影响培养藻类生长和繁殖的因子

第二节影响培养藻类生长和繁殖的因子与单细胞藻类生长繁殖密切相关的因子1.光照2.温度3.营养4.盐度5.溶解气体6.pH7.生物因子每个环境因子对生物的作用可以区分为三类：最高限：超过最高度时生物就不能生存最低限：低于最低度时生物就终止生命活动最适度：广义——指生物能正常生活的范围狭义——指生命活动最旺盛的范围一、光的生态作用(一)光源：太阳光、人工光源(二)光量（光照强度）：不同的单细胞藻类要求不同的光照强度,在适光范围内,光照强度增加,光合作用速率加快,藻类就充分生长和发育补偿点饱和光照强度1)补偿点Ib：此时的光照强度只能维持基础代谢,当超过Ib时,藻体就增殖Ib：活动盒形藻为107.5Lx,双鞭毛藻为258Lx2)饱和光照强度Is：指细胞分裂速率或光合作用达到最高值时的光照强度作为光照强度函数的小球藻的生长率3）最适光照强度范围：Ib～Is之间如：活动盒形藻107.5～1849.3Lx；小环藻在13.3～2666.66Lx低于补偿点或高于光饱和点都将影响藻细胞的生长，表现为颜色变浅或变白而死亡最适光照强度4)光在培养液中的吸收和穿透由于藻细胞对光的吸收和散射,随着深度的增加,光强逐渐减弱当培养液的浓度增加时,光的投射深度就愈浅例：小球藻悬浮液中光的吸收情况1g干重／L浓度下:第1cm时95％以上红光被吸收，60％绿光被吸收10g干重／L浓度下:第1mm时大部分光被吸收外界环境变化时,补偿点和最适光量也将发生变化温度：温度降低,补偿点也降低营养物质的浓度：营养浓度高时,可以在较强的光强下生长,反之亦然藻液密度：藻液浓度稀,光的透入强,深度也加深,藻体吸收的光量也随之增大,此时的最适光强就越低,要求弱光照,反之亦然5）影响最适光照强度变化的因素二者关系受种类、光强大小和温度等影响①间歇性的光照有利于同化作用的增强②光照强度较低或白天温度较低,日照时间较长,则生长率与日照时间成正比。饱和白昼：即在强光下,较长的日照时间,生长率反而不增加③相同营养条件,不同光照条件下,生长速度不同6)日照时间的长短与单细胞藻类的生长关系(三)光质与单细胞藻类光合作用的关系1单细胞藻类的色素成分及其作用(1)叶绿素chlorophyll：任何藻细胞都具有，是进行光合作用的主要色素。①三种叶绿素：叶绿素a:一般藻类都具有叶绿素b:单细胞绿藻和裸藻有,硅、金、蓝藻无叶绿素c:硅藻含量高，其次是金、黄、甲、隐藻，单细胞绿藻和蓝藻没有。Chlb和Chlc可以把吸收的光能传递给Chla②叶绿素对光谱的吸收Chla——对红光的吸收部宽Chlb——对蓝光、紫光的吸收部较宽③环境因素可以影响叶绿素的含量光强叶绿素a含量大,光弱叶绿素b含量大培养液中氮含量高，叶绿素a的量就大例：在缺氮培养液中加入氮，三天以后，Chla、Chlb含最的相对比例增加,(Chla/Chlb)×l00=113.8（100为未加氮以前的Chla和Chlb的含量）⑵类胡萝卜素——色素群，由、β、γ胡萝卜素及多种叶黄素组成①各门单细胞藻类中的主要色素绿藻：β胡萝卜素为主，胡萝卜素和叶黄素硅藻．β、γ胡萝素为主，多种叶黄素（岩藻黄素、新岩藻黄素、硅甲藻黄素、硅藻黄素）蓝藻：β胡萝卜素为主，蓝藻黄素、蓝藻叶黄素。金藻：β胡萝卜素为主，其次岩藻黄素它们的吸收光谱的范围446～482nm之间②类胡萝卜素在光合反应中的作用为辅助色素。配合叶绿素a参加光合作用,对叶绿素有保护作用类胡萝卜素的含量与其它色素互为消长,即其它色素含量不足时,类胡萝卜素含最就增加如在光照不足处,类胡萝卜素的含量多；当含氮量高时,叶绿素和藻胆素的含量增加,则胡萝卜素的含量就降低,或相反⑶藻胆素——色素群（藻红素～R藻胆素、藻蓝素一C藻胆素，是含氮的色素蛋自质）①吸收光谱的范围：它们一般的吸收值在绿光、黄光范围内，最大吸收值在橙光，最小吸收值在青光范围内。