（生态学专业论文）叶绿素活性荧光在长江口的应用研究.pdf

。1 11 a p p l i c a t i o no f a c t i v ef l u o r e s c e n c eo f c h l o r o p h y u i ny a n g t z e e s t u a r y d e p 抛e n t ：墨! 圣鲤k 曼yl 筮幽! q 碰q f 曼麴幽巫避 坌至通g q 箜! 型b 曼曼堑虫 s u 协e c t ： 曼璺q ! q 旺 r e s e a r c hf i e l d ： 丛堑避坠q ! q 旺 s t u d e n tn 锄e ： 鳖i g i 塾g b 塑 s u p e r v i s o r ：q 画i 互 f i n i s h e dd a 士e ： 至q ! ! ：q 量 f f | i 川删 2 5 、， 华东师范大学学位论文著作权使用声明 是在 研究 写过 确说 叶绿素活性荧光在长江口的应用研究系本人在华东师范大学攻读学位期 间在导师指导下完成的硕士学位论文，本论文的研究成果归华东师范大学所有。 本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门和相 关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学 位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加 入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要 汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文，c ， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( f 2 不保密，适用上述授权。 导师签名! 丝本人签名 幻f 年多月2 日 宰“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审 定过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表 方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写 的，默认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 、 - - 一 导师签名： 指导小组导师意见 本人参与指导陈炜清同学的硕士学位论文，经审阅认为该论文已 达到我校硕士学位论文的学术水平，同意该论文送审并答辩。 捌岫师躲j 7 z 纠q 黜吨 日期：碰= 芝丝2 刍 l ， 、 0 o u r - r 一 、 ： ， 摘要 口的时空变化以 浮游藻类的生长 等具有重要的意 主要探讨了叶绿 空分布及其对环 进行了相关研究。 2 0 0 9 年航次主要围绕长江口羽状锋及邻近海域，基于环境因子的水平分布和垂 直分布差异对叶绿素活性荧光的变化进行了相关调查分析，还对长江口的水体做 了初步的水体健康评价。2 0 1 0 年航次是关于台风过境前后海洋混合层变动对水 层中c h la 浓度、浮游藻类数量及生长状况影响的分析。论文取得的主要研究成 果包括： 1 叶绿素活性荧光参数r 、r 与c h la 浓度的关系 对各个航次叶绿素活体荧光参数r 、r 和c h la 的分布特行了分析，发现其 分布特征具有很高的相似性，同时相关性分析结果也显示叶绿素荧光r 、r 与 c h la 浓度之间具有极显著正相关关系。证明c h la 浓度的高低与叶绿素活性荧光 的强弱之间具有非常好的线性相关性。所以，叶绿素活性荧光r 、r 的强度是 表征c h la 浓度的可靠指标，能够很好的在近岸和远海海域清澈水体中应用于c h l a 浓度与分布的相关研究，特别是短时间内c h la 的时空变化。 2 叶绿素活性荧光参数对浮游藻类生长状况的指示 从长江口羽状锋内外眦和f v r 的差异以及台风过境前后垂直水层中 和凡帆的变化结果可以看出，眦和矾对于藻类环境胁迫具有很好 的指示作用。测量结果显示地和r r 对环境的变动很敏感，但将其应用于 长江口及临近海域环境胁迫的相关研究时，需要结合环境胁迫主导因子的相关分 析。 3 基于叶绿素活性荧光参数的水体健康评价 i 、 - _ j 分j u l ： 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文摘要 c l l la 浓度是水体健康评价中的一个重要指标，水体的健康水平与c h la 的浓 度高低息息相关。然而通过r 、r 、观和风风的分布特征能够更加具体的 区分出生态系统水平上的健康水体与亚健康水体。调查结果显示，f 、低于6 0 0 0 同时眦高于0 6 的清水海域为健康的水体。其表现为水体透明度好、营养盐 含量不对浮游藻类生长构成限制且浮游藻类丰度适中的近岸和远海水体。虽然， 这种评价方式有其不足之处，但是在对水体状况的快速评价和初步分析方面不失 为是一种行之有效的方法。 