANJun-Yan2,MOYue-Lin1,
HUANGZun-Xi1*(1.DepartmentofLifeScience,YunnanNormalUniversity,Kunming650092,China;2.BeijingInstituteofGeriatries,
XuanwuHospital,CapitalUniversityofMedicalScience,Beijing100053,China;3.WuxiScienceParkofUniversity,Wuxi210028,China).
ActaEcologicaSinica,2005,25(6):1337～1340.
Abstract:YangzonghaiLakeandDianchiLakearetwofaultlakesamongthenineplateaulakesinYunnanProvince,China.
Theformerisadeepwaterandoligotrophicatedlake,whilethelaterisashalowwaterandeutrophicatedlake.Theecological
factors,andtheamountandstructureofpurplenonsulferbacteria(PNSB)ofthesetwolakeswerestudiedintheevenwater
seasonin2002.TheecologicalfactorsincludedDO(dissolvedoxygen),SD(Secchidisc),TN(totalnitrogen),TP(total
phosphorus),COD(chemicaloxygendemand),BOD(biologicaloxygendemand)andChl-a(chlorophyl-a).Theresults
showedthat(1)thelevelsofDO,TN,TP,COD,BOD andChl-aweresignificantlyhigherinDianchiLakethanin
YangzonghaiLake(t-test,p<0.01);(2)thenumberofPNSBinDianchiLakewas76.9±6.94cels/ml(mean±SE),6.0±
0.18cels/mlinYangzonghaiLake;(3)RhodopseudomonaswasthedominantPNSBgenusinYangzonghaiLakeandDianchi
Lake,59.2% and62.2% respectively,Rhodospirillumwas4.2% and10.8%,respectively.ThemajordifferenceinPNSB
structurewasthatRhodobacter(36.6%)wasonlyfoundinYangzonghaiLake,whereasRhodomicrobium(27.0%)wasonlyin
DianchiLake.ThesedatasuggestedthatecologicalfactorsarestronglyassociatedwiththeabundanceandstructureofPNSBin
YangzonghaiLakeandDianchiLake.
Keywords:YangzonghaiLake;DianchiLake;PNSB;independentt-test;composition
光合细菌中的紫色非硫细菌科(PNSB)是一类广泛分布于水生态系统中的重要微生物类群,大量生存于富营养化的湖泊
中。由于其可以利用多种小分子有机物,并且在光照厌氧和黑暗好氧的条件下都可以生长,即使在贫营养型的深水湖泊中也有
分布。在水生态系统中,光合细菌作为初级生产者,不仅在食物链上占有一定地位,还在水生态系统的物质循环、能量转化和水
体净化中有着起着重要的作用[1]
===================================================================
。
阳宗海和滇池是相距不到 30km的高原湖泊,但是两湖的生态和地理条件却截然不同。阳宗海是深水贫营养型湖泊,而滇
池是典型的浅水富营养型湖泊。不同生境中的同种微生物的种群数量和结构有很大差异。本文运用统计学方法,对上述两个与
高原人民生产生活息息相关的湖泊中的光合细菌进行比较和研究,并对种群数量和结构差异的原因作了初步分析。
1 材料与方法
(1)采样地点 在阳宗海中选择北部(Ⅰ站)、中部(Ⅱ站)和南部(Ⅲ站)3个位点(与宜良环境监测中心采样位点一致)。其
中,北部位点靠近阳宗海电厂,中部位点是宜良地区水域,南部位点是澄江地区水域;在滇池中,选择草海中(Ⅰ站)、灰湾中(Ⅱ
站)和滇池南(Ⅲ站)3个位点(从昆明环境监测中心常年监测的 10个位点中挑选的 3个有代表性位点)。其中草海中是滇池的
高度污染程度的水域,灰湾中是中度污染水域,滇池南是轻度污染水域,样点示意图见图 1和图 2。
图 1 滇池采样位点图
Fig.1 SamplingstationsinDianchiLake
图 2 阳宗海采样位点图