②藻胆素在光合反应中的作用对叶绿素a起辅助作用，对类胡萝卜素有协调作用。蓝藻对光照的变化能敏感地适应，在长波光处（吸收红光，放过蓝光）能增加藻蓝素的含量，藻体呈蓝色；在短波光较多处增加藻红素，藻休呈红色。“补色适应”：蓝藻随光质变化而使体色变化的现象2光质与藻类的光合作用效率⑴光合作用效率：不同藻类对光质的要求是不相同的，光合作用效率也随之变化。*在一般情况下，光波越短，光合作用效率低，其次与色素种类有关。⑵吸收光谱：表示某种藻的各种色素对光谱吸收曲线的总和。⑶作用光谱：各色素所吸收的光波对光合作用发生效率的光谱。作用光谱曲线：不同光波对某种藻类的光合作用效率光谱所绘成的曲线。二、温度的生态作用1、适应温度范围1）最高适应范围：在适温的高限，超过高限生命活动受影响。2）最低适应范围：在适温的低限，低于低限生命活动受影响。3）最适适应范围：指生物生长、繁殖最快的理想温幅。从下表中可以看出在30℃时为最高的适温范围，10℃为最低适温。20～28℃是最适温度范围。各种藻类的适应温度范围是不同的，而且对同一种藻类也不是固定不变的，可随光照、营养等条件而发生变化，如增加营养可以提高温度。①绿藻:上限35℃,下限5～8℃,最适25～30℃②蓝藻：最适28～35℃（或20～30℃）③硅藻：新月菱形硅藻5～25℃，最适15℃，平板藻上限20℃下限3.4～4.6℃最适17～19℃2．高温和低温对培养藻类的影响(l)对藻类的危害①温度愈高，受害愈严重，维持生命时间愈短骨条藻在35℃时，一天内可以恢复繁殖力，38℃只能维持2小时，40℃时30分钟就死亡了。②温度愈低，受害愈严重骨条藻在5℃时可维持8天，0℃时维持不到一天。③温度愈高或愈低，出现质壁分离现象愈早(2)单细胞藻类的低温保存生物对低温的忍耐性较强，利用低温使生物呈休眠状态，在一定条件下可以恢复生理机制和形态，因此能保存较长的时间。（3）藻类对有害温度的适应①驯化适应②改变营养条件：如0℃时，增加细胞内的抗寒物质——糖分。③生理上的适应:蓝藻原生质有高的凝固点，这是对有害温度的适应是，在长期自然选择过程中形成的三、气体的生态作用1．二氧化碳与单细胞藻类的生长发育1）水中CO2的来源有机物的分解；水生物的呼吸作用；大气中的CO2溶于水2)藻类利用CO2的形式和需要量①形式：游离CO2一HCO3-一CO32-单细胞藻类以利用游离CO2为主，也可以利用其它形式。②需要量：小球藻要求含5%CO2量的空气，硅藻需2～5%，降至1％也可以；固氮蓝藻需5%：一般为1～5%CO2③环境因素对单细胞藻类的CO2需求量的影响：光照、温度、培养物的情况以及培养液的性质等都可影响对CO2的需要量。A、强光、高温、培养液碱性较高：对CO2的需要量增加。例：20000Lx,25～32℃，小球藻要求含2～5%CO2量的空气；其它单细胞绿藻，在夏季37～40℃的高温、强光下，要求5～10%CO2含量的空气。B、培养物的情况：培养物浓度小，则CO2浓度可以降低3）CO2对细胞分裂与增长的影响①CO2对单细胞藻类的细胞分裂和增长有抑制作用②CO2对藻细胞体积增大的影响群体密度与CO2流量成反比，而细胞体积增长与CO2通入量成正比，这说明CO2多抑细胞分裂，在停止分裂的情况下，就继续增长而扩大体积。