4 对海域内赤潮的观测 利用叶绿素荧光可以准确的反映出赤潮发生的海域。认为海水温度在2 6 左 右，同时下部水层有上升流的存在的羽状锋区域，且具有冲淡水、外海海水、底 层海水三者混合特性的海域是有可能会发生赤潮的海域。 5 台风对藻类分布和丰度的影响 台风过程能够缓解表层水体营养盐含量较低、比例失衡等问题。台风过程会使水 体中的c h la 浓度发生明显的变化， c h la 浓度在台风过境后能够迅速增至较高 水平，且浮游藻类的生长状况也得到了明显的改善。但这种变化是以台风前c h l a 分布和浓度为基础的。 关键词：叶绿素、活性荧光、长江口、羽状锋、水体健康、环境胁迫、赤潮 -“t、：j m e a s u r e m e n to fn l ea c t i v ef l u o r e s c e n c eo fc h la ，w em a i l l l yf o c u s e so nt l e c h l o r o p h y l lat e m p o r a la 1 1 ds p a t i a lc h a i l g e sa sw e u a si t sr e s p o n s e st om ee i i r o l l h l e n t f a c t o r s ，也ee r i r o n m e n ts t r e s s 抽f l u e n c eo n 蝴o p l a h i ( t o ng r o w t hc o n d i t i o na n ds o o n f r o mt h ec r u i s e2 0 0 9 ，w es t u d i e dt h ec h a n g e so ft h ea c t i v ef l u o r e s c e n c eo fcc h la i np l 硼缸- o n ta n dt h ea 由a c e n ts e aa r e amy a n g t z ee s t u a 巧，c o m p a r e dw i t l lm e v e r t i c a la n dh o r i z o n t a lc h a n g e so fe n v i r o l l j m e n tf a c t o r s d 1 l r i n gt h ec m i s e ，w ea l s od i d m es e aw a t e rp r e l i m i n a 珂c v a l u a t i o nt om e a s u r et h e “h e a l m yw a t e r ，l e v e l a n dn l e c r u i s e2 010i sa b o u tt h e 蛳h o o n w em e a s u r e dt h es e aw a t c rl a v e rb e f o r ea n da r e r t t l e 咖h o o np a s sy a n g t z ee s t u a 巧，a n dt 0f i n dt 1 1 e 砌u e n c eo nt h ec h iac o n c e n 仃a t i o n ， m em a s so ft h ep h y t o p l a n k t o na n di t sg r o w t hc o n d i t i o nw i mt l l ec h a n g eo ft h em i x e d w a t e rl a y e r s e v e r a lm 萄o rc o n c l u s i o n sa r es h o 、na sf o l l o w s ： 1 t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf o ，f ma n dc h la t h e 锄a l y s i sa b o u tf oa n df md i s t r i b u t i o no ft h ec m i s e sf o u n dt h a tm e yw e r e v e 搿d i m i l a rt 0c h la ，a n em ec o 盯e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ev a l u eo ff oa n df m w e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dt oc h lac o n c e n t r a t i o n t h i sm e a n sb o mf oa n df mc a n b eag o o d 访d i ca ：t o rt oc h la ，a n dc a nb eu s e df 1 0 rc h lac o n c e r r b 阻t i o na n dd i s t r i b u t e r e s e a r c hi 