硅藻生物監(jiān)測和初步鑒定

1、報告人 馬沛明 Email：mapm@mail.ihe.ac.cn水利部中國科學(xué)院水工程生態(tài)研究所,河溪硅藻生物監(jiān)測方法及技術(shù),“水生態(tài)監(jiān)測與保護(hù)”培訓(xùn)班 湖北 襄陽 2015 05 27,提綱,1. 基本概念2.方法與技術(shù) 2.1 野外采樣方法 2.2實(shí)驗室操作方法 2.3 數(shù)據(jù)分析3.硅藻簡單鑒定4.參考文獻(xiàn),什么是硅藻？,生物圈中的硅藻,重要的初級生產(chǎn)者 占全球總

2、生物量25%（Werner 1977）全球碳和硅循環(huán)中起重要作用 環(huán)境中超過20%的CO2被硅藻吸收，與全球所有熱帶雨林的吸收量相當(dāng)種類豐富，分布廣泛 250屬，約100,000種（Mann & Droop 1996）； 10,000種（Guillard & Kilham 1977） 兩極到熱帶，淡水到海水，潮濕的地表到干燥的巖壁,為什么選擇硅藻？,固著生長，不能通過遷移或其他形式來躲避污染或脅迫的危害

3、多樣性高，幾cm2基質(zhì)上就可能出現(xiàn)100多種藻類較短的生命周期，能快速對環(huán)境的變化作出相應(yīng)；樣片標(biāo)本可永久保存，使資料的積累和檢驗成為可能分類學(xué)和生態(tài)學(xué)歷史數(shù)據(jù)和資料積累深厚，種群數(shù)據(jù)可提供廣泛生態(tài)學(xué)信息樣品采集、處理便捷，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，管理成本低作為生物生態(tài)監(jiān)測工具已許多國家和地區(qū)接受,,樣品采集,天然基質(zhì),人工基質(zhì),樣品預(yù)處理和標(biāo)本制作,酸化,水浴,離心,洗滌,上片,封片,整理,鑒定,可用于指示河流狀況的硅藻參數(shù),可用于指

4、示河流狀況的硅藻參數(shù),生物多樣性指數(shù) ——種、屬及科的豐富度 ——香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)等 ——相似性指數(shù),可用于指示河流狀況的硅藻參數(shù),DI（硅藻指數(shù)） Aj：第j個中的相對豐度 Ij： 第j個種對污染的敏感系數(shù)

5、 Vj：第j個種的指示值 DI實(shí)際上是個加權(quán)平均數(shù)，綜合了硅藻群落的信息,其他重要硅藻生物指標(biāo),硅藻－環(huán)境因子轉(zhuǎn)換函數(shù) 通過多元統(tǒng)計分析理論與多元線形回歸模型建立硅藻與環(huán)境變量之間定量關(guān)系底棲藻類生物完整性指數(shù)（P-IBI） 是一種多指標(biāo)方法（multimetrics）,此方法通過對觀測點(diǎn)一系列不同生物組織層次上生物特征指標(biāo)與參考點(diǎn)的對應(yīng)比較并計分，累計加

6、分進(jìn)行河流健康的綜合評價,硅藻門 Bacillariophyta,一、硅藻門的主要特征：,1. 細(xì)胞壁: 除含果膠質(zhì)外，含有大量的硅質(zhì) 上殼 下殼 殼面 帶面 殼縫 上殼縫 下殼縫 中央節(jié) 極節(jié) 紋飾,1. 極節(jié) 2. 殼縫 3. 中央節(jié) 4. 帶面 5. 殼面 6. 環(huán)帶,二、硅藻鑒定特征：,,群體形態(tài),連狀連接,,具膠質(zhì)柄,殼面

7、形態(tài),Radial symmetry,Rotational symmetry,,Triradiate form,殼縫,中央節(jié) Central fissure,極節(jié)Terminal fissure,紋飾,三、硅藻的演化地位 硅藻和黃藻、金藻關(guān)系密切，有的學(xué)者把它們放在一個門: 葉綠素是 a 和 c,四、硅藻門的分類系統(tǒng) ? 1703年，一位英國人第一次描述硅藻 應(yīng)該是現(xiàn)在的Tabellaria floc

