浮游植物和初级生产通用课件

1、一、引言一、引言1 1、浮游生物（、浮游生物（planktonplankton）l浮游植物（phytoplanktonphytoplankton） 指浮游藻类指浮游藻类不包括细菌和其他植物不包括细菌和其他植物l浮游动物（zooplanktonzooplankton）必须依赖已有的有机必须依赖已有的有机物作为营养来源物作为营养来源浮游生物浮游生物根据浮游生活的长短可分为：浮游生物根据浮游生活的长短可分为：2 2、浮游植物的结构和生殖方式：、浮游植物的结构和生殖方式：（1）浮游藻类的细胞结构）浮游藻类的细胞结构 细胞壁：细胞壁：大多数藻类有明显细胞壁，不同的门构成大多数藻类有明显细胞壁，不同的门构

2、成细胞壁的物质不同，多数细胞壁由纤维素和果胶质细胞壁的物质不同，多数细胞壁由纤维素和果胶质构成。硅藻细胞壁构成。硅藻细胞壁主要成分是二氧化硅和果胶质主要成分是二氧化硅和果胶质。细胞壁可以是平滑的，也可是突起、花纹、棘或刺。细胞壁可以是平滑的，也可是突起、花纹、棘或刺。 核：核：除除蓝藻没有核结构蓝藻没有核结构，其余都有细胞核。数目多，其余都有细胞核。数目多为一个，也有两个。为一个，也有两个。 色素和色素体：色素和色素体：藻类色素极为复杂，可分为四大类：藻类色素极为复杂，可分为四大类：叶绿素（叶绿素（a/b）（）（chlorophyll）、胡萝卜素）、胡萝卜素（carotene）、叶黄素（）、叶

3、黄素（xanthophyll）、藻胆素）、藻胆素（phycobiliprotein）。所有各门都含有叶绿素）。所有各门都含有叶绿素a。 除蓝藻外，都有色素载体。除蓝藻外，都有色素载体。 鞭毛：鞭毛： 除蓝藻和红藻外，各门藻类几乎都有鞭毛的除蓝藻和红藻外，各门藻类几乎都有鞭毛的种类，或生活史某一阶段有鞭毛。种类，或生活史某一阶段有鞭毛。 其余，其余，藻类细胞和植物细胞在结构上是相似的，都藻类细胞和植物细胞在结构上是相似的，都有细胞膜和高度分化的细胞器和内含物。有细胞膜和高度分化的细胞器和内含物。（2）藻类的生殖方式）藻类的生殖方式l营养繁殖：营养繁殖：l无性繁殖：无性繁殖：l有性生殖：有性生殖：

4、二、浮游植物分类概述二、浮游植物分类概述一般把浮游植物分为以下几个门：1、蓝藻门l也称蓝绿藻（blue-green algae），由于和细菌接近，所以也称为蓝细菌。蓝藻无色素体，但有色素如叶绿素a、胡萝卜素和大量的藻胆素，无核膜和核仁。l常见浮游种类有微囊藻、束丝藻、鱼腥藻和颤藻。 蓝藻其特殊性在于能够利用并固定溶解态的气体氮。在热带的初级生产力中起重要作用 微囊藻鱼腥藻2、金藻门l藻体为单细胞、群体或分枝丝体。多数能运动的单细胞种类具有2条鞭毛，少数1条或3条。细胞裸露或在表质上具硅质化鳞片、小刺或囊壳，不能运动的细胞具有细胞壁。具有12个大的色素体，色素是叶绿素a、叶绿素c，胡萝卜素和叶黄

5、素。如图，单鞭金藻3、黄藻门海洋卡盾藻海洋卡盾藻 Chattonella marinaChattonella marina4、硅藻门研究的最详尽高纬度和温带区占优势所有种都有外骨骼或硅质藻壳硅藻门根据细胞的形状和花纹的不同，可分为两型：羽纹型和辐射型。 羽纹型：羽纹型： 辐射型：辐射型：浮游硅藻无运动结构，为保持在光合作用层，其发展了许多适应机制：5、甲藻门甲藻是仅次于硅藻的数量第二多的浮游植物类群。多数单细胞生活，少数成链状。甲藻有两根鞭毛或鞭状的附丝，可以活动。严格自养型：严格异养型：混合型营养型：寄生或共生：分类学上常分为纵裂甲藻纲和甲藻纲：l纵裂甲藻纲：l甲藻纲l甲藻的生殖：适应于较弱

6、光贫乏的营养盐6、隐藻门7、裸藻门(多淡水)细胞裸露无壁。具有囊形的食道，由胞口和外界相通。8、绿藻门三、光合作用和初级生产三、光合作用和初级生产1、基本概念：、基本概念：初级生产初级生产：绿色植物通过光合作用将太阳：绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能贮存在有机物分子中，从能转化为化学能贮存在有机物分子中，从而形成了进入生态系统所需的初级能量或而形成了进入生态系统所需的初级能量或称基本能源，这部分能源就是初级生产。称基本能源，这部分能源就是初级生产。初级生产者初级生产者：指生态系统中的绿色植物：指生态系统中的绿色植物（海洋中指浮游植物）。（海洋中指浮游植物）。初级生产量/第一性生产量（p

7、rimary productionprimary production）：净初级生产量（net primary productionnet primary production）：总初级生产量（gross primary productiongross primary production）：2、光合作用和呼吸、光合作用和呼吸光合作用（photosynthesis）：呼吸作用（respiration）：反应式：海水中的二氧化碳-碳酸盐平衡体系： 海洋藻类光合作用可以利用海洋藻类光合作用可以利用COCO2 2、HCOHCO3 3、COCO3 32-2-。海水在正常。海水在正常pHpH值范围内，碳