1 1n l es e aw h e r en l es u s p e n s i o ni s1 0 w t h ec h laf l u o r e s c e n c ec a l lp e r f b 册s w e l le s p e c i a l l yi i lc h laq u i c km e 2 l s u r e 2 u s ea c t i v en u o r e s c e n c eo fc h lat 0i n d i c a t et l l e 灿p l a n h o ng r o w t hc o n d i t i o n f r o mm ed i 丘i e r e n c eo ff v 序m ，f v f oi 1 1a n do u t 也ep l u m ef r o n t 锄db e t w e e nt h e c h a n g e sb e f o r ea n da f t c rt l l e 咖h o o np a s sy a n g t z ee s n l a r y ，i tn o t i c e dm a tf v f m ； f v f oc o u l dr e f l e c tt h ee n v i r o 姗e n ts 骶s s e smm ep h y t o p l a m 渤ng r o w 吐ls e n s i t i v e l y b u tw h e nu s e 也ep a r a m e t e ra st 1 1 ei i l d i c a t o r ，i ti si m p o r t 粕tt od i s t i n g u i s h 廿1 ep 洒a 叮 f a c t o r 丘0 mo m e r s 3 t h eh e a l mc v a l u a t i o no fw a t e rq u a l 时 lo、， v 0 ， - i ， 、 l 伽 讧 、 华东师范大学2 0 1 l 届硕士学位论文 摘要 a sak e yi i l d e xo f w a t e rh e a l 也e v a l u a t i o ns y s t e mo f w a t e rq 晒l i 够，c h lac o n c e 时a t i o n w 懿s i g i l i f i c a n tc o r r e l a t ew i mm ew a t e rh e a 陆l e v e l n o w ，m eh e a l l yo rs u 【b h e a l 1 y w 暑l t e rc 锄b ed i s t i i l g u i s h e de 腩嘶v e l ym r o u 曲f o ，f m ，f v 厅m 锄df v f om e 2 l s u r e a s t h er e s u 也m ew a t e rw 油f m o 6 、a s 廿1 0 u g h th e a l 衄，、h i c hh a dh i 曲 扛a n s p a r e n c ya n d1 0 wb i o m a s s ，觚d 廿1 ep h y t o p l 锄h o nc o u l d 旷o w t hw e uw i t 量l o u t e n v i r o m n e n tl i l i l i t s t h o u 曲廿l i se v a l u a t i o nm e t l l o dh a ss o m ed e m e r i t s ，b u t tw a s m o u g h t 血a ti ts t i uc o u l db eg o o df o rt h eq u i c k e v a l u a t i o no fw a t e r q u a l 时 4 t h ea p p l i c a t i o nt or e dt i d eo b s e r v a t i o ni f lm es e a c h l o r o p h y nf l u o r e s c e n c ec o u l dr e f l e c tt i i er e dt i d ee v e n ta c c u r a t e l y f r o mm e r c s e a r c hi l ly a n g t z ee s t u a r y ，i tw 嬲n o t i c e dm a tm er c dt i d ew o u l db eo c c r e di nm e p l u m er o n tw h e r et l l e 矗c s hw a t e rm i x e dw i 廿1s e aw a t e ra sw e na su p w e l l i i l gc u r r e n t w i t l lw a 也rt e m p e 阳_ t i l r ea r o u n d2 6 5 1 1 1 e 砌u e n c eo f 够p h o o no np