海洋细菌生产力
海洋生态学讲稿第6章 海洋初级生产力
第六章海洋初级生产力第一节海洋生物生产及初级生产力的测定方法一海洋生物生产力(一) 生物生产力生物通过同化作用生产(或积累)有机物的能力1 初级生产力(primary productivity)自养生物通过光合作用和化学合成作用制造有机物。
初级生产力包括总初级生产力(gross, GPP)和净初级生产力(net, NPP):(1) 总初级生产力：自养生物生产的总有机碳量；(2) 净初级生产力：总初级生产量扣除呼吸消耗量。
呼吸作用通常估计为总初级生产力的10%左右。
2 次级生产力(secondary productivity)各级消费者直接或间接利用已生产的有机物经同化吸收，转化为自身物质(表现为生长、繁殖)的速率，即消费者能量储存率。
3 群落净生产力(net community productivity)在生产季节或一年的研究期间内未被异养者消耗的有机物质的储存率，即：群落净生产力=净初级生产力-异养呼吸消耗。
4 现存量与周转率(二) 初级生产过程的基本化学反应1 光合作用海洋中最主要的初级生产过程是光合作用过程。
叶绿素：将吸收的光能直接过通过电子传递给光合系统。
其吸收峰仅限于某些波长范围；叶绿素a吸收范围652~700 nm，吸收峰670~695 nm；海洋藻类的辅助色素(accessory pigment): 吸收的波长与叶绿素不同，可以吸收其它波长的可见光，但不能进行电子传递。
2 化学合成作用化学合成细菌(chemoautotroph) 借助简单的无机化合物(CH4、H2S等)氧化获得能量，还原CO2，制造有机物。
H2A+H2O → AO+4H++4e-H2A代表还原性无机物(如H2S)；AO为氧化终产物(如SO42-)。
以下步骤与光合作用的有关反应类似，即利用所产生的还原能[H++e-]一部分用于合成ATP，另一部分用于还原NAD。
4H++4e-+ADP+Pi+(O2) →ATP + 2H2O2H++2e-+NAD →NADH2再用来合成碳水化合物，与上述暗反应相同。
海洋异养浮游细菌生物量及生产力的制约因素
综 述海洋异养浮游细菌生物量及生产力的制约因素白 洁1,张昊飞1,李岿然2,孙 靖2(中国海洋大学1.海洋生态环境实验室; 2.海洋生命学院,山东青岛266003)摘 要: 根据海洋异养浮游细菌既是分解者,又是生产者的特点,从生态学方面探讨了海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的作用、研究现状及细菌生物量和生产力的制约因素。
认为具有重要生态学意义的海洋异养浮游细菌生物量和生产力的主要影响因素有溶解性有机碳的性质及含量、无机营养盐浓度、海水温度、微量金属元素(如铁)含量、海洋异养浮游动物的摄食能力和噬菌体的感染等。
关键词: 海洋异养浮游细菌;生物量及生产力;制约因素中图法分类号: X 172 文献标识码: A 文章编号: 1672-1574(2004)04-594-09直至20世纪60年代,人们还认为在海洋环境中的异养细菌主要是以吸附在有机颗粒上的形式存在的,在海水中自由生存的细菌很少[1]。
随着1977年荧光显微镜在海洋微生物研究中的成功应用,发现只有不到1%的海洋细菌能在培养基上生长,这部分即是过去所能检测到的异养细菌类群。
目前认为,自由生活的浮游细菌是海洋微生物的重要组成部分。
T or sv ik 等[2]认为,在海洋细菌中99.5%～99.9%的种类至少至今是不可培养的,这类细菌有鞭毛,自由生活,有荧光假单胞菌、变形杆菌、纤维弧菌、螺旋菌及人和动物的肠道菌等。
海洋异养浮游细菌就是指存在于海水中的这部分以有机质为主要碳源的自由生活的细菌。
细菌将水体中的有机质分解利用转化为自身菌体的过程称为细菌生产力或二次生产力[3]。
1980年美国科学家Fuhman 用〔甲基—3H 〕胸腺嘧啶核苷示踪法估计海洋异养浮游细菌的生产力,发现实验水域的细菌生产力相当于初级生产力的20%[4];1988年美国科学家Co le 发现细海洋浮游菌生产力相当于真光层初级生产力的31%[5];Azame 等则认为海洋异养细菌的二次生产力相当于初级生产力的20%～30%[6]。
海洋微生物
海洋微生物以海洋水体为正常栖居环境的一切微生物。
但由于学科传统及研究方法的不同,本文不介绍单细胞藻类,而只讨论细菌、真菌及噬菌体等狭义微生物学的对象。
海洋细菌是海洋生态系统中的重要环节。
作为分解者它促进了物质循环；在海洋沉积成岩及海底成油成气过程中，都起了重要作用。
还有一小部分化能自养菌则是深海生物群落中的生产者。
海洋细菌可以污损水工构筑物，在特定条件下其代谢产物如氨及硫化氢也可毒化养殖环境，从而造成养殖业的经济损失。
但海洋微生物的颉颃作用可以消灭陆源致病菌，它的巨大分解潜能几乎可以净化各种类型的污染，它还可能提供新抗生素以及其他生物资源，因而随着研究技术的进展，海洋微生物日益受到重视。
编辑本段【特性】与陆地相比，海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。
海洋微生物长期适应复杂的海洋环境而生存，因而有其独具的特性。
嗜盐性海洋微生物最普遍的特点。
真正的海洋微生物的生长必需海水。