8、主要以值范围内，碳主要以HCOHCO3 3的形式存在（的形式存在（80%80%以上），并随以上），并随pHpH增增高而增加。高而增加。 大洋中大洋中COCO2 2总量大约是总量大约是90mg/L90mg/L，这一浓度足够满足光合作用的，这一浓度足够满足光合作用的需要，对初级生产不起限制作用。需要，对初级生产不起限制作用。HCOHHCOCOHOHCO22333222 光合作用色素：l每种色素都有特征的吸收光谱，其中叶绿素a的吸收峰出现在650700nm（红光）和450nm（蓝紫光）范围。当其他辅助色素占优势时，浮游植物会呈现出褐色、金色或红色。3、测定生物量和初级生产量的方法、测定生物量和初级生

9、产量的方法l现存量（standing stock）：l生物量（biomass）：l生产力：l初级生产力 利用电子技术对浮游植物进行计数和测定体积 测定海水中叶绿素a的含量原理：手段：计算公式：计算公式：LD(R-R)WP=Rt即tWRRRPDL1l计算不同深度的初级生产量，再积分求得每日每平方米水面下水柱固定的碳量（gC/m2d）定义：指单位叶绿素a（Chla）在单位时间内合成的有机碳（固定碳）的量，其单位是mgC/（mgChlah）。l一般用C14示踪法现场测定同化系数l可以根据叶绿素a（Chla）和同化指数（Q）来计算初级生产力：l紫外荧光法：l卫星遥感：四、辐射和光合作用四、辐射和光合作

10、用曲线用以下的数学方程来描述：曲线用以下的数学方程来描述： m axgIPIP =KIm axcnIcPI-IP =KI-IPg 和P n 分别代表总初级生产力和净经初级生产力；KI 表示半饱和常数，即1/2最大光合作用效率时的光强； (1050Em-2s-1) I 表示周围环境的光强（PAR）； I I c 表示环境光强减去补偿光强。 不同的浮游藻类有不同的最大光合作用速率（Pmax）和半饱和常数（KI），即使同种藻类，对光合作用的反应随时间改变。 一般说来，曲线的初始斜率（P/I）反映了细胞本身光合作用生物化学的生理变化(即光依赖反应)；曲线的上限反映了环境中参数的改变,如营养和温度等会影

11、响光合作用的暗反应。 最大光合作用速率（Pmax）值一般在较高的温度和营养盐度下会增加，但是增加的速率（初始斜率）更加依赖于细胞自身的性质。（超微型藻类比大型藻类有更高的P/I值）l混合深度（Dm）：l平均光强（ID）：)1 (0kDDekDIIl临界深度（Dcr）种群由海洋上层向下层“混合”时全部全部0crCIDkI)1 (0crkDccrekIID五、营养盐对生长率的影响五、营养盐对生长率的影响 t00XXX etd t d0000XXXX=X e2eXln20.69d 时间换成倍增时间取对数当倍增时间d以天表示时，则1/d就是世代时间世代时间，世代时间表示每日产生的世代数。 maxNNK

12、N maxgIPIP =KImaxcnIcPI-IP =KI-I光照对浮游植物光照对浮游植物生产的影响生产的影响 式中， 是在特定营养盐浓度N时的（单位时间）生长率，营养盐浓度通常以 mol/L来表示，max 是浮游植物最大生长率，KN（以mol/L表示）是营养盐吸收的半饱和常数，它等于营养盐在1/2 max 的浓度。该式成立必须满足：该式成立必须满足：生长率受控于海水中营养盐浓度生长率受控于海水中营养盐浓度。（营养缺陷型藻类需要）（如铁离子不足会限制无机氮的吸收）六六 初级生产力的物理控制初级生产力的物理控制 在真光带形成光的量和营养盐的量形成相反的状况，如图（世界海洋（世界海洋浮游植物生浮

13、游植物生产年周期的产年周期的综合分布模综合分布模式图）式图）看图分析：在极区，夏季光照足够时，净初级生产增加，出现单一峰值；温带，春秋两季的可利用光和高营养盐结合，初级生产力出现两个峰值；在热带，永久温跃层的存在使浮游植物生产全年受限于营养盐的缺乏，只在局部有小波动。 海洋环流和环海洋环流和环 大陆辐合和辐散大陆辐合和辐散 行星锋面系统行星锋面系统 陆架坡折锋面陆架坡折锋面 河卷流锋面河卷流锋面 岛团效应和兰米尔锋面区岛团效应和兰米尔锋面区反气旋流涡、气旋流涡、以及辐聚（合）涡流和辐散涡流反气旋流涡、气旋流涡、以及辐聚（合）涡流和辐散涡流反气旋流涡在北半球顺时针方向，南半球逆时针方向；辐聚涡流

14、形成生产力的相对“沙漠区”；气旋流涡，在北半球逆时针方向，南半球顺时针方向；辐散涡流形成高生产力水域。行星锋面系统的暖流和寒流交汇，会使海水产生上下的翻动，这样增加了海洋表层营养盐的浓度。如世界上四大渔场中的北海道渔场北海道渔场、纽芬兰渔场纽芬兰渔场、北海渔场北海渔场： 1、北海道渔场，北海道渔场，是由日本暖流与千岛寒流交汇形成的是由日本暖流与千岛寒流交汇形成的。 2、纽芬兰渔场，纽芬兰渔场，是由墨西哥湾暖流与拉布拉多寒流交汇形成的是由墨西哥湾暖流与拉布拉多寒流交汇形成的。 3、北海渔场，北海渔场，是由北大西洋暖流与东格陵兰寒流交汇形成的。是由北大西洋暖流与东格陵兰寒流交汇形成的。 4、秘鲁渔场，