h y t o p l a m nd i s t r i b u t i o na n db i o m a s s t 、，p h o o np r o c e s sc a nr e l i e ft h ep r o b l e 珈【ss u c ha sn 嘶e n ts t r e s s 锄du n b a l a n c e c h lar a p i d l yi n c r e a s e dt oah i g hl e v e la f t e r 协et ) r p h o o ne v e n t ，a 1 1 dt i l e 黟o w t h c o n d i t i o no fp h y t o p l a n k t o na l s ob e c 锄eb e 位e rt h a nb e f o r e a 船rt y l ) h o o n ，也ec h la c o n c e 删i o nc h a n g e ds i 毋1 i f i c 御m y ，b u ti ts t i l lb a s e do nn l ec o n c e n l t a t i o na l l dt h e d i s t r i b u t i o nb e f o r et 1 1 e 钟p h o o ne v e n t k e y w o r d s ：c h l o r o p h y ua a c t i v ef l u o r e s c e n c e ，y a n 百鹋妫n 】a 巧，p l u m e 丘0 n t ，w a t e rh e a l m ， a i r o 枷咂ts 灯e s s ，r e dt i d e 、- ， 、 o k 簪 、 目录 。i 。1 。3 1 1 叶绿素活性荧光3 1 2 叶绿素活性荧光的基本参数4 1 3 活性荧光测量的影响因素5 1 4 叶绿素活性荧光的其它类型参数6 2 叶绿素活性荧光的研究现状7 2 1 温度对浮游藻类的胁迫7 2 2 盐度对浮游藻类的胁迫8 2 3 营养盐限制8 2 4 重金属胁迫9 3 研究意义：9 第二章研究区域与研究方法1 1 l 研究区域。1 1 1 1 长江口外流系1 1 1 2 水系分类。1 3 1 3 锋面概况。1 3 1 4 观测站位。1 4 2 研究方法1 6 2 1 现场数据测量1 6 l 、 、： 诒 目录 1 6 1 7 1 7 1 7 1 8 2 3 2 8 3 3 3 4 1 7 叶绿素活性荧光对环境胁迫的指示3 6 1 8 小结3 9 22 0 1 0 年台风过境观测。4 0 2 1 结果与分析。4 0 2 2 讨j 沧4 2 2 3 小结。4 4 第四章总结4 7 参考文献4 9 致谢5 3 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 前言 前言 叶绿素a ( c h la ) 是地球上几乎所有植物都具有的重要光和色素。而生活在 覆盖地球表面积7 0 以上水体真光层中占不到全球植物总量l 的浮游植物和光 合细菌的初级生产力确占全球总初级生产力的5 0 以上。同时这些极具效率的浮 游植物也在c 0 2 生物沉降的过程中扮演着重要的角色。因此，了解和定量测定浮 游植物丰度非常重要。光合产物作为大部分食物链基础有机物的来源，其制造者 的健康状况和丰度将会对食物链中所有的高级有机物产生重要影响，并且c h la 的浓度是任何模拟自然生态系统健康状况的一个关键系数，其测定值也常直接用 于浮游藻类数量的估算。目前，c h la 荧光方法是测量水体中浮游植物丰度最通 用、最灵敏和最便捷的方法。通过对萃取c h la 或活体c h la 的分析估算能够得到 所研究水生环境中浮游藻类的丰度信息，特别是活体c h la 荧光的测量能够使我 们更加方便快捷的了解到现场的c h la 浓度信息从而对浮游藻类进行研究。 羽状锋位于长江口羽状流水体与口外混合水的界面处，它是长江口纵向第二 级也是最典型的锋面( 胡方西等，2 0 0 2 ) 。受长江冲淡水、台湾暖流水和南黄海 混合水这三个最为主要因素的影响，羽状锋区在夏、秋季存在着明显的盐度水平 梯度及较显著的海水分层现象。羽状锋区的另一个重要特征是其生物量高、生物 种类多，为海洋生物高生产力带。长江冲淡水挟带的大量营养盐为浮游植物的生 长发育提供了良好的环境，同时，因盐度适中，在一定程度上既可以满足高盐水 生物种类的生长又不会对低盐水种类生长造成胁迫，藻类可以在此海域快速生长。 因此，羽状锋区也成为了长江口的赤潮频发海区。仅2 0 0 3 年一年，我国海域就发 生了1 1 9 次赤潮，累计面积达1 4w k m 2 。其中，南海1 6 次，渤海1 2 次，黄海5 次， 而东海发生赤潮的次数竟高达8 6 次( 刘建新，2 0 0 6 ) 。2 0 0 4 年5 月全国海域发生 赤潮3 4 起，其中黄渤海3 起，东海3 l 起。面多如此高发的赤潮事件，对于长江口 羽状峰区及邻近海域内浮游藻类的研究就显得更加重要。