Fig.2 SamplingstationsinYangzonghaiLake
表 1 阳宗海和滇池理化因子的比较
Table1 Comparisonofthephysicalandchemicalfactorsbetween
YangzonghaiLakeandDianchiLake
项目 Item 阳宗海 滇池
水系 Riversystem
南盘江
NanpanRiver
金沙江
JinshaRiver
面积 Area(km2) 31.9 297.5
平均水深 Averagedepth(m) 20.0 3.9
最大水深 Maximumdepth(m) 29.7 5.7
透明度 Secchidisc(cm) 330～450 20～90
矿化度 Salinity(mg/L) 235.08 236.02
水型 Watertype CMg,Ca∏ C
Ca
Ⅰ
pH 8.58 8.62
营养类型 Nutritiontype
贫营养型
Oligotrophication
富营养型
Eutrophication
θTemperature(℃) 15.7 17.6
BOD(mg/L) 1.130 4.134
COD(mg/L) 1.550 5.490
TNTotalnitrogen(mg/L) 0.438 1.754
TPTotalphosphorus(mg/L) 0.019 0.172
Chl-aChlorophyl-a(mg/L) 0.004 0.085
(2)采样时间和方法 在 2002年的平水期采样。阳宗海每个水平位点垂直分 9层采集水样,水层深度分别为 9.0、9.5、
10.0、10.5、11.0、13.0、15.0、17.0和 19.0m;滇池每个水平位点垂直分 5层采集水样,水层深度分别为 1.0、1.5、2.0、2.5和
3.0m。每个水层用深水采水器采集水样 2L,分两个采水瓶,1份现场固定,用来测定溶解氧;1份用来分离和计数。
(3)测定和计数方法 光合细菌计数采用平板菌落计数;
各种水环境因子测定方法参照国标进行[2]。
(4)计数培养基 NH4Cl1g,KH2PO41g,丁二酸钠 1g,
MgSO4·7H2O0.2g,Na2CO30.2g,酵母膏 0.1g,无机盐溶
液 1ml,维生素溶液 1ml,水 1000ml,pH为 7.0。
(5)数据分析方法 使用 SPSS12统计学软件相关命令。
(6)分离、纯化和鉴定方法 见参考文献[3]。
2 结果
2.1 阳宗海和滇池理化因子比较由表 1给出。
2.2 独立样本的 t检验
对于阳宗海和滇池两个没有配对关系的独立样本,比较
其差异的显著性,使用 SPSS12软件中的 IndependentT-test
命令进行分析,结果见表 2。由表 2可以看出,滇池和阳宗海各
理化因子和 PNSB数量的比较结果差异都极显著。
2.2.1 溶解氧(DO)含量 阳宗海比滇池溶解氧含量稍高,这
可能有两个原因:一是由于两个湖泊的地理位置不同造成二
者水温有 1～2℃的差异,温度和溶解氧含量呈负相关,所以温
度低的阳宗海就比滇池的溶解氧含量高;二是两个湖泊中营
8331 生 态 学 报 25卷
养物质含量差异极显著,水生生物代谢有机质所消耗的氧气就有所不同,但是富营养化水体中浮游植物也生长旺盛,在水生生
物大量耗氧的同时,浮游植物又大量放氧,这就使得滇池中溶解氧含量充足。
表 2 阳宗海和滇池各因子 t检验结果
Table2 Resultofthefactorsbyt-testinYangzonghaiLakeandDianchiLake
项目
Item
湖泊
Lake
观测量数目
Number
平均值
Mean
自由度
Degreeoffreedom
t
p(双尾)
Two-tailed
n(PNSB)(cels/ml) 1滇池 DianchiLake 15 76.9±6.94 40 13.834 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 6.0±0.18
DO(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 6.3±0.37 40 12.015 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 6.5±0.05
SD(cm) 1滇池 DianchiLake 15 50.0±3.60 40 -28.120 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 346.7±7.57
TN(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 4.0±0.86 40 5.379 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 0.6±0.01
TP(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 0.3±0.08 40 5.119 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 0.019±0.0001
