6 期 刘 树 霞 等 : 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 45 1.2 培 养 与 生 长 测 定 取 健 康 的 羊 栖 菜 藻 体 约 9 g 培 养 在 2 000 ml 的 三 角 烧 瓶 中, 培 养 的 温 度 光 强 和 光 周 期 均 与

第 27 卷 第 6 期 海 洋 通 报 Vol. 27,No.6 2008 年 12 月 MARINE SCIENCE BULLETIN Dec. 2008 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 刘 树 霞, 邹 定 辉 *, 徐 军 田, 高 坤 山 ( 汕 头 大 学 海 洋 生 物 研 究 所, 广 东 汕 头 515063 ) 摘 要 : 探 讨 了 太 阳 紫 外 辐 射 对 两 种 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 藻 体 光 化 学 特 性 的 影 响 及 其 恢 复 结 果 显 示, 在 高 的 光 辐 射 下 羊 栖 菜 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 和 相 对 电 子 传 递 速 率 急 剧 下 降, 两 种 N 水 平 条 件 下 藻 体 的 光 化 学 活 性 下 降 趋 势 一 致 ; 在 全 波 长 太 阳 辐 射 条 件 ( 即 高 的 光 辐 射 和 紫 外 辐 射 同 时 存 在 ) 下 它 们 的 下 降 幅 度 更 大, 而 N 加 富 条 件 下 羊 栖 菜 藻 体 的 相 对 电 子 传 递 速 率 要 高 于 对 照 N 水 平 下 生 长 的 藻 体, 表 明 N 加 富 的 生 长 条 件 使 得 藻 体 具 有 更 高 抵 御 紫 外 辐 射 的 能 力, 这 可 能 是 与 N 加 富 生 长 条 件 下 的 藻 体 中 含 有 较 高 含 量 的 紫 外 吸 收 物 质 和 类 胡 萝 卜 素 有 关 在 低 光 恢 复 过 程 中, 全 波 长 辐 射 处 理 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 比 可 见 光 辐 射 处 理 藻 体 的 恢 复 要 慢 ( 分 别 为 6 h 和 3 h 可 恢 复 到 起 始 水 平 ); 而 相 对 电 子 传 递 速 率 的 恢 复 能 力 则 比 有 效 光 化 学 效 率 的 恢 复 能 力 更 弱, 需 要 24 h 或 者 更 长 的 时 间 关 键 词 : 羊 栖 菜 ; 紫 外 辐 射 ;N; 有 效 光 化 学 效 率 ; 相 对 电 子 传 递 速 率 中 图 分 类 号 :Q178.53 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1001-6932(2008)06-0044-0008 由 于 人 类 不 断 将 大 量 未 经 处 理 的 生 活 污 水 工 业 废 水 农 业 废 水 等 排 入 海 洋, 海 水 中 积 累 了 越 来 越 多 的 营 养 物 质, 如 NH + - 3-4 NO 3 和 PO 4 等 浓 度 不 断 增 高, 造 成 近 岸 海 域 的 富 营 养 化 [1] ; 同 时, 人 为 大 量 的 [2, 释 放 氟 氯 烃 等 大 气 污 染 物 使 臭 氧 层 持 续 遭 到 破 坏 3], 臭 氧 层 的 破 坏 导 致 到 达 地 面 的 紫 外 辐 射 ( UVR ) 含 量 明 显 地 增 加 富 营 养 化 和 太 阳 紫 外 辐 射 增 强 将 对 海 洋 生 态 系 统 产 生 重 要 影 响 作 为 海 洋 生 态 系 统 重 要 组 成 部 分 的 大 型 海 藻, 它 们 主 要 定 生 于 潮 间 带 和 潮 下 带 的 上 部 海 水 中 的 N 通 常 被 认 为 是 大 型 海 藻 生 [4, 长 过 程 中 的 限 制 性 元 素 5], 海 水 中 营 养 盐 的 增 加 可 能 会 促 进 大 型 海 藻 的 生 长 并 影 响 海 藻 的 其 它 许 多 生 理 特 