通过对c h la 活性荧光 的测定从而能够更清楚的了解到羽状锋各个区域中浮游藻类的生长状况，可以为 今后长江口浮游藻类研究和赤潮成因及过程的研究提供基础资料。 目前，已经有很多学者利用叶绿素荧光对不同环境状况下的水体进行过研究， 但很多研究内容都是通过实验室内条件模拟培养得出的结论，且研究通常只针对 】 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 前言 特定的浮游藻类种类。然而，自然界中的浮游藻类种群是一个混合复杂的群体， 同时还受到各种环境因素的影响。因此，本文着重以现场测量为手段，并结合现 场自然海区的环境因素来对长江口羽状锋区的整体浮游藻类混合群体的生长生 活状况进行初步研究。 本论文共分为4 个部分，第一部分为绪论；第二部分为相关调查海域的情况 简介及研究方法；第三部分为两个航次的研究结果包括：2 0 0 9 年海洋综合调查， 长江口羽状锋及邻近海域内叶绿素活性荧光的变化的分析和2 0 1 0 年台风“圆规” 过境前后的c h la 荧光变化分析；第四部分为本文的结论。 叶绿素荧光通常在藻类处于不利的环境条件，例如具有胁迫性的环境温度、营养 盐缺乏以及化境污染等时会出现明显的下降。浮游藻类光合作用效率值是对环境 中可利用营养盐浓度变化和自然产生的或是人为排放的有毒有害物质影响能够 快速做出响应的生物指标之一。对其测量的结果可以用于指示生态系统的健康或 是系统的变化。其常用于： 1 指示营养盐状况； 2 监测有害藻类水华发生； 3 对海洋、河口、湖沼及河流的研究； 4 对压舱水的测定； 5 对水体中有毒物质的指示( c h e l s e ad d ，2 0 0 9 ) 。 活性荧光测量是通过各个荧光水平的比率来估测光反应系统i i ( p h o t o s y s t e mi i ， p si i ) 的光合效率的。p si i 系统是位于有氧光合组织膜上的 复合蛋白体与其它色素共同组成的，捕获光能用以将水分子分解成为氧的光合系 统。p si i 是由很多叶绿素口和叶绿素6 复合蛋白环绕的多肽组成的捕光系统。 光合反应需要类似p si i 这样的能量传递复合蛋白，将质子沿电子梯度泵出生成 a t p 和n a d p h ，从而将光能转化成可以利用的能量( f u c h se e ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 3 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 第一章绪论 1 2 叶绿素活性荧光的基本参数 最小荧光( m i n i m u mn u o r e 卵e n c e ，r ) 在“基态”光合反应过程中，p si i 中的反应中心处于开放状态可以让电子自 由通过。叶绿素分子吸收的光子后其电子由稳态转为激发状态。在这一过程中 p si i 反应中心处于开放状态，因为电子在p si i 反映中心的传递速度足够快，所 以可以接受更多天线色素提供的电子。中心c h la 分子( p 6 8 0 ) 从电子贡献者那 里获得激发能。然后p 6 8 0 将电子传递给一个初级电子受体或质体醌( q a ) 同时 反应中心被氧化。在这个过程中存在一个连续的电子流，同时可以测量到最小荧 光f o 。在以上情况下，荧光的强度非常的低而电子被用于光化学反应( 传递给 q a ) 的概率非常高。在这个过程中光度计能够在不增强荧光的情况下测得r 的 值。( v a nk o c t a l ，1 9 9 0 ) 最大荧光( m a x i m u mn u o 他s c e n c e ， 肼) 在这个测定阶段测量仪器将会利用发光装置制造的光线诱导最大荧光r 。 细胞将会被能够引起光化学反应的饱和脉冲光照射。被氧化的反应中心将会因为 大量增加的电子传输( 更多光照引起的) 而被完全还原。反应中心将会因此而关 闭并且电子受体( q a ) 也完全被还原。由于现有的q a 传递电子的速度要远慢于 光化光激发天线色素而产生电子的速度，则此时能够测量到p si l 的最大光量子 转化率r 。在这种情况下，被用于产生荧光的电子数量将达到最多。( m a 舯忸l lk e t a l ，2 0 0 0 ) 可变荧光( v a r i a b l en u o r 姻c e n c e ，r ) 和量子产量( r ，f ) 反应中心开放和关闭两种情况下的荧光强度变化就是可变叶绿素荧光( 凡= r ，r ) 。代表可参与p si i 光化学反应的光能辐射部分，反映了p si i 原初电子 受体q a 的还原情况。( 陈建明等，2 0 0 6 ) 与这一部分可变荧光相关的吸收的光 能在反映中心开放的情况下将会用于光化学反映。对相关对象的叶绿素荧光强度 瓦和r 的测定能够让我们估算出光合作用的原初光化学反应的量子效率数值作 为光量子产量f v 侃。由环境胁迫导致的电子传递效率的变化将会使得凡或r ( 或者两者同时) 随之发生变化，如此一来，r 佩便成为能够非常灵敏地反映 出藻类细胞“健康”状况的指示指标。