海水中富含各种无机盐类和微量元素。
钠为海洋微生物生长与代谢所必需此外,钾、镁、钙、磷、硫或其他微量元素也是某些海洋微生物生长所必需的。
嗜冷性大约90％海洋环境的温度都在5℃以下,绝大多数海洋微生物的生长要求较低的温度，一般温度超过37℃就停止生长或死亡。
那些能在0℃生长或其最适生长温度低于20℃的微生物称为嗜冷微生物。
嗜冷菌主要分布于极地、深海或高纬度的海域中。
其细胞膜构造具有适应低温的特点。
那种严格依赖低温才能生存的嗜冷菌对热反应极为敏感，即使中温就足以阻碍其生长与代谢。
嗜压性海洋中静水压力因水深而异，水深每增加10米,静水压力递增1个标准大气压。
海洋最深处的静水压力可超过1000大气压。
深海水域是一个广阔的生态系统,约56％以上的海洋环境处在100～1100大气压的压力之中，嗜压性是深海微生物独有的特性。
来源于浅海的微生物一般只能忍耐较低的压力，而深海的嗜压细菌则具有在高压环境下生长的能力，能在高压环境中保持其酶系统的稳定性。
南海北部及珠江口细菌生产力研究
质 的 ９ 以上 ， 海 洋 水 体 中碳 的 最 大 储 库 ， 海 Ｏ 是 而 洋异 养浮游 细菌 是海 洋水 生生 态 系统 中利 用溶解 有 机物 的最 主要 的生 物 ， 究显 示 ， 研 细菌能 够 利用 大洋 中 ９ 以上 的 Ｄ ５ ＯＭ［ 异养 细 菌 以渗 透 营 养 的方 ． 式摄 取 海 水 中 Ｄ ＯＭ ， 其 转 换 为 颗 粒 有 机 质 将 （ ＯＭ）构 成 自身 的 生 物 量 ， 通 过 异 养 浮 游 细 菌 Ｐ ， 并 一原 生 动物 一 桡 足 类 的 摄 食 关 系 即 微 食 物 环 （ — ｍｉ ｃｏ ｉ ｏ ｏ ） 使离 开食 物链 的 ＤＯＭ 重新 进入 ｒｂａ ｆ ｄｌ ｐ ， ｌｏ ｏ 食物网， 同时将碳 重 新 纳人 海 洋 碳 循 环 系 统 的生 物 过程． 养 细 菌 利用 Ｄ０Ｍ 转 变 为 Ｐ 异 ｏＭ 这 一 过 程 被称为 细菌 的二 次 生 产 ， 生 物生 产 过 程 和 碳 循 环 是 途 径 中极其 重要 的环节 ［ ． ２ ］
１ 引 言
海 水 中 溶 解 有 机 物 （ ＯＭ ） 量 丰 富 ， 总 有 机 Ｄ 含 占
自从 微食 物 环 的 概念 被 提 出后 ， 养 细菌 在 海 异 洋 生态 系统 中 的作 用倍 受 研 究 者 的重 视． 国 自上 我 世纪 ９ Ｏ年代 中期 也 开 始 了海 洋 异养 细菌 生 产 力 的 相 关研 究 ， 目前 已报 道 的研究 区域 包括 我 国的东 海 、 渤海、 黄海 、 台湾海 峡 和 长 江 口等海 域 ， 研究 内容 涉 及 异 养 细 菌 丰 度 、 菌 生 产 力 、 菌 胞 外 酶 活 性 细 细 等 ］ 但 南 海 区域 除在 广 东近 岸 大 亚 湾 内进行 了 ． 细菌 生产 力研 究［ ， ９ 在南 海 北部 海 域 ［ ］ １ 行 了异养 进 细菌 丰度 分布 的研 究 外 ， 海 陆 架 和 开 阔 海 区及 珠 南 江 口海 区细菌 生产 力 的研究 尚未 见报 道． 本研 究 目的在 于 了解珠 江 口及南 海北 部海 域异 养细 菌生 物量 、 产力 的 时空变 化特 征 ， 过分 析 细 生 通 菌 生产 力与 初级 生 产 力 以及 温 度 、 养 物 质 分 布 等 营 其 他环 境 因素 的关 系 ， 识 该海 域 细菌 二 次 生 产 的 认
海洋微生物与生物技术的应用
海洋微生物与生物技术的应用海洋微生物是海洋生物界中最广泛、最多样化和最重要的组成部分。
可能有数十亿种海洋微生物，它们分布在海洋的各个层次和环境中，如表层水体、沉积物、海底和海洋生物体内。
人们对海洋微生物研究的关注日益增加，很多新的生物技术在海洋微生物研究方面得到了广泛应用。
海洋微生物的多样性海洋微生物的多样性非常丰富，包括真菌、细菌、病毒、原生动物和古菌等。
这种多样性远远超过陆地上的生物多样性。
海洋微生物的研究是非常重要的，因为它们在海洋生态系统中发挥着不可替代的作用。
它们在分解有机物、循环营养元素、控制海洋气候和维持生物多样性方面发挥着重要作用。
海洋微生物的生产力海洋微生物在海洋生态系统中扮演着重要的角色，不仅是海洋食物链的基础，也是微观生物学、生化学、生态学、地球化学和气候研究等领域的关键对象。
海洋微生物的生产力对海洋生态系统的稳健性和健康性至关重要，因为它们可以生成大量的有机物质。
这些有机物质是海洋食物链上的中间体，也被视为碳和氮素等营养元素的重要来源。
海洋微生物的生物技术应用海洋微生物是生物技术研究的理想对象。
很多新的生物技术在海洋微生物研究中得到了广泛应用，如基因工程、发酵技术、蛋白质工程、酶工程和转基因技术等。
这些技术让人们可以更深入地了解海洋微生物的生态和生理过程，以及海洋生物体系中微生物的进化和适应。
1. 基因工程基因工程是指通过人工手段改变生物体的基因组成，使之能够产生新的物质或具有新的功能。
在海洋微生物的基因工程研究中，最常见的是通过基因克隆和基因表达技术来探索其生态学、生理学及分子生物学方面的问题。
通过对海洋微生物基因的研究，可以进一步了解海洋微生物的适应性特征，并开发出一系列高效的生物技术。
2. 发酵技术发酵技术是一种利用微生物代谢过程产生的底物来制备特定的化合物的技术。
