硅藻生物监测和初步鉴定

报告人马沛明Email：[e-mail]水利部中国科学院水工程生态研究所河溪硅藻生物监测方法及技术“水生态监测与保护”培训班湖北襄阳20150527提纲•1.基本概念•2.方法与技术2.1野外采样方法2.2实验室操作方法2.3数据分析•3.硅藻简单鉴定•4.参考文献什么是硅藻？生物圈中的硅藻•重要的初级生产者占全球总生物量25%（Werner1977）•全球碳和硅循环中起重要作用环境中超过20%的CO2被硅藻吸收，与全球所有热带雨林的吸收量相当•种类丰富，分布广泛250属，约100,000种（Mann&Droop1996）；10,000种（Guillard&Kilham1977）两极到热带，淡水到海水，潮湿的地表到干燥的岩壁为什么选择硅藻？•固着生长，不能通过迁移或其他形式来躲避污染或胁迫的危害•多样性高，几cm2基质上就可能出现100多种藻类•较短的生命周期，能快速对环境的变化作出相应；•样片标本可永久保存，使资料的积累和检验成为可能•分类学和生态学历史数据和资料积累深厚，种群数据可提供广泛生态学信息•样品采集、处理便捷，标准化程度高，管理成本低•作为生物生态监测工具已许多国家和地区接受样品采集天然基质人工基质样品预处理和标本制作酸化水浴离心洗涤上片封片整理鉴定可用于指示河流状况的硅藻参数参数指标结构参数生物量无灰干重、Chla及其他色素、细胞密度、细胞体积、藻体营养元素（N、P等）物种组成物种相对丰度、多样性、物种丰富度、物种均匀度、色素体比率个体生态学指数（硅藻指数）指示种，各种硅藻指数（PTI,SPI,GDI,TDI,DAIpo,DAI-pH,DAI-TP,IPS等）形态学参数紫外辐射造成的大细胞数，金属污染导致的变形细胞数化学指标比值Chla/AFDM，Chla/脱鎂叶绿素，N/P,N/C,P/C,重金属/AFDM功能参数生长率和扩散率生产率，再生产率，自然增长率，迁入率，迁出率代谢率光合率，呼吸率，磷酸酶活性可用于指示河流状况的硅藻参数•生物多样性指数——种、属及科的丰富度——香农多样性指数和均匀度指数等——相似性指数可用于指示河流状况的硅藻参数•DI（硅藻指数）Aj：第j个中的相对丰度Ij：第j个种对污染的敏感系数Vj：第j个种的指示值DI实际上是个加权平均数，综合了硅藻群落的信息其他重要硅藻生物指标•硅藻－环境因子转换函数通过多元统计分析理论与多元线形回归模型建立硅藻与环境变量之间定量关系•底栖藻类生物完整性指数（P-IBI）是一种多指标方法（multimetrics）,此方法通过对观测点一系列不同生物组织层次上生物特征指标与参考点的对应比较并计分，累计加分进行河流健康的综合评价硅藻门Bacillariophyta一、硅藻门的主要特征：1.细胞壁:除含果胶质外，含有大量的硅质上壳下壳壳面带面壳缝上壳缝下壳缝中央节极节纹饰1.极节2.壳缝3.中央节4.带面5.壳面6.环带二、硅藻鉴定特征：群体形态连状连接具胶质柄壳面形态RadialsymmetryRotationalsymmetryTriradiateform壳缝中央节Centralfissure极节Terminalfissure纹饰三、硅藻的演化地位硅藻和黄藻、金藻关系密切，有的学者把它们放在一个门:叶绿素是a和c四、硅藻门的分类系统1703年，一位英国人第一次描述硅藻应该是现在的Tabellariaflocculosa18世纪后半期，O.F.Müller发现的种类Vibriopaxillifer，成为硅藻第一个属—杆状藻属BacillariaGmelin（1791）的模式种：BacillariaparadoxaGmelin1824至1870是硅藻分类早创时期Agardh、Kutzing、Rabenhost等人的工作1872至二十世纪70年代初是近代硅藻分类奠基时期H.L.Smith(1872)分成3大类15小类；DeToni，VanHeurch，Schütt，Mann，Karsten，Lebour，Hustedt20世纪70年代到现在是现代硅藻分类发展时期扫描电镜的应用；分子系统学的应用等我国的硅藻研究解放前的工作；中国淡水藻类；西藏硅藻；中国淡水藻志，海洋硅藻研究等Hustedt，1930系统：将硅藻分成1纲2目7亚目硅藻纲ClassDiatomatae中心目OrderCentralesSuborderDiscineae管形藻亚目SuborderSoleniineae盒形藻亚目SuborderBiddulphiineae羽纹目OrderPennales无壳缝亚目SuborderAraphidineae短壳缝亚目SuborderRaphidioidineae单壳缝亚目SuborderMonoraphidineae双壳缝亚目SuborderBiraphidineaeKrammer&Lange-Bertalot，1988系统：将硅藻分成1纲2目4亚目硅藻纲ClassBacillariophyceae中心目OrderCentrales圆筛藻亚目Coscinodiscineae根管藻亚目Rhizosoleniineae羽纹目OrderPennales无壳缝亚目SuborderAraphidineae具壳缝亚目SuborderRaphidineaeRoundetal.，1990系统：将硅藻分成3纲11亚纲圆筛藻纲ClassCoscinodiscophyceaeRound&Crawford海链藻亚纲SubclassThalassiosirophycidaeRound&Crawford.