8、culosa ? 18世紀(jì)后半期，O. F. Müller發(fā)現(xiàn)的種類Vibrio paxillifer， 成為硅藻第一個屬—桿狀藻屬Bacillaria Gmelin（1791） 的模式種：Bacillaria paradoxa Gmelin ? 1824至1870 是硅藻分類早創(chuàng)時期 Agardh、Kutzing、Rabenhost等人的工作 ? 1872至二十世

9、紀(jì)70年代初是近代硅藻分類奠基時期 H. L. Smith (1872)分成3大類15小類；De Toni，Van Heurch，Schütt，Mann，Karsten，Lebour，Hustedt ? 20世紀(jì)70年代到現(xiàn)在是現(xiàn)代硅藻分類發(fā)展時期 掃描電鏡的應(yīng)用；分子系統(tǒng)學(xué)的應(yīng)用等 ? 我國的硅藻研究 解放前的工作；中國淡水藻類；西藏硅藻；

10、 中國淡水藻志，海洋硅藻研究等,Hustedt，1930系統(tǒng)： 將硅藻分成 1 綱 2 目 7 亞目 硅藻綱 Class Diatomatae 中心目 Order Centrales Suborder Discineae 管形藻亞目Suborder Soleniineae 盒形藻亞目Suborder B

11、iddulphiineae 羽紋目 Order Pennales 無殼縫亞目 Suborder Araphidineae 短殼縫亞目 Suborder Raphidioidineae 單殼縫亞目 Suborder Monoraphidineae 雙殼縫亞目 Suborder Biraphidineae,Kramme

12、r & Lange-Bertalot，1988系統(tǒng)： 將硅藻分成 1 綱 2 目 4亞目 硅藻綱Class Bacillariophyceae 中心目 Order Centrales 圓篩藻亞目 Coscinodiscineae 根管藻亞目 Rhizosoleniineae 羽紋目 Order Pennales

13、 無殼縫亞目 Suborder Araphidineae 具殼縫亞目 Suborder Raphidineae,Round et al.，1990 系統(tǒng)：將硅藻分成 3 綱 11亞綱 圓篩藻綱 Class Coscinodiscophyceae Round & Crawford 海鏈藻亞綱Subclass Thalassiosirophycidae

14、Round & Crawford. 圓篩藻亞綱Subclass Coscinodiscophycidae Round & Crawford 盒形藻亞綱Subclass Bidduphiophycidae Round & Crawford 石絲藻亞綱Subclass Lithodesmiophycidae Round & Crawford

15、 棘冠藻亞綱Subclass Corethrophycidae Round & Crawford 波形藻亞綱Subclass Cymatosirophycidae Round & Crawford 根管藻亞綱Subclass Rhizosoleniophycidae Round & Crawford 角毛藻亞綱Subclass Chaetoce

16、rotophycidae Round & Crawford 脆桿藻綱 Class Fragilariophyceae Round 脆桿藻亞綱Subclass Fragilariophycidae Round 硅藻綱 Class Bacillariophyceae Haeckel 短殼縫亞綱 Subclass Eunotiophycidae D. G. Mann

17、 硅藻亞綱 Subclass Bacillariophycidae D. G. Mann,Medlin & Kaczmarska 2004系統(tǒng)：將硅藻分成 2 亞門 3 綱，目比較多 硅藻門 Division Bacillariophyta 圓篩藻亞門 Subdivision Coscinodiscophytina Medlin & Kaczmarska

18、 圓篩藻綱 Class Coscinodiscophyceae Round & Crawford. 硅藻亞門 Subdivision Bacillariophytina Medlin & Kaczmarska. 中型硅藻綱 Mediophyceae Medlin & Kaczmarska 硅藻綱 Bacillariophyceae Haeckel e