海洋微生物的发酵技术也是乐观的研究领域之一。
例如，一些硫杆菌属微生物用于海藻中多聚卡拉做基质，进行发酵，丰富的γ-谷氨酰胺（GABA）就是其中产物之一。
海洋异养细菌生物量与生产力的研究方法
的丰度 只低约一个数 量级，此时用 表 面荧光 显微镜计数异养 细菌时 ．
主要研究 内容之 一。海洋异养细菌 １２ 表 面 荧 光 显 微 镜 ． 生物量和 生 产力是 研 究海洋 异 养
细菌 的 重 要 依据 ，随 着 新技 术 与 新 光染料着色异养细菌 ，在荧光 显微
该 方法 的原 理是 用特 异 的荧 由原绿球藻带来 的误差较太。 另外 ， 早在有 几将计算机 系统 方 法在 海洋 生态 系统研 究 中的应 镜下能够 观 察到发 荧光 的异养 细 与荧光 显微 镜联接 进行镜 象分 析 用，海洋异养细菌的研究方法也得 菌。用不同的染料着色 异养细菌所 来进 行 细菌及 病毒 方面的 分析 计
１１ ．
Байду номын сангаас
平 板 计 数 法
域。Ａ Ｉ Ｄ Ｐ 与核酸的 Ａ 碱基对区域
Ｎ Ｊ Ｐ 复台物 ．而棱 Ｄ 平 板计数 法是 经 典的 细 菌计 结合形 成 Ｄ Ａ Ａ Ｉ 数方法 。 。将所要计数的细菌在稀 糖核 酸一般不 会被 着色，且根据着
释 后用装 有特 殊培养 基 的玻 璃 平 色对 象 不同有时 还 需要加 入 电解 Ｇ ９９ ４７号 １９０ ３ 皿培养，稀释后细菌在平板 中约几 质溶液．以调节渗透压，它所需激
维普资讯
海洋 异 养 细菌生 物 量 与生产 力 的研究 方 法
ＲＥＶＩ ＥＷ Ｓ ＯＦ ＴＨ Ｅ Ｍ ＥＡＳ ＵＲＥＭ ＥＮＴＳ ｏＦ ＢＡＣＴＥＲＩ ＡＬ ＢＩ Ｍ ＡＳ ｏ Ｓ ＡＮＤ Ｒｏ ＤＵＣＴｌ Ｐ ＯＮ
赵 三 军
女 国家重点 基础 研 究发展 规划 项 目 第一 作 者 ：赵 三军 ， 出生 于 １７ ９５年 ，
４ －３ ０ 间 中 国科 学 院 海 洋 研 究 所 在读 硕 士 生 十个到 １０个之间，单个细菌在培 发光高峰值范 围在 ３ ０ ７ 埘 ０ 表面荧光显微镜计数 Ｅ—ｍａｌ ｝ ｎ＠咖 ｑ ｉ ｃ ｃ 养一段时间后，形成菌落 。通过计 的紫外区域 。 ｌ 山 ａ ｕ ｄ ａ ｎ ｏ 数 菌 落的方 法可得 到异 养细 菌生 法的优点是操作简便快捷 、经济 实 物量。该方法 的优点是在计数 的同 用．是实验 室异养细菌研究 的常规
海洋微生物
环境保护与治理
海洋微生物在降解污染物、净 化海水等方面具有巨大潜力， 可用于环境保护和治理。
拓展生物技术应用
海洋微生物基因资源丰富，可 用于基因工程、细胞工程等生 物技术领域，推动生物技术的
发展和应用。
02 海洋微生物的多 样性
海洋细菌
革兰氏阴性菌
如弧菌属（Vibrio）和假单胞菌属（ Pseudomonas），广泛分布于海水 和沉积物中，参与有机物的分解和循 环。
开发高效、环保的洗涤剂。
海洋微生物在环保领域的应用
生物修复
利用海洋微生物对污染物的降解作用，进行环境生物修复，如石 油污染、重金属污染等治理。
废水处理
海洋微生物可用于废水处理系统中的生物降解过程，提高废水处理 效率并降低处理成本。
温室气体减排
通过培养能够吸收和转化温室气体的海洋微生物，减少大气中温室 气体的含量，从而减缓全球气候变暖的趋势。
、异养作用等。
生态作用重要
海洋微生物在海洋生态系统的 物质循环和能量流动中发挥着
重要作用。
海洋微生物的研究意义
揭示生命起源与演化
海洋微生物是研究生命起源与 演化的重要材料，有助于揭示
生命的本质和演化规律。
开发新资源
海洋微生物能够产生多种生物 活性物质，是新药开发、工业 酶制剂和新型生物材料的重要 来源。
05 海洋微生物与环 境的关系
海洋微生物对环境的适应与响应
温度适应
海洋微生物通过调节细胞膜成分、产生热休克蛋 白等方式，适应不同温度环境。
盐度适应
通过调节细胞内外渗透压平衡，以及合成特定的 有机物来应对高盐环境。
酸碱度适应
通过调节细胞质pH值、产生酸碱平衡蛋白等方式 ，适应不同酸碱度环境。
海洋微生物的多样性与功能
海洋微生物的多样性与功能海洋是地球上最大的生态系统之一，其中包含着丰富而独特的生物多样性。
而在这个生态系统中，微生物起着不可或缺的作用。
海洋微生物包括细菌、古菌和真核微生物等，它们在维持海洋生态平衡和提供各种生态功能方面发挥着重要作用。
本文将探讨海洋微生物的多样性以及它们所具备的功能。
一、海洋微生物的多样性海洋是一个巨大而广阔的系统，存在着各种生物体，而微生物则是其中最丰富的一群。
海洋微生物的多样性表现在多个层次上，包括物种多样性、遗传多样性和功能多样性。
1. 物种多样性海洋微生物的物种多样性相当丰富，充满了许多未知的微生物物种。
据估计，海洋中微生物的物种总数可能超过数百万。
这些微生物包括了各种不同类型的细菌和古菌，以及各种真核微生物，如原生动物和微型浮游动物。
这些微生物形态、特征各异，存在着丰富的物种组成。
2. 遗传多样性海洋微生物的遗传多样性也非常丰富。
由于微生物的短生命周期和巨大的繁殖速度，它们在短时间内可以积累许多遗传变异。
这种遗传多样性使得微生物在适应环境变化和应对各种生态压力方面具有很强的潜力。
