水生生物学讲义

水生生物学讲义周鸣鸣生命科学学院2013-10-1绪论一、水生生物学的基本概念Hydrobiology---FreshwaterBiology---OceanBiology（一）定义：水生生物是指生活于水中的植物和动物，通常可分为海洋生物和淡水生物两大生态类群。水生生物学是生物学的一门分支学科，其内容包括形态、分类、生态和生理四大部分，是阐明有关生活在水中生物生命活动的各种规律，并探讨其控制利用的学科。淡水生物学是研究淡水中的生物科学。具体讲：它是研究淡水生物（浮游生物、底栖动物、水生高等植物）的形态、分类、生理、生态、分布及其经济意义等的一门学科，对淡水渔业生产发展具有重要的现实意义。（二）内容：本课程主要介绍水生生物的形态和分类，并以此来研究各种生物在分类系统中的地位，掌握鉴别的方法和步骤，用来探讨生物的系统演化、地理分布、生理生态和经济意义等。淡水生物学主要研究淡水水域中的浮游植物、浮游动物、水生高等植物、底栖动物等的形态、分类和生态（生物与环境之间关系）；掌握其群落组成、种群结构及其数量变动规律，使有益种群得到增殖，有害种群得以控制，最终达到提高水体生产力目的。（三）任务：1、认识一般水体主要是淡水水域中常见的动植物（尤其是浮游植物）种类；了解其生活习性及经济意义。2、掌握生态学的基本理论和基本知识（如数量种群影响因素和变动规律）以综合分析资料指导生产（鱼产力与水质关系）。3、掌握一般水生生物（淡水生物）的调查分析方法。（四）与其它学科关系：本课程属于专业基础课，与动物学、植物学、鱼类学、鱼类生态学、水化学、湖沼学、水文学关系密切，是池塘养鱼学、内陆水域增养殖学等专业课的基础学科。二、水生生物学的产生和发展水生生物学从19世纪末叶（1870年）以后才兴起的一门学科（一）发展原因1、渔业发展：捕捞过度，资源变薄（根据饵料分析资源）；与养鱼业发展有关（鱼类的饵料环境）。2、工业污染：促使人们去进行净化水体，只有生物净化才不至于重复污染。（二）发展情况1870年以后，开始研究海洋，再转入内陆水域。最先研究鱼类到浮游生物再到底栖动物；先定性再定量最后到研究生态。1871年俄国建了世界上第一所海洋生物站—塞瓦斯托波尔站（研究机构）；1891年在莫斯科附近的格鲁皮克湖建立了淡水生物站。1897、1905丹麦和奥地利又分别建立了淡水生物站。1887年德国的汉森（V.Hensen）制造了能捞起浮游生物的工具；1909年有人制造了采泥器。以后水生生物的研究从定性发展到定量。1922年国际上成立了湖沼学会（学术机构），1969年成立了“淡水群落生物生产力组”。瑞士学者佛列耳氏（F.A.Forel）被公认为淡水生物学的创始人，1869—1904年发表了一系列日内瓦湖的调查研究的专著。1869年发表了一系列日内瓦湖底栖的研究。1892、1901、1904年发表了关于瑞士湖泊的三卷著作。二十世纪以后，淡水生物的生态学方向逐渐明显。如kofoid(1903)关于Illiois河浮游生物的研究等。上世纪50年代后，淡水生物学的中心问题逐渐集中到内陆水体的生产力问题，这个问题牵涉面很广，包括对水体物理化学因子的观测、生物的种类组成和食物关系、主要种群动态、群落的生物量和生产量以及整个生态系统中物质循环和能量流动等等。近几年采用了新技术和新方法，如运用遥感、遥测技术对水生生物资源调查，使用计算机分析资源等；在生产力理论和提高经济生物生产力的措施上都有所突破。（三）我国情况解放后成立了水生生物研究所、中国水产科学院、长江水产研究所、淡水渔业研究中心等淡水方面的研究所；还有黄海水产研究所、东海水产研究所、南海水产研究所等海洋方面的研究所以及各省水产研究所等研究机构。综合性大学（如厦大、武大）水生生物专业、水产院校、农业院校中的水产系；许多水产方向的硕士点、博士点。这些都为水产专业的发展，为水生生物的研究提供了保证。1956年由饶钦止等主编的《湖泊调查基本知识》是我国第一部指导书。