19、mend. Medlin & Kaczmarska,中國硅藻分類系統(tǒng)采用金德祥1978年分類系統(tǒng) 將硅藻分成 2 綱 9 目 硅藻門 Division Bacillariophyta（Jin，1978） 中心綱 Class Centricae 圓篩藻目 Coscinodiscales 盒形藻目 Biddulphiales

20、 根管藻目 Rhizosoleniales 羽紋綱 Class Pennatae 無殼縫目 Order Araphidiales 褐指藻目 Order Phaeodactylales 擬殼縫目 Order Raphidionales 雙殼縫目 Order Biraphidinales

21、 單殼縫目 Order Monoraphidiales 雙菱藻目 Order Surirellales,中國淡水硅藻分類采用 將硅藻分成 2 綱 6 目 硅藻門 Division Bacillariophyta（Jin，1978） 中心綱 Class Centricae 中心目 Order Centrales 羽紋綱 Cla

22、ss Pennatae 無殼縫目 Order Araphidiales 擬殼縫目 Order Raphidionales 雙殼縫目 Order Biraphidinales 單殼縫目 Order Monoraphidiales 雙菱藻目 Order Surirellales,五、硅藻的分類 分為兩個綱

23、 中心綱：輻射對稱，色素體多數(shù) 羽紋綱：兩側(cè)對稱，色素體 2個,中心綱（一）中心目：特征同綱 1. 直鏈藻屬 Melosira 2. 小環(huán)藻屬 Cyclotella 3. 根管藻屬 Rhizosolenia 4. 盒形藻屬 Biddulphia,1. 直鏈藻屬 Melosira： 殼體圓柱形， 殼面相連成鏈狀,直鏈藻屬 Melos

24、ira,LM,SEM,2. 小環(huán)藻屬 Cyclotella： 殼體圓盤形或鼓形，細(xì)胞單生,小環(huán)藻屬 Cyclotella,小環(huán)藻屬 Cyclotella,3. 根管藻屬 Rhizosolenia：細(xì)胞長筒形，殼面橢圓形，末端具刺,4. 盒形藻屬 Biddulphia：細(xì)胞常呈扁柱形，殼面橢圓形或幾 乎近圓形，殼面長軸的兩端各生一丘狀隆起或長角狀突出。,羽紋綱（二）無殼縫目Araphiales：上下殼面均無殼縫 5

25、. 平板藻屬 Tabellaria 6. 星桿藻屬 Asterionella 7. 等片藻屬 Diatoma 8. 扇形藻屬 Meridion 9. 峨眉藻屬 Ceratoneis 10. 脆桿藻屬 Fragilaria 11. 針桿藻屬 Synedra,5. 平板藻屬 Tabellaria：帶面觀，具平行于殼面的縱隔

26、膜,平板藻屬 Tabellaria,6. 星桿藻屬 Asterionella: 常形成星狀群體，殼面兩端不等寬,7. 等片藻屬 Diatoma：具肋紋，上下兩端等寬,8. 扇形藻屬 Meridion：具肋紋，上下兩端不等寬,,,肋紋,扇形藻屬 Meridion,9. 峨眉藻屬 Ceratoneis：無肋紋，弓形，腹側(cè)中部具假節(jié),,,假節(jié),10. 脆桿藻屬 Fragilaria：活體細(xì)胞連接成帶狀,11. 針桿藻屬 Synedra：

27、 活體細(xì)胞連接成放射狀,針桿藻屬 Synedra,（三）雙殼縫目Biraphidinales：上下殼面均具殼縫 12. 胸隔藻屬 Mastogloia 13. 布紋藻屬 Gyrosigma 14. 雙壁藻屬 Diploneis 15. 輻節(jié)藻屬 Stauroneis 16. 舟形藻屬 Navicula 17. 羽紋藻屬 Pinnula