3. 功能多样性除了物种和遗传多样性外，海洋微生物还展现出丰富的功能多样性。
它们在海洋生态系统中扮演着许多不同的角色，包括有机物分解、营养循环、底物转化等。
例如，一些细菌和古菌参与了重要的氮循环和硫循环过程，在生态系统的营养链中发挥了重要作用。
二、海洋微生物的功能海洋微生物具有多种重要的功能，对海洋生态系统的稳定运行和能量流动起着至关重要的作用。
下面将介绍几种典型的功能。
1. 有机物分解海洋微生物是海洋中最主要的有机物分解者之一。
它们通过分解有机物质，将其分解为更简单的化合物，释放出有机碳、氮、磷等元素，为其他生物提供营养物质。
这一过程对于海洋生态系统的能量流动和养分循环至关重要。
2. 底物转化海洋微生物对底物的转化能力也非常重要。
它们可以将一些有害的底物转化为无害或有用的物质，帮助维持海洋生态系统的稳定性。
海洋中的微生物有哪些有哪些特殊性质
海洋中的微生物有哪些有哪些特殊性质海洋作为地球上最大的生态系统之一，其中微生物的丰富性、群落结构和生物地球化学过程具有重要的影响。
海洋中的微生物有着独特的物理和化学环境，在适应这些特殊条件的同时，也发展出一系列特殊性质。
本文将从不同类别的微生物角度分别介绍海洋中微生物的特殊性质。
1. 海洋中的细菌海洋中的细菌是海洋中最丰富的微生物群体之一，其数量可以达到每升海水数百万至数十亿个。
在面对洋流、潮汐、营养盐等不断变化的环境条件下，细菌可以表现出独特的特性。
首先，细菌的代谢途径多样，可以利用各种碳源和氮、磷、铁等微量元素充分生长。
其次，细菌具有出色的适应性和耐受性。
例如，海洋中的一些硫氧化细菌能够在硫化氢和氧气的存在下生长繁殖，而大多数细菌则对硫化氢产生毒性反应。
此外，细菌也能够克服高盐浓度、高氧压力和低温环境等压力，从而适应海洋中各种条件。
2. 海洋中的放线菌放线菌是一类特别的细菌，其通常生活在土壤中，然而已经发现它们也在海洋中生存。
放线菌的最大特点是其形成的菌丝类似于真菌。
实际上，人们之前把它们当作真菌拾取研究。
放线菌具有抗原性强，可产生多种抗生素等生物活性物质。
最著名的例子是厚壁链霉菌和链霉素。
而在海洋中，放线菌同样可以通过产生生物活性物质，对海洋中其它微生物群体产生一定的生物竞争。
3. 海洋中的古菌古菌是生命进化过程中的一类祖先真核生物，它们在高温、低温、高压、酸碱等极端环境下都有生存的能力。
同时，古菌还具有一些细胞结构特点和代谢途径等方面的特殊性质。
在海洋中，常见的古菌种类有：甲烷古菌、硫化古菌和嗜热古菌等。
这些微生物的代谢途径和生化反应能够参与沉积物的转化和有机碳的分解，从而对海洋的生态系统产生影响。
4. 海洋中的原生动物原生动物在海洋中是一种比较繁盛的生物群体，它们在海洋中承担着重要的生态角色，例如掠食微小生物、参与溶解有机物质等。
与其它类别的海洋微生物相比，原生动物的特殊性质表现为其防御机制的多样性和运动方式的独特性。
海洋深层微生物的功能和研究方法
海洋深层微生物的功能和研究方法海洋深层微生物是一种被人们研究不多的微生物，它们生活在海洋深处，具有很多独特的功能，比如可以生产生物活性物质、降解污染物、促进营养循环等。
本文将就海洋深层微生物的功能和研究方法进行探讨。
一、海洋深层微生物的功能1. 生产生物活性物质海洋深层微生物能够生产很多有用的生物活性物质，比如抗生素、酶类、类固醇等。
这些物质具有丰富的生物活性，可以用于药物研发、食品添加等方面。
海洋深层微生物是一种很好的生物资源。
2. 降解污染物海洋深层微生物对于污染物的降解能力很强。
它们可以降解各种化学物质，比如石油、热塑性塑料、聚氨酯等，这对于保护海洋环境具有重要意义。
3. 促进营养循环海洋深层微生物可以参与到海洋生物的营养循环中。
它们可以分解有机物，释放出营养物质，如氮、磷、铁等，为其他海洋生物的生长提供营养。
二、海洋深层微生物的研究方法1. 基于高通量测序的研究方法高通量测序技术是一种能够快速、准确地获取海洋深层微生物信息的方法。
通过对海洋深层微生物的基因组数据进行解析，可以了解海洋深层微生物的多样性、功能等方面的信息。
2. 挑战性海洋样品的提取海洋样品的提取是进行海洋深层微生物研究的重要环节。
由于海洋深层微生物的分布范围广、密度低，样品的提取十分困难。
因此，需要开发出一些先进的样品提取技术，如压力采样、吸附提取等。
3. 海洋深层微生物的培养培养是了解海洋深层微生物的另一种研究方法。
通过海洋深层微生物的培养，可以了解它们的形态、生理生化特性等方面的信息。
不过由于海洋深层微生物的生长条件十分苛刻，培养难度较大。
4. 基于同位素示踪技术的研究方法同位素示踪技术是一种能够揭示生物代谢过程的研究方法。
通过对海洋深层微生物的同位素分布情况进行分析，可以了解它们的代谢途径、能源来源等方面的信息。
结语海洋深层微生物的功能和研究方法是一个十分重要的课题。
通过对海洋深层微生物的深入研究，可以为药物研发、环境保护等方面提供有益的信息，促进人类社会的可持续发展。
《海洋初级生产力》课件
04 海洋初级生产力与全球变化
全球变化对海洋初级生产力的影响
温度上升
营养盐失衡
随着全球变暖，海水温度上升，影响 海洋生物的生长和繁殖，进而影响海 洋初级生产力。
全球变化导致的氮、磷等营养盐的不 均衡分布，影响浮游植物的生长和初 级生产力。
CO2浓度升高