( a d a m sw w e ta 1 ，1 9 9 2 ) 4 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文 第一章绪论 1 3 活性荧光测量的影响因素 活性荧光的现场测量会因为各种环境因素的影响而致使测量结果发生偏差， 主要的影响因素有： 1 淬灭( q u e n c h i n g ) ：淬灭影响指的是很多能够降低或熄灭荧光的环境因 子。淬灭包括线性淬灭和温度淬灭。线性淬灭是指那些影响荧光强度与叶绿素浓 度之间线性关系的因素。当叶绿素浓度过高的时候光线不能够穿透测试样品来激 发荧光，这样一来会导致叶绿素浓度很高的样品测量得到的荧光强度值很低。淬 灭影响是为什么需要使用尽量一致的方法来处理标准品、空白和测量样品显得十 分重要的原因之一。用同样的方法制备溶剂、使用同样的试剂和基质、同样的测 试方法以及在同样的温度和间隔时间里进行测定是实现高精度所必要的( t u m e r d e s i g n s ，1 9 9 0 ) 。 2 浑浊度( t u r b i d 时) ：浑浊度在对溶液的测量中常被视为干扰或是背景 噪音( 例如淤泥这类悬浮固体颗粒) 。但就荧光测量方法相比较与类似u v i s 分光光度计这种测定吸收值的测量方法来看，浊度对其结果的影响要小得多。如 果干扰物质具有反光性质，悬浮物质能够增强光散射使读数增加。如果干扰物质 吸收光线则会使得荧光强度下降。如果干扰物质不具有吸收光线的性质，那么除 非悬浮物的数量过高导致发散的光无法穿透水体，荧光测量是不会受到太大的影 响的。在悬浮物浓度极端高的情况下，可以通过过滤来减轻悬浮物的干扰。悬浮 物的影响在各种测量过程中是很容易进行校正的( t u m e rd e s i g n s ，1 9 9 0 ) 。使用 同样的基本溶剂来做标准、空白和样品并且用同样的方法来处理和测量就可以有 效地去除悬浮物的影响。 3 样品中的气泡：由于荧光是很灵敏的测量方法并且精确的测量依赖于光 线对叶绿素分子的激发，样品中的气泡会导致测量结果出错或是上下浮动。在样 品室内如果有悬浮的细小气泡需要待其澄清以后在进行测试。连续流动的测量系 统中，可以通过避开引入乱流或离泵过近的水体来降低气泡的干扰，也可以使用 气泡过滤装置来去掉气泡( t u m e rd e s i g n s ，1 9 9 0 ) 。 4 p h ：叶绿素荧光会受到p h 的影响。但是在一半水环境的研究中p h 很 少会成为影响因素。当p h 成为影响因素的时候，依然是通过使用相同的基底溶 剂来做标准、空白和样品，用同样的方法来处理和测量样品的方式来排除影响。 5 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 如果是在p h 不同的溶剂中进行工作，测量不同p h 的溶剂以确定p h 对测量带 来的影响( t u m e rd e s i g l l s ，1 9 9 0 ) 。 5 光化学衰减( p h o t o c h e m i c a ld e c a y ) ：许多荧光分子会被太阳光漂白或 是毁坏，特别是紫外线可以是中心分子发生分解。随着分子的损坏分解荧光强度 也会衰减，衰减速率视环境因素而定。例如，荧光素在太阳光下会快速分解，然 而玫瑰精w t 则表现出较为稳定的状态( t u m e rd e s i g n s ，1 9 9 0 ) 。对于叶绿素荧 光的测量，其样品和标样均需要放置在避光条件下直至测试。 6 温度( t e m p e r a t u r e ) ：荧光会受到温度变化的影响。随着温度的上升荧 光强度下降。g u i l b a u l t 指出这是由于温度升高会使色素分子的动能增加，导致更 多的分子碰撞和能量的损失( g u i l b a u l tg g ，1 9 9 0 ) 。在同样的温度下对标准。 空白和样品进行测试就可以消除温度的影响。 1 4 叶绿素活性荧光的其它类型参数 叶绿素荧光的动态变化包含了非常丰富的光合及藻类生理状态等信息，但是 原始荧光信号由于受到背景噪音或是藻类细胞及环境中生理生化过程等因素的 影响，会出现信息表达的不稳定，为了消除或是减轻背景信号等因素的影响，提 高测量参数对环境响应的敏感度。因此，在实际的应用中常以原始荧光参数为基 础构造多种高级荧光参数，有利于更加有效地评估浮游植物的生长生活状态( 李 晓等，2 0 0 6 ) 。 1 4 1 简单差值或比值参数 r ：风= r 凡，暗适应下最大可变荧光强度，反映了q a 的还原情况。 砜：没有遭受到环境胁迫并充分暗适应的植物( 浮游藻类) p si i 最大的 或潜在的量子效率指标，它是比较恒定的，浮游植物一般在0 钏6 5 之间。有时， 凡r 也被称为开放的p si i 反应中心的能量捕获效率( g e n t ) rb e ta 1 ，1 9 8 9 ) 。 眦：常用于度量p si i 的潜在活性。尽管眦不是一个直接的效率指标， 但是它对效率的变化很敏感。应为一些处理引起的，v r 变化的幅度比r r 变 化的幅度大得多，所以r r 在一些情况下是表达资料的好形式。