28、ria 18. 橋彎藻屬 Cymbella 19. 雙眉藻屬 Amphora 20. 雙楔藻屬 Didymosphenia 21. 異極藻屬 Gomphonema,12. 胸隔藻屬 Mastogloia：殼面橢圓形，帶面長方形，具與殼面平行的縱隔膜,,縱隔膜,13. 布紋藻屬 Gyrosigma：殼面S形，具網(wǎng)狀線紋,布紋藻屬 Gyrosigma,14. 雙壁藻屬

29、 Diploneis：殼縫兩側(cè)具由中央節(jié)延長形成的角狀凸起，凸起外側(cè)具縱溝,,角狀凸起,,溝縱,雙壁藻屬 Diploneis,,溝縱,角狀凸起,,15. 輻節(jié)藻屬 Stauroneis：殼面中央?yún)^(qū)增厚，擴(kuò)展到兩側(cè)邊緣,,增厚的中央?yún)^(qū),16. 舟形藻屬 Navicula： 殼面兩側(cè)兩端對稱，兩端尖，舟形,舟形藻屬 Navicula,17. 羽紋藻屬 Pinnularia：殼面具肋紋,羽紋藻屬 Pinnularia,18. 橋彎藻屬 C

30、ymbella：殼面彎曲，帶面兩側(cè)平行,橋彎藻屬 Cymbella,19. 雙眉藻屬 Amphora：殼面彎曲，帶面兩側(cè)弧形,20. 雙楔藻屬 Didymosphenia：殼面兩側(cè)兩端均不對稱,21. 異極藻屬 Gomphonema：殼面兩側(cè)對稱，兩端不對稱,異極藻屬 Gomphonema,（四）單殼縫目Monoraphidinales： 只一個殼面具殼縫 22. 卵形藻屬 Cocconei

31、s 23. 曲殼藻屬 Achnanthes,22. 卵形藻屬 Cocconeis: 殼面橢圓形，帶面觀橫向弧形彎曲,上殼面：無殼縫,下殼面：具殼縫,23. 曲殼藻屬 Achnanthes: 殼面披針橢圓形，帶面縱向膝曲狀彎曲,,,無殼縫,,具殼縫,內(nèi)殼面,（五）短殼縫目Raphidioales 只在殼面兩端具很短的殼縫 24. 短縫藻屬 Eunotia ：殼面弓形，末端具殼縫,短縫

32、藻屬 Eunotia,短縫藻屬 Eunotia,,殼縫,（六）管殼縫目Aulonoraphidinales 具管狀殼縫 25. 窗紋藻屬 Epithemia 26. 棒桿藻屬 Rhopalodia 27. 菱形藻屬 Nitzschia 28. 菱板藻屬 Hantzschia 29. 波緣藻屬 Cymatopleura 30. 雙菱藻屬 Su

33、rirella,殼縫及相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖（引自Mann, 1978）：a. 示殼面內(nèi)部, 具近殼縫管；b. 示殼面內(nèi)部, 無近殼縫管；c. 近殼縫管橫截面觀；d. 殼面結(jié)構(gòu)：f: 龍骨突；fl: 龍骨突邊緣延伸結(jié)構(gòu)；Ir: 縱向脊；pm: 近殼套；rp: 殼縫裂縫；sc: 近殼縫管；scw: 近殼縫管壁；tc: 橫肋紋；fr: 間質(zhì)片層；hy: 膜。,窗紋藻屬 Epithemia,25. 窗紋藻屬 Epithemia：殼面具背腹性，“V

34、”形管殼縫,棒桿藻屬 Rhopalodia,26. 棒桿藻屬 Rhopalodia：殼面具背腹性，背緣具管殼縫,27. 菱形藻屬 Nitzschia：上下殼縫位于殼面兩側(cè),菱形藻屬 Nitzschia,28. 菱板藻屬 Hantzschia：上下殼縫位于殼面同側(cè),菱形藻屬與菱板藻屬的主要區(qū)別,中部橫切面觀,菱形藻屬 Nitzschia,菱板藻屬 Hantzschia,中部橫切面觀,29. 波緣藻屬 Cymatopleura：殼