大气中CO2浓度的增加导致海水酸化 ，对珊瑚礁和贝壳类生物产生负面影 响，进而影响海洋生物群落和生产力 。
海洋初级生产力的影响因素
影响海洋初级生产力的主要因素包括光照、营养盐供应、水深、生物群落结构和环境因素 等。这些因素相互作用，共同决定了特定海域的初级生产力水平。
海洋初级生产力的研究方法
目前，海洋初级生产力研究主要采用现场观测、实验室培养和遥感等方法。这些方法各有 优缺点，相互补充，为全面了解海洋初级生产力提供了有力支持。
VS
详细描述
该案例研究了印度洋某海域初级生产力的 影响因素，发现该海域的初级生产力与水 温、盐度、光照等环境因素密切相关。其 中，水温对初级生产力的影响最为显著， 盐度和光照也对初级生产力产生一定的影 响。此外，该海域的初级生产力还受到季 节性变化的影响。
谢谢聆听
减少温室气体排放
减少温室气体排放，减缓 全球变暖趋势，降低对海 洋初级生产力的负面影响 。
保护海洋生态系统
保护海洋生态系统，维护 生物多样性和生态平衡， 提高海洋生态系统的抵抗 力。
加强科学研究
加强海洋科学研究和监测 ，深入了解全球变化对海 洋初级生产力的影响，为 应对策略提供科学依据。
05
案例分析
预测气候变化影响
指导渔业管理
初级生产力受到气候变化的影响，了解其 分布和变化有助于预测气候变化对海洋生 态系统的影响。
海洋初级生产力
生产量
生产量
现存量
现存量
A
减少量
B
减少量
图7-1 两个平衡的群落（输入 ＝ 输出）的模式（A．输入和输出都较低、周 转慢；B．输入和输出都较高、周转快。）（引自 Krebs 1978 ）
二、初级生产过程的基本化学反应
（一）光合作用（photosynthesis） 1．光反应（light reaction） 2．暗反应（dark reaction）
③）大气沉降或降水，④N2固定（某些原核浮游植物的固N作用 再生N来自真光层中生物的代谢产物（如氨态N、尿素N和
氨基酸N等）。
3、“f 比”（“f-ratio”）：
f研=究Pn表/ P明G多×在1000.%05~0.15之间
4、 真光层群落净生产力、输出生产力（export production） 真光层群落净生产力 = 真光层有机物质的积累率 +输出生产 力群落（保PE持）相对稳定→输入=输出→PE = Pn
从大洋到近岸，其含量范围大约为0.001~0.5 mg/m3， 即相当于0.02~10 nmol/kg。 补充特点
近岸、大洋表层
从海洋整体上看，南大洋部分海区和赤道的广阔海区 中Fe含量最低
四、温度
1、直接影响： 光合作用可看作一系列酶促反应 浮游植物对温度变化有一定的适应性 如中肋骨条藻在最适温和亚最适温状态下光合作用速率无明显变
b 0 5 10 15 20
浓度 S/(µmol/L)
25
c
20
15
10
5
0
1.0
2.0
-5
S/V
-9.3
图 7-4 浮游植物对营养盐的吸收动力学（ a）和 Ks 值（b、c）
海洋生态系统的能流及次级生产力
第八章 海洋生态系统的能流及次级生产力 学习目的：学习本章要求较全面掌握海洋生态系统能流的基本过程、食物链、营养级和生态效率等基本概念以及海洋食物网特点和有关简化食物网、同资源种团、粒径谱和生物量谱、微生物环的组成、结构及其在生态系统能流、物流中的作用等能流研究新进展的有关知识，同时了解海洋生态系统能流和动物种群次级产量的一些基本分析方法。
第一节 海洋食物链、营养级和生态效率 一、 海洋牧食食物链与碎屑食物链 食物链是生态系统中初级生产者吸收的太阳能通过有序的食物关系而逐渐传递的线状组合。
牧食食物链和碎屑食物链是其两种基本类型。
（一）牧食食物链：以活植物体为起点的食物链。
海洋水层牧食食物链有三种基本类型：大洋食物链、沿岸（大陆架）食物链和上升流区食物链（Ryther 1969）。
1. 大洋食物链（6个营养级） 养级） 3. 上升流区食物链（3个营者的粒径大小呈，大洋区主her （1969）提出，上升流区鱼类的高产大型浮游动物 （桡足类） 小型浮游动物（原生动物）微型浮游生物（小型鞭毛藻）食鱼的动物 （金枪鱼、鱿鱼）巨型浮游动物 （毛颚动物、磷虾）食浮游动物的鱼类（灯笼鱼） 2. 沿岸、大陆架食物链（4个营小型浮游植物 （硅藻、甲藻）物底栖植食者食浮游动物的鱼类底（鲱鱼） 养级）由此可见，海洋食物链所包含的环节数与初级生产（鳀鱼）或 （大型磷虾）相反的关系要的浮游植物是极微细的种类，其食物链营养级最多（有6个环节），而上升流区主要是大型的浮游植物，其食物链平均只有3个营养级。
关于上升流区的营养层次问题存在一些争论。
Ryt 是由于食物链缩短了的原因，Longhurst （1971）支持了Ryther 的观点，认为上升流区（鳕鱼） 游生物的鱼类巨型浮游动物 鲑鱼、鲨鱼）食浮食浮游生物的鲸 （须鲸） 大型浮游植物（链状硅藻） 168象沙瑙鱼一类的鱼基本上是食植性的，因而从捕食性食物链中取消了一个环节。
微生物对海洋碳循环的影响与调节
微生物对海洋碳循环的影响与调节海洋是地球上最大的碳储量之一，而微生物是海洋碳循环的重要参与者。
微生物通过各种不同的途径影响着海洋碳循环的速率和平衡，从而对全球碳平衡产生了重要的影响。
本文将探讨微生物在海洋碳循环中的作用，并讨论其调节机制。
