尿素对海洋浮游植物不同类群种间竞争的调控机制

全球范围内尿素使用量剧增，近岸水体中尿素浓度逐渐升高已成为必然趋势，尿素对海洋生态系统的影响成为近年来国际上的研究热点。以室内生理实验为主，选取硅藻尖刺拟菱形藻、甲藻米氏凯伦藻、蓝细菌聚球藻及定鞭藻球形棕囊藻等4种在中国沿海广泛分布的种类，代表浮游植物的不同类群，分析浮游植物不同种类对尿素的营养吸收、代谢和生长的生理特征，揭示环境因子对浮游植物的尿素吸收速率、脲酶水解活性的调控机制，比较浮游植物对尿素的营养吸收、脲酶水解及生长等竞争策略上的种间差异，阐明尿素对浮游植物种间竞争的调控机制。结合珠江口海域的现场航次调查，查明近岸水体中尿素的可利用性及对浮游植物群落生物量与结构的影响，分析尿素浓度升高可能对近海生态安全造成的影响。项目的完成，有望填补浮游植物对尿素的营养生理学的研究，为我国近海生态环境质量的预测和改善提供科学依据。

全球范围内尿素使用量剧增，近岸水体中尿素浓度逐渐升高已成为必然趋势，尿素对海洋生态系统的影响成为近年来国际上的研究热点。本项目结合现场调查和室内研究，开展尿素对海洋浮游植物不同类群种间竞争的调控机制研究。在现场，分析了中国近海从南至北多个海域，尤其是藻华发生前后的海水中的尿素的生物可利用性及对浮游植物群落的影响；在室内，比较几种代表性浮游植物对包括尿素在内的多种氮源的营养吸收、水解代谢和生长的生理特征差异，研究浮游植物与尿素吸收转运和水解相关蛋白的基因表达差异。研究结果表明，在中国近海多个海域，尿素在春季藻华旺发时会成为浮游植物生长的重要氮源；多数时候，浮游植物水解尿素的脲酶活性普遍较低；研究海域大多为磷胁迫或是限制海域，磷源可能在浮游植物的种间竞争中发挥更加重要的作用。不同浮游植物对尿素的吸收亲和力不同，米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）和东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）对尿素的亲和力高于中肋骨条藻（Skeletonema costatum），有利于其在较低的尿素浓度下，水解利用尿素。大多数种类在以尿素为氮源维持生长的能力上与硝酸盐和铵盐相当，然而抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）在尿素下生长得更好，而球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）在尿素的竞争生长上处于不利地位。相较于硝酸盐和铵盐，浮游植物在利用尿素合成细胞颗粒物质的能力更高或相当，表明尿素是浮游植物生长、代谢的一种重要氮源。几种浮游植物在各种氮源下都能表达脲酶，但种间存在一些差异。尿素对东海原甲藻脲酶活性具有上调作用，而对其他种类的作用不明显。东海原甲藻和米氏凯伦藻、假微型海链藻和抑食金球藻都具有脲酶基因，但在脲酶辅助蛋白基因的类型上存在差异。此外，东海原甲藻和米氏凯伦藻还存在直接吸收大分子有机物的转运蛋白基因。项目的研究结果表明，尿素是浮游植物生长的重要氮源，不同种类的浮游植物在对尿素的营养吸收、脲酶水解及生长竞争策略上存在种间差异，尿素等有机氮源的存在有利于甲藻等鞭毛藻类的种间竞争生长。项目已发表论文9篇，其中3篇为SCI论文，尚有两篇论文正在撰写中。项目的完成填补了浮游植物对尿素的营养生理学的研究，为我国近海生态环境质量的预测和改善提供了一定的科学依据。