取得的成就：1、分类工作有了新的进展，如发现了一些新种。2、开展内陆水域渔业资源及海洋资源调查。安徽省1985年完成了长江、淮河水系资源调查工作。P2，对海洋资源调查。另，南极的长城、中山站。3、进行了固氮蓝藻的培养和农业、渔业应用的研究水生所利用几种固氮蓝藻接种于稻田作为氮肥来源。4、小球藻培养、轮虫培养，应用于河蟹育苗；还有枝角类、水蚯蚓等饵料生物培养。5、以渔业为目的（提高水体生产力为目的）对水体生态系及生态系管理进行了研究。根据饵料生物量→供饵能力→产鱼潜力。何志辉根据水库浮游生物量推算出鲢鳙鱼的鱼产力；陈洪达根据湖泊水草生物量推算出草食性鱼的鱼产力；陈其羽根据底栖动物生物量推算出食底栖动物鱼类的鱼产力。6、对一些在养殖生产过程中的经验措施进行了科学总结和理论研究大连水院、上海水大等根据“看水”经验，制定出养鱼水质的生物等级。谭玉钧在无锡河埒口养殖场高产试验，李永函研究的轮虫休眠卵等。7、移植驯化（鱼类及饵料生物移植）三、教材及参考资料教材：梁象秋1995《水生生物学》（形态与分类）参考资料：1、何志辉1982《淡水生物学》上、下册2、李永函1993《淡水生物学》3、山东水校1978《淡水生物学》4、韩茂森1995《中国淡水生物图谱》5、胡鸿钧1979《中国淡水藻类》6、王家辑1961《中国淡水轮虫志》7、中科院动物所1979《中国动物志—淡水枝角类》8、中科院动物所1979《中国动物志—淡水桡足类》9、饶钦止等1956《湖泊调查基本知识》10、饶钦止等1988《中国淡水藻志》11、章宗涉等1991《淡水浮游生物研究方法》12、大森倍、池田勉（日）著罗会明译《浮游动物生态研究法》13、《拉汉藻类名词及名称》14、《拉汉无脊椎动物名称》15、杂志：《水生生物学报》、《水产学报》、《生态学报》、《湖泊科学》、《动物学报》、《植物学报》、《淡水渔业》、《水利渔业》四、课程安排第一章淡水浮游植物（藻类）第一节概论PhytoplanktonAlgae一、特征（一）无根茎叶分化，整个植物体（藻体）能吸收营养进行光合作用制造有机物，因此又称叶状体植物。（二）生殖单位是单细胞的孢子、合子或营养细胞。整个植物体不分营养和生殖两部分，即无细胞的分化。（三）在它早期生活史中，在母体内不形成胚的雏形，即无胚。（四）藻体（植物体）很小，只有十几—几十um，单细胞或多细胞。借助显微镜观察。二、形态（一）单细胞—各种形状的单细胞：球形、卵圆形、圆柱形、纤维形、月牙形、纺锤形等。（二）多细胞群体——圆形、椭圆形、丝状、分枝状、不规则团状等，细胞功能相同（三）多细胞体——细胞功能不同，主要是海产的褐藻门、红藻门，（海带、紫菜）（四）多核体——在一个细胞内有几个细胞核，如刚毛藻、无隔藻，整个细胞体无细胞隔膜，但有很多核。三、构造（一）细胞壁大多数有细胞壁，少数无，如裸藻。细胞壁有的光滑、有的有刺、有的有花纹。细胞壁为内层纤维质＋外层果胶质；少数种类如硅藻在果胶质外层又加一层硅质。红藻、褐藻细胞壁的主要成分是纤维质＋藻胶（琼胶）。（二）原生质体1、细胞核：一般为一个核，蓝藻无细胞核，少数种类多核。2、原生质：包括色素、色素体、蛋白核、同化产物⑴色素：一般藻类都有叶绿素和胡萝卜素，特殊的有蓝藻门的蓝藻素（藻蓝素）、红藻门的藻红素、黄藻门的叶黄素。⑵色素体：又称载色体，即含有色素的蛋白体。色素体有各种形状：螺旋形、杯状、星状、板状、盘星状等。如水绵为螺旋形位置有的在中心、有的轴生、亦有周生。色素体的形状、位置是分类上的依据。注：蓝藻门无色素体。⑶蛋白核：原生质的一种构造，又叫造粉核或淀粉核。组成：中心部分是蛋白体，外面包了一层淀粉鞘或副淀粉鞘。作用：可能与淀粉等同化产物的形成有关；少数种类无蛋白核。因此蛋白核的数量、形状均为分类依据。⑷同化产物：油滴（脂肪）、白糖素、淀粉（与碘反应）、副淀粉（如蓝藻淀粉）。四、繁殖及生活周期孢子或合子繁殖，无性繁殖为主，有性很少（一）无性繁殖1、细胞分裂（营养繁殖）指单细胞个体，或群体母体中某一细胞发生分裂进行繁殖，亦有丝状体进行断裂。