一、微生物对海洋碳循环的影响1. 海洋初级生产力微生物是海洋生态系统的基础，通过光合作用和化学合成作用，微生物能够将二氧化碳转化为有机物质，从而促进海洋初级生产力的提高。
海洋中的藻类和细菌可以通过光合作用和化学合成作用将大量的碳固定在海洋生物体内，形成有机碳沉积物，进而影响海洋生态系统的结构和功能。
2. 有机碳分解微生物在海洋中扮演着有机碳分解的重要角色。
海洋中的细菌和真菌能够分解有机碳，将其转化为溶解型有机碳（DOC），并释放二氧化碳。
这一过程被称为呼吸作用，通过呼吸作用，微生物使得海洋中的有机碳重新进入溶解态，并释放出二氧化碳，从而影响海洋碳循环的速率和平衡。
3. 甲烷生成与氧化微生物还参与了海洋中甲烷的生成和氧化过程。
海洋底部的沉积物中存在着大量的有机物质，微生物通过分解这些有机物质并在缺氧条件下进行代谢，产生甲烷。
同时，海洋中的甲烷氧化菌能够利用甲烷作为能源，并将其氧化为二氧化碳和水。
这一过程对于海洋中甲烷的排放和稳定具有重要影响。
二、微生物对海洋碳循环的调节机制1. 生态系统结构的调节微生物的活动对海洋生态系统的结构和功能产生直接影响。
微生物通过竞争、共生等方式与其他生物相互作用，影响着海洋生态系统中的物种组成、丰度和分布。
这些生态相互作用的变化将直接或间接地影响海洋碳循环的速率和平衡。
2. 温度和营养条件的调节微生物对温度和营养条件的敏感性较高，其活动和代谢过程受到温度和营养条件的限制。
温度和营养条件的变化将直接影响微生物群落的结构和功能，从而导致海洋碳循环的改变。
3. 光照和氧气条件的调节光照和氧气条件是微生物生长和代谢的重要环境因子。
微生物对光照和氧气条件的敏感性较高，其代谢和活动需要适宜的光照和氧气条件。
海洋生态学讨论课-生产力与新生产力
试述海洋初级生产力和新生产力的测量方法、分布格局和调节因素曾奇南海海洋研究所学号：201528006912029 1.海洋初级生产力的测量方法、分布格局和调节因素海洋初级生产力是指浮游植物、底栖植物及自养细菌等通过光合作用制造有机物的能力，以每年单位面积所固定的有机碳或能量来表示。
1.1海洋初级生产力的测定1)14C示踪法20世纪50年代开始引入，应用放射性14C标记的原理，测定无机碳通过光合作用产生浮游植物的有机碳量，采的海水中加入NaH14CO3，置于原采样处培养一定时间，取回测定过滤物（浮游植物细胞）的14C放射性强度，根据公式换算为初级生产力。
2)叶绿素荧光测定法水样过滤，丙酮萃取，荧光计或分光光度计测量，根据叶绿素含量与光合作用产量的相关系数（同化指数Q），计算初级生产力（P）。
P = Chla ×Q3)黑白瓶测氧法光合作用产O2，呼吸作用耗O2。
将现场水样装入黑、白（透明）瓶，置于原位培养，以Winkler碘量法测量黑白水样的氧变化，结合光合作用商，计算初级生产力。
4)水色遥感法主要用于开阔海域大面积测量。
5)其他新技术新方法引入自记连续测量等。
1.2海洋初级生产力的分布格局1)热带、亚热带大洋区和赤道带属大洋气旋型环流范围，混合层深度超过真光层，夏季温跃层可达100-200m，冬季至400m，无机营养盐主要来源于系统内的循环和再生，叶绿素、初级生产力都较低。
南北赤道流通常自东向西流动，其间由西向东为赤道逆流。
因科氏力和信风作用，赤道逆流附近的海水出现辐聚和辐散。
营养盐并不缺乏，Fe才是限制浮游植物生长的主要因素，两者不匹配，因而属于高营养低叶绿素海域。
2)温带（亚极区）海洋温带区处于西风带和极地海洋之间，两半球的生态特点有明显差别。
北太平洋和北大西洋的温带海洋处于大洋气旋型辐散环流区，深层水引向表层，补充真光层的营养盐，硝酸盐含量比南部的亚热带高数倍，初级生产力也比亚热带大洋区高得多。
海洋细菌
编辑词条海洋细菌目录概述研究简史种类组成生态分布生态特性生态作用研究意义marine bacteria编辑本段概述生活在海洋中的、不含叶绿素和藻蓝素的原核单细胞生物。
它们是海洋微生物中分布最广、数量最大的一类生物，个体直径常在1微米以下，呈球状、杆状、螺旋状和分枝丝状的微生物。
无真核、细胞壁坚韧。
能游动的种以鞭毛运动。
严格地说，海洋细菌是指那些只能在海洋中生长与繁殖的细菌。
19世纪中期首次分离出一个海洋细菌，1865年分离出其中的奇异贝氏硫细菌。
从1884年起，又研究深海细菌。
早期只注重分类，1946年后进入以研究其生理和生态为基础的阶段。
海洋细菌有自养和异养、光能和化能、好氧和厌氧、寄生和腐生以及浮游和附着等不同类型。
海水中以革兰氏阴性杆菌占优势，常见的有假单胞菌属、弧菌属、无色杆菌属、黄杆菌属、螺菌属、微球菌属、八叠球菌属、芽孢杆菌属、棒杆菌属、枝动菌属、诺卡氏菌属和链霉菌属等10多个属；洋底沉积物中以革兰氏阳性细菌居多；大陆架沉积物中以芽孢杆菌属最常见。
编辑本段研究简史19世纪中期，有人就分离出第一个海洋细菌，1865年又分离出海洋奇异贝氏硫细菌。
深海细菌的研究也于1884年开始。
但在相当长的时间内，一直停留在描述、分类的水平上。
1946年，美国C.E.佐贝尔以海洋细菌为主要内容的《海洋微生物学》一书的问世，促使海洋微生物的研究进入以生理、生态为基础的阶段。
1959年以后，苏联学者A.E.克里斯连续出版了研究深海微生物的著作，提出微生物海洋学的研究设想。