( 张守仁，1 9 9 9 ) 6 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 风r ：以( f m f o ) 风表示，即p si i 有效光化学量子产量，它反映开 放的p si i 反映中心原初光能捕获效率，叶片不经过暗适应在光下直接测量得到。 ( 司继播等，2 0 0 7 ) 1 4 2 构造类型参数 q p ：q p = ( r - f ) ( r 一r ) ，即光化学淬灭，反映的是p si i 天线色素吸收的 光能用于光化学电子传递的份额，要保持高的光化学淬灭就要是p s 反映中心 处于开放状态，所以光化学淬灭又在一定程度上反映了p si i 原初电子受体q a 的还原状态，它有q a 重新氧化形成。光化学淬灭系数q p 越大，q a 重新氧化形 成q a 的量越大，即p si i 的电子传递活性越大，反之，q p 越小，从p si i 氧化侧 向p si i 反映中心的电子流动受到抑制。 ( 李晓等，2 0 0 6 ) q n ：非光化学淬灭，有两种表示方法，n p q = 蹦1 或q n = l - ( r 。- 凡) ( r 氓) = 1 - r 假。非光化学淬灭反映的是p si i 天线色素吸收的光 能不能用于光合电子传递而以热能的形式耗散掉的光能部分。当p s 反映中心 天线色素吸收了过量的光能时，如果不能及时的耗散将对光合机构造成失活活 破坏，所以非光化学淬灭是一种自我保护机制，对光合机构起一定的保护作用。 ( 李晓等，2 0 0 6 ；张景平和黄小平，2 0 0 9 ) 叶绿素活性荧光的构造类型参数除了上面提到的两种常用参数外还有： ( 最- r ) 佛，其中e 代表无活性p si i 中心的电子从q a 向q b 传递时出现的障 碍，利用该参数可以快速的检测植物样品中无活性p si i 中心的相对含量；c r ， 其中c a 表示荧光上升互补面积，则c 瓦可以反映p si i 受体库的大小；e t r ， 表观光合电子传递效率。( 李晓等，2 0 0 6 ；陈建明等，2 0 0 6 ) 2 叶绿素活性荧光的研究现状 2 1 温度对浮游藻类的胁迫 海水温度是浮游藻类群体消长的一个重要影响因子之一。温度对浮游藻类生 长的影响主要包括低温和高温两个方面。低温对浮游藻类生长的影响是多方面的， 其不仅能够造成p si i 反映中心的损坏，同时对光合作用过程中的电子传递过程和 7 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 光合磷酸化水平也具有很大的影响( o q u i s tg e ta 1 ，1 9 9 2 ；o t 咖d e rc ，1 9 9 3 ) 。 梁英等( 2 0 0 7 ) 通过研究不同温度下三角褐指藻生长情况得出低温对其生长的影 响较小，培养前期各个荧光参数就有明显下降，但是中后期均有不同程度的恢复。 说明低温为藻类的影响是在一定程度上可以被适应和可逆的影响。高温胁迫主要 是因为p si i 是最易热敏感的色素蛋白复合体之一，其活性在高温时受到抑制。黄 仿等研究表明高温对球等鞭金藻的伤害主要表现在降低光化转换效率，抑制卡尔 文循环的活性，阻止p si i 电子传递及降低q a 再氧化的能力。梁英等( 2 0 0 8 ) 的 实验结果显示三角褐指藻在3 0 高温培养下各叶绿素荧光参数均显著降低并一 直持续到实验结束。实验表明高温造成的影响是不可逆的，高温降低了p si i 的最 大光化学转换效率及实际光能转化效率，抑制了p si i 的潜在活性以及光合电子传 递速率。 2 2 盐度对浮游藻类的胁迫 盐度多浮游藻类生长造成胁迫的研究目多限制于对一些淡水藻类的研究。欧 阳叶新等( 2 0 0 3 ) 指出随着盐度的升高鱼腥藻7 1 2 0 似m 6 p 刀口印p c c 7 1 2 0 ) 的r 侃 逐渐降低，当n a c l 浓度低于o 4 0m o l l 时，r r ，比值降低缓慢；当n a c i 浓度高于 0 4 0m o l l 时，凡矗比值降低幅度明显增大；当n a c l 浓度达到lm o l l 时叶绿素a 荧光信号降至很弱。王宪等( 1 9 9 1 ) 的研究结果表明，海洋藻类对水环境中的含 盐量具有耐受性，而且藻类进行同化代谢作用的渗透压调节具有一定的适应调节 范围。盐度过高或者过低都不利益藻类的生长。同时，不同藻种对不同的盐度环 境因子的适应范围也不同。 2 3 营养盐限制 营养盐是浮游藻类生长必不可少的重要因子，s t e g l i c h 等研究发现，营养盐 充足条件下蓝藻( 尸加幽肠阳删s 朋甜加淞) 的他为o 6 6 ( s t e 9 1 i c hc ，2 0 0 1 ) ； f a l k o w s k ip g 和k o l b e rz 对非洲西北部沿岸上升流海域内藻类的研究结果显 示，肌可以达到o 6 5 ，他认为这个值已经非常接近营养盐充足条件下的连续 培养中藻类能够达到的最大值( p a u lg ，1 9 9 5 ) 。c l e v e l a n d 等对纤细角毛藻 ( 咖p 幻c p 加s 口c 以括) 的研究发现在n 限制条件下凡佤。