2.O2与单细胞藻类生长、发育的关系1）来源；空气中氧溶于水；植物光合作用产生2）消耗：水生生物的呼吸作用；氧随温度升高而逸出水面3）O2对单细胞藻类的生理作用①为单细胞藻类呼吸作用所必需的气体②过量O2对单细胞藻类的光合作用有抑制作用氧对光合作用强度能抑制30～40%，当CO2浓度降低时，O2对光合作用的抑制就加强3、氮气与培养单细胞藻类的关系固氮蓝藻、固氮细菌、固氮酵母能直接利用分子氮固氮作用的强弱与生活条件有关：在暗处培养，固氮强度低，这说明固氮蓝藻需要光照，同时还需要糖分供给，固氮作用就加强。Bwrris等（1945）指出：固氮作用必需有特殊的酶、钼、锰等金属元素参加，才能完成此作用四、营养盐类的生态作用1、单细胞藻类生长发育的必要元素1）必需元素：C、H、O、N、K、Ca、Mg、Fe、S、P等2）微量元索：Mo、B、Cu、Al、I、Si、Sr等3）浓度：藻类与高等植物所需元素大致相同，但绿藻需要Ca量很少，或不需要，这是与高等植物最大差别。2、介质的性质与单细胞藻类生长发育的关系1）介质的种类：无机介质(N/P/K等),有机介质（尿素/氨基酸/维生素）2）无机介质和有机介质对藻类生长发育的利弊①培养藻类时,往往与细菌混生,在无机盐中细菌滋生慢,在有机物中细菌滋生快,危害藻类生长②无机化合物对藻类伤害小,有机化合物对某些藻类有伤害作用③有些藻类能生长在没有有机质的水中,但生活在污水中的就要求有一定的有机物质④认为有色种类不需要有机化合物为养料,但多数含叶绿素的藻类在培养时加胨、砂糖、脂肪酸等有机物质时,比在单纯无机介质中生长更好五、水体盐度的生态作用1、水体的盐度淡水：0.01～0.5‰半盐水：0.5～16‰海水：16～40‰超盐水：40‰以上2、藻类对盐度的适应性1）最适盐度范围：生长繁殖速度最快2）最低盐度范围：低于此范围对藻类有伤害作用3）最高盐度范围：高于此范围对藻类有伤害作用或死亡六、氢离子浓度1．天然水体的pH值：1～7～10海水：pH8.1～8.3淡水：pH4～10（6～9）沼泽：3～4以下2．人工培养单细胞藻类的pH值变化培养液中的pH值有昼夜变化，细胞大量繁殖吸收CO2和利用重碳酸盐使pH值上升3．防止pH值的变化必须经常测量培养液pH值的变化，如超出适应范围必须经常通气或用其它的措施。七、生物因子1、生物因子：污染生物对培养藻类的影响和培养藻类的关系作为一种环境因子,那么该种污染生物就称为生物因子。2、生物之间的相互依存：Fogg(1958)发现细菌存在使日本星形藻在培养中生长很好,否则就停止生长3、生物间的相互竞争直接吞食：轮虫吃藻类共生：普通小球藻与喇叭虫等共生抗生：栅藻能产生抗生素,抑制其它藻的生长,用栅藻培养过的水来培养盘星藻,则盘星藻不生长4、硅藻与其它生物之间的关系：羽纹硅藻常成群附生在其它藻体上,形成污黄色皮膜状物,遮去阳光,影响其它藻类的生长5、金藻与其它生物之间的关系：金变形藻（Chrysomoeba）的种类能包围硅藻、单细胞绿藻，作为饵料而消化吸收。合尾藻大量繁殖发出有毒的熟黄瓜气味，对鱼类有毒害作用。金藻可以作鱼饵，并可吞食有机物净化水体6、黄藻、甲藻与其它生物的关系l）黄藻与其它生物的关系：异鞭藻个体小（宽2.5～4μ，长4～4.5μ）,运动缓慢,繁殖快,可供鱼饵2）甲藻与其它生物的关系沟环藻（裸甲藻）在池中大量繁殖,作鱼饵；如果海水中大量繁殖,死亡以后产生有毒气体和物质,可引起鱼类死亡,海水变红,恶臭,形成赤潮（每升水中有1～20兆个体）八、复习题：1.名词解释：最高度、最低度、最适度、吸收光谱、作用光谱、生物因子2.类胡萝卜素和藻胆素在光合反应中的作用？3.日照时间的长短与单细胞藻类生长的关系4.藻类对有害温度是如何适应的?5.各环境因子是如何影响培养藻类的生长和繁殖？