圆筛藻亚纲SubclassCoscinodiscophycidaeRound&Crawford盒形藻亚纲SubclassBidduphiophycidaeRound&Crawford石丝藻亚纲SubclassLithodesmiophycidaeRound&Crawford棘冠藻亚纲SubclassCorethrophycidaeRound&Crawford波形藻亚纲SubclassCymatosirophycidaeRound&Crawford根管藻亚纲SubclassRhizosoleniophycidaeRound&Crawford角毛藻亚纲SubclassChaetocerotophycidaeRound&Crawford脆杆藻纲ClassFragilariophyceaeRound脆杆藻亚纲SubclassFragilariophycidaeRound硅藻纲ClassBacillariophyceaeHaeckel短壳缝亚纲SubclassEunotiophycidaeD.G.Mann硅藻亚纲SubclassBacillariophycidaeD.G.MannMedlin&Kaczmarska2004系统：将硅藻分成2亚门3纲，目比较多硅藻门DivisionBacillariophyta圆筛藻亚门SubdivisionCoscinodiscophytinaMedlin&Kaczmarska圆筛藻纲ClassCoscinodiscophyceaeRound&Crawford.硅藻亚门SubdivisionBacillariophytinaMedlin&Kaczmarska.中型硅藻纲MediophyceaeMedlin&Kaczmarska硅藻纲BacillariophyceaeHaeckelemend.Medlin&Kaczmarska中国硅藻分类系统采用金德祥1978年分类系统将硅藻分成2纲9目硅藻门DivisionBacillariophyta（Jin，1978）中心纲ClassCentricae圆筛藻目Coscinodiscales盒形藻目Biddulphiales根管藻目Rhizosoleniales羽纹纲ClassPennatae无壳缝目OrderAraphidiales褐指藻目OrderPhaeodactylales拟壳缝目OrderRaphidionales双壳缝目OrderBiraphidinales单壳缝目OrderMonoraphidiales双菱藻目OrderSurirellales中国淡水硅藻分类采用将硅藻分成2纲6目硅藻门DivisionBacillariophyta（Jin，1978）中心纲ClassCentricae中心目OrderCentrales羽纹纲ClassPennatae无壳缝目OrderAraphidiales拟壳缝目OrderRaphidionales双壳缝目OrderBiraphidinales单壳缝目OrderMonoraphidiales双菱藻目OrderSurirellales五、硅藻的分类分为两个纲中心纲：辐射对称，色素体多数羽纹纲：两侧对称，色素体2个•中心纲（一）中心目：特征同纲1.直链藻属Melosira2.小环藻属Cyclotella3.根管藻属Rhizosolenia4.盒形藻属Biddulphia1.直链藻属Melosira：壳体圆柱形，壳面相连成链状直链藻属MelosiraLMSEM2.小环藻属Cyclotella：壳体圆盘形或鼓形，细胞单生小环藻属Cyclotella小环藻属Cyclotella3.根管藻属Rhizosolenia：细胞长筒形，壳面椭圆形，末端具刺4.盒形藻属Biddulphia：细胞常呈扁柱形，壳面椭圆形或几乎近圆形，壳面长轴的两端各生一丘状隆起或长角状突出。羽纹纲（二）无壳缝目Araphiales：上下壳面均无壳缝5.平板藻属Tabellaria6.星杆藻属Asterionella7.等片藻属Diatoma8.扇形藻属Meridion9.峨眉藻属Ceratoneis10.脆杆藻属Fragilaria11.针杆藻属Synedra5.平板藻属Tabellaria：带面观，具平行于壳面的纵隔膜纵隔膜平板藻属Tabellaria6.星杆藻属Asterionella:常形成星状群体，壳面两端不等宽7.等片藻属Diatoma：具肋纹，上下两端等宽肋纹8.扇形藻属Meridion：具肋纹，上下两端不等宽肋纹扇形藻属Meridion9.峨眉藻属Ceratoneis：无肋纹，弓形，腹侧中部具假节假节10.脆杆藻属Fragilaria：活体细胞连接成带状11.针杆藻属Synedra：活体细胞连接成放射状针杆藻属Synedra（三）双壳缝目Biraphidinales：上下壳面均具壳缝12.胸隔藻属Mastogloia13.布纹藻属Gyrosigma14.双壁藻属Diploneis15.辐节藻属Stauroneis16.舟形藻属Navicula17.羽纹藻属Pinnularia18.桥弯藻属Cymbella19.双眉藻属Amphora20.双楔藻属Didymosphenia21.异极藻属Gomphonema12.胸隔藻属Mastogloia：壳面椭圆形，带面长方形，具与壳面平行的纵隔膜纵隔膜13.布纹藻属Gyrosigma：壳面S形，具网状线纹布纹藻属Gyrosigma14.双壁藻属Diploneis：壳缝两侧具由中央节延长形成的角状凸起，凸起外侧具纵沟角状凸起沟纵双壁藻属Diploneis沟纵角状凸起15.辐节藻属Stauroneis：壳面中央区增厚，扩展到两侧边缘增厚的中央区16.舟形藻属Navicula：壳面两侧两端对称，两端尖，舟形舟形藻属Navicula17.羽纹藻属Pinnularia：壳面具肋纹羽纹藻属Pinnularia18.桥弯藻属Cymbella：壳面弯曲，带面两侧平行桥弯藻属Cymbella19.双眉藻属Amphora：壳面弯曲，带面两侧弧形20.双楔藻属Didymosphenia：壳面两侧两端均不对称21.异极藻属Gomphonema：壳面两侧对称，两端不对称异极藻属Gomphonema（四）单壳缝目Monoraphidinales：只一个壳面具壳缝22.卵形藻属Cocconeis23.曲壳藻属Achnanthes上壳面：无壳缝下壳面：具