COD(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 7.2±0.56 40 14.430 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 1.0±0.03
BOD(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 6.9±0.56 40 8.599 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 0.8±0.06
Chla(mg/L) 1滇池 DianchiLake 15 0.171±0.0341 40 6.683 0.000
2阳宗海 YangzonghaiLake 27 0.002±0.0001
n(PNSB) PNSB数量 NumberofPNSB;DO 溶解氧 Dissolvedoxygen;SD 透明度 Secchidisc;TN 总氮 Totalnitrogen;TP 总磷
Totalphosphorus;COD 化学需氧量 Chemicaloxygendemand;BOD 生物需氧量 Biologicaloxygendemand;Chl-a 叶绿素 aChlorophyl-a
2.2.2 透明度(SD) 透明度是表征湖水对光的透射、散射和吸收特征的参数,大小与湖水化学成分、含沙量和浮游生物类型
和数量等因素密切相关,是一个反映湖泊综合性特征的指标。造成阳宗海透明度远远高于滇池的原因主要是水体性质和湖泊深
度的不同。滇池是一个富营养化湖泊,丰富的营养和充足的光照促进浮游植物尤其是藻类的旺盛生长,水生生物代谢的杂质必
然使水体光吸收性质变化;而阳宗海是一个深水湖泊,平均水深 20.0m,湖面的大风不易使湖底的泥沙卷起,而只有 3.9m的滇
池相对就容易受到风向和风速的影响,适宜的风向和高的风速会使底泥卷起,使水体中悬浮物含量增加,从而引起透明度的下
降,这也是滇池水样呈黄绿色的原因。
2.2.3 总氮(TN)和总磷(TP)含量 湖水中氮的来源主要是有机物在微生物作用下释放和含氮污水排放,而磷的来源就相对
广泛,除微生物作用下释放城市和工业含磷废水的排放,还与湖泊周围地质结构(如是否有磷矿)有关。阳宗海和滇池都是氮、磷
控制型湖泊,但是磷是主要促进因素。氮磷比值常用来衡量水质状况,低的氮磷比(10:1左右)特别有利于蓝藻的大量繁殖。滇
池的氮磷比落在 10:1附近,其总氮和总磷指标远远高于国际公认富营养化指标(TN>0.2mg/L,TP>0.02mg/L),且滇池湖
盆较浅特别有利于底泥中氮和磷的释放,这标志滇池已经是一个富营养化程度严重的湖泊。
阳宗海总氮的含量虽然有所超标,但是总磷含量控制在范围内。高的氮磷比(>10:1)使底泥中的氮和磷不易释放,藻类生
长不如滇池旺盛,所以基本上保持水体贫营养化。由此看出,如果磷含量控制的不得当,阳宗海就有向富营养化湖泊发展的趋
势。在 1996年 3、4月份阳宗海湖面曾出现大面积水华,就是当时湖泊总磷含量超过 0.025mg/L所引起的,这就提示人们在阳
宗海的环境保护中一定要控制磷的入湖,稍有不当就会造成严重的后果。
2.2.4 化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD) COD和 BOD是用来量度水样中有机污染物浓度的指标。COD一般表示水
样中有机污染物重量的 98%,BOD反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量,一般 BOD
滇池属于Ⅳ类,污染严重的水域如草海只符合Ⅴ类标准。
2.2.5 叶绿素 a(Chl-a) 叶绿素 a是普遍存在于所有浮游植物体内的一种主要光合色素,近几十年来已被广泛用作衡量浮游
植物生物量的一种重要指标。Seirgensew[4]根据叶绿素a含量对湖泊的营养类型进行划分,含量在 0.0003～0.003mg/L之间的
属于贫营养化湖泊,0.003～0.015mg/L间的是中营养化湖泊,而 0.015～0.5mg/L之间的属于富营养化湖泊。从统计结果分
析,阳宗海叶绿素含量 0.002mg/L,是贫营养化湖泊,而滇池为 0.171mg/L,是富营养化湖泊。叶绿素 a含量受到种群密度影响
大,而这种影响又受到其它生物的(如种类组成)和非生物的(如营养水平、光照强度、水温等)因素的制约。阳宗海中浮游植物种
群密度和营养水平都比较低,即使光照强度和水温与滇池相差不大,但其叶绿素 a含量还是很低。而滇池有适宜的环境(光照、
93316期 郭 秒等:阳宗海和滇池中紫色非硫细菌数量和种群结构的比较
温度等)和丰富的营养,其浮游藻类种类和数量都丰富,有 129种,而阳宗海只有 47种,其它高原湖泊如洱海 103种、抚仙湖 42
种也不及滇池种类多。在滇池中占优势的是绿藻、蓝藻和硅藻,而阳宗海中主要是鱼类最喜欢的食料--绿藻和硅藻占优。
2.2.6 PNSB数量和分布 滇池中的 PNSB数量(76.9±6.94cels/ml)比阳宗海(6.0±0.18cels/ml)多 10倍以上,可以初步
得出如下结论:PNSB在富营养化湖泊中数量要远远多于贫营养型湖泊(图 3);在同一湖泊中,温度高的水域比温度低的水域