值下降幅度达到4 6 ( c l e v e l a n dj s c ta 1 ，1 9 8 7 ) ；王昭玉等( 2 0 0 8 ) 在对藻类的研究实验中发现n 、 8 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 p 、s i 的缺乏都会导致r r 值的降低；g e i d e r 等发现，马尾藻海域表层水凡r n 比值较低且浮游藻类光合作用及能量转化受到影响是由于该海域浮游藻类生长 受到n 限制的缘故( g e i d e rr j c ta 1 ，1 9 9 3 ；m 0 0 r ec m e ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 2 4 重金属胁迫 随工农业生产的发展，重金属污染物的排放量日益增加，不少水体已经出现 了重金属含量超标的现象。浮游藻类对重金属离子非常敏感，而其叶绿素光合活 性尤为敏感( p i e l ( h 狮o vs e e ta 1 ，2 0 0 3 ) 。当水环境中的h g ，p b ，c d ，z n ，n i 等 重金属离子达到一定的浓度时，就对藻类的光合作用和生长代谢产生抑制作用。 重金属对藻类毒性大小的顺序随藻类种类和实验条件发生变化，一般来讲是h g c d c u z n p b c r 。h g 对藻类的毒性最大( 况琪军等，2 0 0 4 ) 。h o p k i n 和 k a i n ( 1 9 7 8 ) 研究h g 对海带不同生长阶段的影响，发现在配子体阶段最敏感，还有 学者发现墨角藻在1 0 0 2 0 0 “g lh g 的介质中生长l od ，生长速率减少5 0 ，甚 至在5 9p lh 孑+ 浓度下也受到了抑制。梁英等( 2 0 0 7 ) 实验研究表明重金属 离子( c u 2 + ，z n 2 + ，c d 2 + ) 胁迫下纤细角毛藻的叶绿素荧光参数f v r ，f v r ，y i e l d 和r e t r 均明显降低，并且随着重金属离子浓度的增加，胁迫时间的延长，下降 幅度逐步增大；重金属胁迫下，细胞密度和叶绿素含量也显著降低。c i d 等( 1 9 9 5 ) 研究了c u 对三角褐指藻生长和光合作用的的影响，结果表明，o 5m g l 的c u 2 + 可使光合作用的效率降低5 0 ，抑制了p s i i 的活性。 3 研究意义 叶绿素活性荧光分析技术是基于光合作用理论、利用浮游藻类体内c h la 作 为天然探针、研究和探测浮游植物光合生理状态及各种外界因子对其影响的新型 浮游藻类活体测定和诊断技术，具有快速、灵敏、对细胞无损伤的优点，是研究 浮游植物生长状况很好的方法。长江冲淡水挟带大量的营养盐入海在长江口与海 水混合形成羽状锋区高生产力带，这个海区生物量高、生物种类繁多。大量研究 表明，海水中c h la 含量不仅与浮游植物数量、初级生产力密切相关，而且其分 布又显示与海洋环境相依存的关系。加之近年来长江口赤潮事件频发，给沿岸水 产养殖业带来巨大的经济损失。因此对锋区及附近海域c h la 分布的研究就显得 9 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 尤为重要。本文通过对叶绿素活性荧光现场测定方法来探讨c h la 在长江口的时 空分布状况以及水体中浮游藻类的生长情况与环境因子之间的相互关系，从而为 长江口羽状锋内藻类生长和赤潮发生和过程的研究提供有用的观测数据与科学 依据。 目前国内外利用叶绿素活性荧光分析大多是针对一些指定藻种的实验室培 养模拟研究，而对于整个浮游藻类混合群体的现场观测研究还比较少。本文利用 长江口现场走航观测的方式对羽状锋区浮游藻类的c h la 及其光合效率进行观测， 从而获取更多浮游藻类在锋区内的生长信息。这对长江口生态系统研究、赤潮的 观测和制定改善海域生态系统健康的措施等都具有重要的意义。 换位置。河口锋扮演的角色常重要，它影响着河口的物理、化学、生物及沉积等 各个过程，也即影响了河口的环流结构，同时对河口营养盐、悬沙等的等的运输 起着重要的作用( 胡方西等，2 0 0 2 ) 。 1 1 长江口外流系 长江口外流系主要包括了台湾暖流和沿岸流系两类。他们一方面成为东海环 流系统的一部分( 朱建荣和沈焕庭，1 9 9 7 ) ，另一方面，对长江口的水文环境有 着明显的影响。此外，长江径流以冲淡水形式注入海洋，也成为长江口外余流重 要组成部分( 朱建荣等，1 9 9 7 ) 。 l l 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第二章研究区域与研究方法 图1 东海海流示意图( 李道季提供) 注：( y s c w ：黄海沿岸流；y s w c w ：黄海暖流；t s w c w ：对马暖流；k s m w ：黑潮陆 架混合水；k s m w c a ：黑潮陆架混合水聚集区；t w c ：台湾暖流；列c w ：浙江沿岸流； y r d w ：长江冲淡水) f i g 1m a i nc u r r e n t si i le a s tc h i n as