1961年国际海洋微生物学讨论会的召开，标志着以海洋细菌为主要内容的海洋微生物学已成为独立的学科。
60年代以来，代表性的专著有美国学者E.J.F.伍德1965年出版的《海洋微生物生态学》，J.M.西伯斯1979年出版的《海洋微生物》等。
编辑本段种类组成海洋中有自养和异养、光能和化能、好氧和厌氧、寄生和腐生以及浮游和附着等类型的细菌。
几乎所有已知生理类群的细菌，都可在海洋环境中找到。
第八章海洋生态系统的能流及次级生产力
养
A
C
级
P
？ 总共
E1 9（7）1（0）3（2）0（0）3（0） 2（1） 2（1）0（0） 20（11） E2 11（15）2（2）2（1）2（2）7（4） 9（4） 3（0）0（1） 36（29） E3 7（10）1（2）3（2）2（0）5（6） 3（4） 2（2）0（0） 23（26） ST2 7（6）1（1）2（1）1（0）6（5） 5（4） 2（1）1（0） 25（18） E7 9（10）1（0）2（1）1（2）5（3） 4（8） 1（2）0（1） 23（27） E9 12（7）1（0）1（1）2（2）6（5） 13（10）2（3）0（1） 37（29） 总计 55（55）7（5）13（8）8（6）32（23）36（31）12（9）1（3） 16（ 4 140）
（一）营养结构分析的难题
海洋食物关系（食物网）是非常复杂 初级碎屑物来源难以归入某一特定的营养级
（二）简化食物网
功能群（functional group），或称同资源种团（guilds），将那 些取食同样的被食者并具有同样的捕食者的不同物种（或相同物 种的不同发育阶段）归并在一起作为一个营养物种。以营养物种 来描绘食物网结构就是简化食物网。
生物量/[g /m2(干重)] P / B（Yr－1）
食物量 （μg / d）
●
●250
5
●
●
●
●
●150
1 0 图 8.10
●●
●
●
● 50
●●
2
4
6
食物含 N 量/%
多毛类小头虫（Capitella capitata）的生物量
与食物质量的关系（Tenore 1977）
0.2 30℃
海洋微生物的多样性及其生态功能
海洋微生物的多样性及其生态功能海洋微生物是指生活在海洋中最小的生物体，包括细菌、病毒、浮游生物和微型动物等等。
它们占据着海洋内部的生态系统，并对整个地球环境和气候具有重要的影响。
本文将从海洋微生物的多样性和其生态功能两个方面展开讲述。
一、海洋微生物的多样性海洋是地球上最广阔最丰富的生态系统之一，其物种多样性也是世界范围内最高的。
而其中的微生物更是数量庞大、种类繁多，占据着海洋生物总量的绝大部分。
1. 海洋细菌的多样性细菌是海洋生态系统中的重要组成部分，它们具有广泛的生态功能，如光合作用、维持海洋生态平衡等。
不仅如此，海洋细菌在制药、污水处理等工业领域也有着重要的应用价值。
多样性的细菌就像海洋中的各种鱼类一样，它们适应着各自的生境环境和生态地位，为海洋生态系统既生产力们发挥着至关重要的作用。
2. 海洋病毒的多样性海洋病毒是海洋中最基本的生物，它们的多样性极高，而且病毒感染率在海洋中也是相当的高。
事实上，海洋病毒占据了海洋生物质量的70%以上，每个海洋细胞都可能受到它们的感染，更重要的是，它们也是海洋碳循环中非常重要的一个环节。
3. 海洋浮游生物的多样性浮游生物是海洋生态系统中最为活跃和最为典型的动植物，而且种类非常之多。
其中，藻类、浮游动物等是海洋食物链中的最底层，它们对海洋生态系统健康发展至关重要。
浮游生物在海洋生态系统中发挥着重要的生态功能，每一部分都对海洋生态系统具有极大的影响。
二、海洋微生物的生态功能海洋微生物的生态功能是多样性的体现。
微生物在生物碳循环、能量流和营养转移上具有非常重要的功能。
1. 海洋微生物的生态功能之生物碳循环海洋生态系统中的有机物碳最终都会通过各种途径变成二氧化碳或甲烷，而这些气体会通过海洋，进入大气层，进而影响全球的气候。
海洋微生物可以利用这些有机物碳来生长和繁殖，进而吸收大气中的二氧化碳和甲烷。
这些微生物能够将有机物碳转换为无机碳，从而对海洋生态系统的生态环境进行调节。
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地球海洋细菌具有“阿凡达”的生物感应能力
海洋细菌
定义 基本特征 种类组成
分布
生活特性
定义
海洋细菌 （marine bacteria ） 定义1：生存于海中或海底沉积物中的细菌。 定义2：海洋原核生物界中个体微小、构造简单 的海洋单细胞生物。 海洋细菌是生活在海洋中的、不含叶绿素和藻蓝 素的原核单细胞生物。它们是海洋微生物中分布 最广、数量最大的一类生物，个体直径常在1微 米以下，呈球状、杆状、螺旋状和分枝丝状的微 生物。
假单胞菌属
弧菌属
螺菌属
无色杆菌属
黄杆菌属
海洋细菌的分布
• 海洋细菌的分布与海水环境密切相关。
平面分布特点
沿岸地区营养盐丰富， 数量较多；离岸距离增大 细菌密度呈递减趋势，内湾 和河口细菌密度最大。
垂直分布特点
随着深度增加密度减少，
但至水泥界面处又所回升。
海洋细菌的生活特性
生活在近岸海域和远洋水上层中的 海洋细菌的生理生态特性与陆生细 菌相似，但生活在深海的细菌，因 深海环境的特点，具有高盐、高压、 低温和低营养等特点。
海洋细菌的3个基本特征
一