PNSB数量多,污染程度高的比污染程度低的水域 PNSB分布多,溶解氧含量低的水层比含量高的水层中 PNSB数量多。
图 3 阳宗海和滇池中 PNSB数量的差异
Fig.3 VariationsofPNSBbetweenYangzonghaiLakeandDianchi
Lake
2.3 阳宗海和滇池中 PNSB种群结构的差异
2002年度平水期在对阳宗海和滇池 PNSB进行调查研究
时,从阳宗海分离、纯化并鉴定 PNSB71株,而从滇池中分离到
37株。阳宗海的 PNSB中红假单胞菌属(Rhodopseudomonas
sp.)和红细菌属(Rhodobactersp.)是优势种,分别占总数的
59.2%和36.6%,也有少数的红螺菌属(Rhodospirillumsp.),占
4.2%;滇池中除红假单胞菌属占 62.2%外,还有 27.0%的红微
菌属(Rhodomicrobiumsp.)PNSB和 10.8%的红螺菌属。
红假单胞菌是自然界中分布最广泛的 PNSB,一般在暴露于
光的泥和水中都有其存在,在阳宗海和滇池中也不例外广泛分
布,是优势种;红螺菌是淡水菌种,但是由于其生长需要生长因
子,所以在湖泊中数量就相对少;阳宗海和滇池中不同的是红细
菌和红微菌。从属的特征看来,两者最大的区别在于形态和是否
有特征性的生长周期,在见光的泥和水中都应该有分布。而从我
们的结果看来,红细菌只在阳宗海中分布而红微菌只在滇池分
布,可能是因为两个湖泊的营养化程度不同,红细菌可以利用更广泛的有机质但可能耐污性能不强,而红微菌生长需要丰富的
营养且可以耐受一定的污染。具体原因还有待以后进一步的研究。
3 讨论
(1)高原湖泊由于保存着大量的古深海大洋地质、生物遗迹和冰川、造山运动遗迹和广泛的冰川及冻土地貌发育,展示着最
集中的第 3期冰川地质遗迹,近年来越来越被世界所关注。高原湖泊的特点是海拔高,光照充足,湖区气候温暖干燥,年降水量
不大,湖水冬季不结冰,湖泊水位年变化幅度小。滇池和阳宗海是两个典型的高原湖泊,虽然地处同一纬度,有着相似的气候条
件和海拔,但因为所属水系和人为破坏程度的差异,两湖各理化因子截然不同,其中分布的各生物种群也有着显著差异。实验证
明,PNSB类群的数量与湖泊营养化程度呈一定相关性,其反映水质状况与化学监测结果一致,研究水体中的 PNSB对环境监
测和开发高原湖泊中新的微生物资源都有深刻的意义。
(2)滇池和阳宗海中的浮游动物、生物量等因子也有显著差异。据报道[5],滇池中浮游植物生物量为 98.8mg/L,阳宗海仅有
1.51mg/L;滇池中共有 109种浮游动物,底栖动物主要为摇蚊幼虫和水蚯蚓(此两种生物为评价富营养化程度的指示物),腹
足类和瓣鳃类也占有一定比例,而阳宗海中介壳生物腹足类和瓣鳃类十分罕见,比抚仙湖的种类还少;滇池共有鱼类 27种,阳
宗海中鱼类资源贫乏,且近年来湖中鱼类结构不合理,土著鱼类金线鱼、宜良白鱼、阳宗白鱼和云南青鱼已经很少见到了。表明
阳宗海水质有恶化的趋势,应以滇池为鉴,及时制订合理的对策来防止其快速营养化,保存高原湖泊中不多的几方"净土"。
(3)运用统计学方法,借助计算机,可以迅速处理实验数据,结果清晰可靠,是研究微生物生态的一种好方法。
References:
[1] MadiganM T,MartinkoJM,ParkerJ.BrockBiologyofMicroorgnisms,8thed.Beijing:SciencePress,2001.1～30.
[2] No.2EditOffice.WaterQualityAnalysis.Beijing:StandardsPressofChina,2001.1～65.
[3] LiuRL.PhotosynthesisBacteriaandTheirApplications.Beijing:ChineseAgricultureScienceandTechnologyPress,1991.34～70.
[4] LiuJK.EcologicalStudyofDonghuLake(Two).Beijing:SciencePress,1995.422～458.
[5] NanjingInstituteofGeographyandLimnology,LanzhouInstituteofGeology,NanjingInstituteofGeologyandPalaeontology,etal.
FaultLakesinYunnanProvinceandItsSediment.Beijing:SciencePress,1989.46～118.
参考文献:
[1] 马迪根 M T,马丁克 JM,帕克 J.微生物生物学(第 8版).北京:科学出版社,2001.1～30.
[2] 中国标准出版社第二编辑室.水质分析方法.北京:中国标准出版社,2001.1～65.
[3] 刘如林.光合细菌及其应用.北京:中国农业科技出版社,1991.34～70.
[4] 刘建康.东湖生态学研究(二).北京:科学出版社,1995.422～458.
[5] 南京地理与湖泊研究所,兰州地质研究所,南京地质古生物研究所等.云南断陷湖泊与沉积.北京:科学出版社,1989.46～118.
0431 生 态 学 报 25卷