细胞分裂繁殖又称为营养繁殖。2、孢子繁殖在生殖时，细胞壁内原生质稍微收缩，与细胞壁分开，其过程先是细胞核分裂，随后细胞质也分裂开来，分裂的结果在一个细胞内形成2、4、8、16、32、64……2n小细胞，这些小细胞通称为孢子，孢子离开母细胞后即成新个体。这种繁殖即称为孢子繁重，这种繁殖速度快。根据孢子的形态和活动方式，又可分为如下几种类型：⑴动孢子（游动孢子）——可运动（游动），无壁，有鞭毛，能直接萌发成新个体或鞭毛消失经休眠后再萌发。⑵静孢子——不运动，有壁，无鞭毛，待水分充足时，再生出鞭毛，变为动孢子。⑶厚膜孢子——又称厚壁孢子（厚垣孢子），营养细胞的细胞壁直接增厚，经一段休眠后，待生活环境适宜时，开始活动。⑷似亲孢子——无性繁殖时所产生的一种与母细胞形状相似的子细胞，似亲孢子脱离母体后，形状不再变化，即长成新个体，如小球藻。（二）有性繁殖在生活的某一阶段才出现。主要是生活环境恶劣之时，♀配子、♂配子结合后形成新个体。1、同配生殖——♀、♂配子大小、形状相同结合而成的。2、异配生殖——♀、♂配子形状相似、大小不同结合而成的。3、卵配生殖——♀、♂配子大小、形状均不相同结合而成的。4、接合生殖——两个母细胞（一般是两条丝状体）上的细胞壁发生凸起，然后联合形成接合管，两个细胞或一个细胞的内含物在此交流，即通过此接合管而形成合子，合子脱落形成新个体。（原生动物亦有接合生殖）（三）生活史（生活周期）生活史是指某种生物在整个发育阶段中，有一个或几个同形或不同形的个体前后相连续形成一个有规律的循环。藻类的生活史有4种类型：1、生活史中仅有营养繁殖：无有性和减数分裂，如蓝藻、某些单胞藻。2、生活史中仅有一个单倍体（单倍体植物）：行无性或有性生殖，或仅有一种生殖方式。在有性生殖过程中，减数分裂发生在合子形成后，新植物体产生之前。如衣藻、团藻、丝藻等。3、生活史中仅有一个双倍体（双倍体植物）：只行有性生殖。减数分裂在配子囊中产生配子之前。如绿藻门管藻目的一些种类，硅藻、褐藻一些种类。4、生活史中有世代交替现象：即生活史中有2个（种）植物体（单倍体和双倍体植物）（如红藻门的有些种类）。单倍体的植物行有性生殖产生合子，合子萌发时不经过减数分裂，产生双倍体的植物，此植物体行无性繁殖，经过减数分裂，产生双倍体的植物，此植物体行无性繁殖，经过减数分裂产生孢子，由孢子长出单倍体植物。从孢子开始一直到产生胞子，这段时期都是单倍体，总称为有性世代。配子体是有性世代的植物体（即单倍体植物）。从合子一直到减数分裂之前这段时间都是双倍体（双倍体植物），总称为无性世代，孢子体为无性世代的植物体。五、经济意义1、制造有机物：藻类是食物链的原始生产者，有的固氮，直接或间接作为鱼饵。2、为水中提供氧气：水中氧气的来源之一，主要就是藻类的光合作用放出氧气。3、污染指标：某种藻类大量出现，证明被污染，如蓝藻水华。4、净化作用：吸收水中的营养元素或有毒元素。5、分布广、生命力强：藻类是地球上最早出现的植物，最原始、最低等植物，分布特别广，高山雪地、极地沙漠、悬崖峭壁、淡水海水等均有其分布。第二节蓝藻门Cyanophyta50属、2000多种：一、颜色：蓝绿色或蓝色二、形态：单细胞——球形、椭圆形、圆柱形多细胞群体——不规则形、片状、团块状丝状体——直的或螺旋形的三、特征：1、没有真正的细胞核：只有核仁和核膜，即只有相当于核的中央体，又称原始核。2、无色素体3、有色素含有藻蓝素为主，少量蓝藻藻红素，另含有叶绿素a、ß胡萝卜素、叶黄素；色素均匀分布在原生质外靠细胞壁的地方，因此细胞呈蓝绿色。4、具有异形胞蓝藻门所特有的，除颤藻科外，其它都有异形胞。异形胞——是由营养细胞变态形成的，成熟的异形胞原生质消失、呈透明状、且细胞壁增厚，亦即死细胞。异形胞两短各有一个球状屋，称位极节球。异形胞的位置有两种：端生（在丝状体两端）和间生（丝状体中间），端生或间生作为分类的依据。异形胞的作用：有的认为与