在开始分离和初期培养是 要求生长于海水培养基中 生长环境中需要氯或溴其 中之一元素存在
二
三
需要生活于镁海量较高的 环境
海洋细菌的种类组成
1、最常见的有：假单胞菌属、弧菌属、无色杆菌属、 黄杆菌属、螺菌属等。 2、在海水中，革兰氏阴性杆菌占优势，90%以上；在 远洋沉积物中革兰氏阳性杆菌居多。 3、在海水中芽孢杆菌少见，在沉积物常见；球菌种类 在海水中少见；能游动的杆菌和弧菌在海洋细菌中占优 势。
目前，科学家最新研究显示，地球上也具 有像《阿凡达》电影中类似的互连感应生 态系统，一种生活在海底泥泞沉积物中吞 食硫磺的细菌就具备特殊的生物感应能力。 海底沉积层中的细菌通过微生物纳米线形成的网络进行连接， 这种传导网络可以实现远程氧化反应，在沉积层样本中缺氧 深层的细菌通过蛋白质细丝传导电子，将信息通讯传递至样 本表面富含氧气的沉积层样本中，这样沉积层样本表面富含 氧气区域的细菌可释放氧气。-电子共生现象
少数几个海洋细菌属具有发光的特性。 如：发光杆菌属和射光杆菌属。
海洋生物生产力
概述 海洋初级生产力
海洋动物生产力
海洋生物生产力
概述
海洋中生物通过同化作用生产有机物的能力，为海洋 生态系统的基本功能之一。通常以单位时间(年或天)内 单位面积(或体积)所生产的有机物的重量(或有经济价 值的水产品的数量)来表示。
海洋中的有机碳
• 海洋中的溶解有机碳是海洋最大的有机碳储库，其含量相当 于大气中二氧化碳的总量，高于陆地植物和海洋生物的含碳 量。 • 碳在海洋生态系统的循环主要包括吸收CO2以及呼吸作用和 有机物质分解产生CO2两个基本途径。 • 碳以二氧化碳的形式通过光合作用转变为碳水化合物，并放 出氧气，供消耗者所需要，并通过生物的呼吸作用释放出 CO2，又被植物所利用，这是循环的第一个途径。 • 同时，一部分有机碳沿着食物链不断向前传递，最后有机体 死亡、分解、生成CO2（CH4）进入海水中，重新又被植物 （或化能合成细菌）所利用，参加生态系统的再循环，这是 循环的第二个途径。
海洋自养细菌在海洋生态系统中的作用
化学合成作用（chemosynthesis）
在海底沉积物的次表层会少数缺氧的海区生活的某些化学合成细菌（化 能自养生物）能借助简单的无机化合物（如CH4、H2S）氧化获得能量 还愿CO2来制造有机物，称为化学合成作用。 可以用下式表示其产生还愿能的反应：
式中H2A代表还原性无机物（如H2S），通过脱氢酶把它们氧化， AO为氧化的终产物（如SO42-）
三级 三级生产力以上述二级生产者为
营养来源。三级生产者处于食物 链的第三个环节，主要包括一些 肉食性鱼类和大型无脊椎动物， 其中一部分成为海洋水产资源。
四级
四级生产力在三级生 产者的基础上重复循 环。
终级生产力处于食物链末端， 终级 不再被其它海洋生物所摄食。 主要包括凶猛的鱼类(如金枪鱼) 和其它大型、特大型海洋动物， 其中绝大多数为海洋渔业的捕 捞对象，其数量多寡直接影响 渔业的丰歉。
以下步骤与光合作用的有关反应类似，即利用所产生的还原能（H++e+）一 部分用于合成ATP：
• 式中O2是游离态或无机化合物（NO3-或SO42-）中的氧。 • 另一部分用于还原NAD成NADH2：
• 再来合成碳水化合物。
异养细菌在海洋生态系统中的作用
• 异养海洋细菌在生态环境中的作用归结为两方面： 一方面 海洋细菌分解死的 有机质，同时合成 并向水中分泌浮游 植物光合作用所需 要的营养，使初级 生产持续进行； 另一方面 通过“DOM →细菌 → 细菌捕食者”的 途径把来自初级生 产者的有机碳不断 的向较高营养级传 递。
海洋细菌与微食物环
海洋细菌在海洋生态系 统中的作用
海洋细菌与微食物环
海洋细菌在海洋生态系统中的作用
概述
微食物环
自养细菌
异养细菌
细菌将水体中的有 机质分解利用转化 为自身菌体的过程 称为细菌生产力或 二次生产力。
海洋细菌在海洋生态系统中的作用
海洋自养细菌在海洋生态系统中的作用
海洋异养细菌在海洋生态系统中的作用
海洋初级生产力
海洋初级生产力，也称海洋原 始生产力。指浮游植物、底栖 植物及自养细菌等通过光合作 用制造有机物的能力，一般以 每日(或每年)单位面积所固定 的有机碳或能量来表示。
海洋生物生产力
海洋动物生产力
海洋动物生产力
二级生产力以植物和细菌等 二级 初级生产者为营养来源。二 级生产者处于海洋生物食物 链的第二个环节，主要包括 浮游动物、大部分底栖动物 和幼鱼、小虾等。
嗜盐性
海水90%以上水体的温度 在5℃以下，绝大多数海洋 细菌都具有在低温下生长 的特性。
嗜冷性 发光性
趋化性与 附着生长
水深每增加10m，静水压力 增加1Kg/cm2，一般深海的 水深超过大洋平均深度， 深海海底要承受约3801100Kg/cm2 的压力。
嗜压性
低营养性
总的来说，海水总是处于窘 营养状态，其中营养物质较 为稀少，有机碳水平相当低， 某些浮游型海洋细菌适应于 低浓度营养的海水。
海水的显著特征是含有相当稳定的高浓度盐分，含有 各种盐类和微量元素，因此嗜盐性是海洋细菌最普遍 的特性。 绝大多数海洋细菌都具有运 动能力，某些细菌具有沿着 某种化合物的浓度梯度而移 动的特性。海水营养物质稀 少，海洋中各种固体表面和 不同界面上吸附积聚相对丰 富的营养物质，许多细菌具 有粘附到表面生长繁殖特性