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考察名称:南极冰藻群落采集和分类研究

考察名称:南极冰藻群落采集和分类研究

英文名称:collection of Antarctic alga community and its classification study

考察背景:

海洋浮游植物是南极海洋食物链的最初一环,而冰藻又是其中的重要组成部分。冬季冰藻进入海冰,贮存在海冰中。夏季海冰融化时,冰藻释放出来,播种到海水中,充分利用海水的丰富营养,迅速生长、繁殖,吸引摄食冰藻的浮游动物以及许多捕食浮游动物的海鸟和海豹等大型动物,形成一个庞大的浮冰区的食物链。在南大洋海冰区的初级总产量中,冰藻的直接贡献额超过20%,并且贡献额占50%以上的春季冰缘水华与冰藻的在融冰期间的“播种作用”存在一定的相关性。

南极海冰与南极气温变化有较好的对应关系,气温升高的南极半岛的海冰有减少的趋势,而气温下降的东南极的海冰有增加的趋势。极地气温变化对于极地生物链的基础部分产生巨大影响,这种影响对于南极海冰区的生态系统尤为显著。大多数南极海冰属于季节性的海冰,在一定的时间形成、生长和融化,因而冰藻的生长环境也发生着周期性的变化。块冰每年的增加和缩小是极地生物在结构和功能上时空变化的一个主要的物理决定因子。无论是南极还是北极,决大多数的冰藻生存在冰块底部20cm处。在此位置,冰藻的生长条件一般很稳定,有利于冰藻生长。因此温度变化导致海冰区范围大小的变化将直接关系到冰藻的生存、生长区域,同时影响了当年海冰区藻类提供的初级生产力大小。海冰区的藻类对冰缘水华具有播种作用,但有的时候从海冰中释放的冰藻活性低或倾向于迅速沉降。通过潜水现场观察,在夏季期间有大量的冰藻聚集体(直径大于1cm)离开海冰冰底沉降至海底。我们认为夏季冰藻的凋亡,可能是不适应于夏季高温环境,表层海水温度的上升增加了海水内部的水温层结,限制了营养物质丰富的深层海水与表层海水的混合,因此生活在海水表层的浮游植物无法获得充足的营养,其生命力逐渐降低。

高纬度生态系统对气候变化是相当敏感性的。全球变暖对水生和陆生生态系统具有潜在影响。在上世纪,平均全球温度上升0.6℃,种群分布状态、生态系统结构、生物气候特征发生了显著改变。Kerr预测本世纪全球平均气温将提高

3℃,生物圈中更广泛的变化必定会发生。研究表明,冰藻的适宜生长温度在2℃,在海冰区藻类长期生长在-2-4℃环境中,随着全球温度的变化,必然会对极地生物链产生极大影响。而冰藻是极地生物链中的关键初级生产力,南极冰藻生存威胁到极地生态的生物多样性和极地生物链的完整性,同时南极气温变化会对冰藻类群生态多样性及生产力产生影响。研究南极冰藻应对温度变化的适应性,可以为预测极地温度升高对极地生态的影响以及研究极地生物食物链的稳定性提供科学依据。

考察内容:

本项目南极考察的主要目的是采集长城站周边海冰区水域的南极冰藻样品,并进行冰藻的分离、纯化以及冰藻种群的初步计数统计。

(1)采集长城站附近水域的冰藻样品,一部分超低温冷冻保存带回国内,一部分现场分离培养冰藻。

(2)对冰藻种群进行简单计数分析,并对不同藻种采用单细胞挑取和划线方法进行分离、纯化培养(视现场提供条件而定,没有相关实验条件则回国后分离)。

(3)在长城站内利用光照控温培养箱扩大培养分离纯化的冰藻藻种,采用f/2培养基,如果生长太慢,考虑采用异养培养方法。

方法和手段:

(1)南极冰藻样品采集

利用200目和500目的滤网收集海水中的冰藻藻体;利用刮铲收集溶冰中的冰藻藻体。

(2)南极冰藻的分离

样品直接在f/2固体培养基上划线,在4℃条件下光照培养,待长出单菌落后,挑取至试管中分离培养。对于不能在固体培养基上生长的藻类,采用显微镜下单细胞挑取的方法,将单个藻细胞挑至灭菌的盖玻片碎片上,然后放于f/2液体培养基的试管中,在4℃条件下光照分离培养。

(3)南极冰藻群落藻种的分类和计数

将包含南极冰藻的未浓缩水样涂布在f/2的固体培养基上,以可在固体培养基上生长的一种冰藻的数量作为基准。然后在显微镜下利用血球计数板观察记录各种冰藻细胞的数量,以能够在固体培养基上生长的藻种的数目作为基准,计算各种藻种的数量。

(4)南极冰藻的扩大培养

利用150ml三角瓶在光照控温培养箱中扩大培养分离纯化的各种冰藻。培养条件为6oC,15umol/(m2·s)和16h/8h L/D,培养基为Provasoli培养基。

工作计划:

(1)南极冰藻样品采集

从长城站附近水域使用滤网采集冰藻样品。

(2)样品处理

样品带回站后,立即进行处理。采集的样品分成两分,一份进行冰藻的现场分离,另一份分冷冻作为备份样品带回国内进行补充分离。

(3)冰藻的纯化和扩大培养

将划线分离和单细胞挑取分离纯化的藻种在低温光照培养箱中扩大培养。

作业要求:

周边水域样品采集需小艇或橡皮艇驾驶人员1名,在站区野外周边考察时需要提供手持GPS对讲机等。

考察类别:

交通方式:

乘飞机至长城站,长城站邻近海域样品采集需小艇或橡皮艇;考察作业大约一个月完成,然后随飞机回国。

作业设备:

500目和200目滤网、超净工作台、光照控温培养箱、显微镜、试管、平皿、无菌样品袋、培养基和灭菌锅。