性 [6], 虽 然 也 有 个 别 报 道 表 明 在 N 加 富 的 情 况 下 藻 体 的 生 长 会 受 到 抑 制 [7] 而 在 海 水 富 营 养 化 的 情 况 下, 大 型 海 藻 可 以 通 过 吸 收 过 多 营 养 盐 起 到 净 化 海 水 的 作 用, 从 而 发 挥 重 要 的 生 物 修 复 作 用 较 高 辐 射 强 度 的 太 阳 紫 外 线 对 大 型 海 藻 也 产 生 很 大 影 响, 如 损 伤 藻 体 的 遗 传 物 质 DNA [8-9] [10,, 使 海 藻 的 生 长 速 率 下 降 11] [12, 光 合 作 用 能 力 降 低 13], 甚 至 影 响 大 型 海 藻 群 体 的 结 构 组 成 [14] 羊 栖 菜 ( Hizikia fusiformis ) 是 一 种 重 要 的 大 型 经 济 褐 藻, 具 有 较 高 的 营 养 和 药 用 价 值, 在 我 国 浙 江 和 福 建 等 地 已 有 一 定 规 模 的 养 殖 生 产 对 羊 栖 菜 的 研 究 主 要 是 集 中 在 养 殖 技 术 与 苗 种 生 产 等 方 面 [15-20] ; 对 其 生 理 生 态 学 特 征 方 面, 如 光 合 特 性 以 及 繁 殖 生 物 学 等 方 面 也 作 了 较 多 的 研 究 [20-23], 而 羊 栖 菜 对 N 水 平 的 变 化 以 及 UVR 的 响 应 还 未 见 报 道 本 文 探 讨 了 太 阳 紫 外 辐 射 对 两 种 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 藻 体 光 化 学 特 性 的 影 响 及 其 恢 复, 以 评 价 在 海 水 富 营 养 化 和 太 阳 紫 外 辐 射 增 强 条 件 下 羊 栖 菜 的 可 能 生 理 特 征 1 材 料 和 方 法 1.1 实 验 材 料 羊 栖 菜 ( Hizikia fusiformis ) 采 自 汕 头 南 澳 岛 云 澳 湾, 用 低 温 箱 在 5 h 内 运 到 实 验 室, 在 培 养 箱 内 暂 养 一 段 时 间 后 再 用 于 实 验 暂 养 的 条 件 是 温 度 为 20, 光 强 为 100 µmol/m 2 s, 光 周 期 为 12 h 12 h; 培 养 液 为 过 滤 的 自 然 海 水, 每 2 d 更 换 一 次 收 稿 日 期 :2007-11-08; 收 修 改 稿 日 期 :2008-03-03 基 金 项 目 : 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 ( 30670396 和 30470343 ); 教 育 部 科 学 技 术 研 究 重 点 项 目 ( 07080 ); 国 家 863 计 划 资 助 项 目 ( 2006AA10A416 ) 和 广 东 省 科 技 计 划 资 助 项 目 ( 2006B20601005 ) * 通 讯 作 者 : 邹 定 辉, 电 子 邮 箱 :dhzou@stu.edu.cn

6 期 刘 树 霞 等 : 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 45 1.2 培 养 与 生 长 测 定 取 健 康 的 羊 栖 菜 藻 体 约 9 g 培 养 在 2 000 ml 的 三 角 烧 瓶 中, 培 养 的 温 度 光 强 和 光 周 期 均 与 暂 养 条 - 件 相 同, 但 培 养 液 分 为 两 种 : 一 种 是 N 加 富 处 理 的 海 水, 在 过 滤 的 自 然 海 中 加 入 300 µmol/l 的 NO 3 和 50 µmol/l 的 NH + - 4 ; 另 一 种 是 对 照 N 水 平 的 海 水 ( 约 8 µmol/l NO 3 ) 两 种 培 养 液 中 均 加 入 60 µmol/l 的 PO 3-4 藻 体 培 养 一 个 星 期, 每 两 天 更 换 培 养 液 ( 全 换 ) 并 测 定 藻 体 鲜 重 每 种 处 理 有 三 个 重 复 藻 体 的 相 对 生 长 速 率 ( relative growth rate, RGR ) 按 照 以 下 公 式 求 得 :RGR = 100 * (lnn t - lnn 0 )/t 其 中 N t 为 第 t 天 的 鲜 重,N 0 为 初 始 鲜 重 1.3 色 素 的 测 定 对 不 同 生 长 条 件 下 的 藻 体, 测 定 其 叶 绿 素 a ( Chl a ) 类 胡 萝 卜 素 ( Car. ) 以 及 紫 外 吸 收 物 质 ( UVAC ) 的 含 量 取 大 约 0.2 克 藻 体 置 于 20 ml 的 甲 醇 中, 放 置 于 4 的 冰 箱 内 过 夜 处 理, 然 后 用 紫 外 分 光 光 度 计 ( UV 530, Beckman counlter, USA ) 在 280 ~ 700 nm 波 段 对 提 取 液 进 行 光 吸 收 扫 描 根 据 UVAC 在 紫 外 区 域 吸 收 峰 的 高 度 和 藻 体 鲜 重 的 比 值 可 以 相 对 表 示 藻 体 UVAC 的 含 量 叶 绿 素 a 和 类 胡 萝 卜 素 的 含 量 是 根 据 扫 描 光 谱, 按 照 Wellburn ( 1994 ) [24] 提 供 的 公 式 可 以 得 到 叶 绿 素 a ( Ca )=15.65A666-7.34A653; 叶 绿 素 b ( Cb )=27.05A653-11.21A666; 类 胡 萝 卜 素 =( 1000A470-2.86Ca-129.2Cb )/221 1.4 阳 光 辐 射 处 理 和 恢 复 把 两 种 N 水 平 生 长 条 件 下 的 藻 体 拿 到 室 外, 在 自 然 阳 光 下 进 行 不 同 的 辐 射 处 理, 实 验 采 用 透 UVR 的 石 英 管, 管 外 包 裹 不 同 的 滤 膜 : 1 PAB 处 理, 石 英 管 外 面 未 包 裹 滤 膜, 藻 体 接 受 全 波 段 阳 光 辐 射 ; 2 PAR 处 理, 石 英 管 外 面 包 裹 Ultraphan 395 滤 膜 ( UV Opak, Digefra, Munich, 德 国 ), 滤 掉 紫 外 线 A ( UVA ) 和 紫 外 线 B ( UVB ), 使 藻 体 只 接 受 可 见 光 PAR 实 验 时 的 温 度 通 过 野 外 控 温 装 置 ( CAP 3 000, Rikakikai, Tokyo, 日 本 ) 维 持 在 20 ( 即 与 培 养 温 度 相 同 ) 藻 体 在 2007 年 4 月 期 间 晴 朗 天 气 的 某 天 中 午 时 间 ( 10:30-13:30 ) 阳 光 下 连 续 照 射 3 h, 并 用 光 谱 辐 射 仪 ( ELDONET Terrestrial Spectro-radiometer, 德 国 ) 对 照 射 时 的 阳 光 辐 射 水 平 进 行 连 续 监 测 处 理 期 间 平 均 光 强 为 :PAR 430W/m 2,UVA 65 W/m 2,UVB 2.2 W/m 2 阳 光 辐 射 处 理 完 毕 后 将 藻 体 转 移 到 室 内 低 光 ( 10 µmol/m 2 s ) 条 件 下 培 养, 以 便 观 察 藻 体 在 不 同 太 阳 辐 射 胁 迫 处 理 后 的 恢 复 情 况 处 理 和 恢 复 时 的 温 度 都 控 制 在 20 1.5 荧 光 参 数 的 测 定 在 太 阳 辐 射 胁 迫 处 理 之 前 与 之 后 以 及 低 光 恢 复 3, 6 和 24 h 后 分 别 测 定 藻 体 叶 绿 素 光 化 学 特 性 的 变 化 叶 绿 素 荧 光 参 数 是 用 叶 绿 素 荧 光 仪 ( PAM-WATER-ED,Walz, 德 国 产 ) 测 定, 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 ( F/Fm,Y ) 计 算 公 式 为 :Y = F/Fm = ( Fm -F t )/Fm 其 Fm 为 光 适 应 状 态 下 最 大 的 荧 光 产 量,F t 为 稳 态 荧 光 藻 体 的 相 对 电 子 传 递 速 率 ( retr ) 通 过 叶 绿 素 荧 光 仪 测 定,rETR = F/Fm PFD 光 合 参 数 [25] 计 算 公 式 为 :retr = retr max tanh(α I/rETR max ), 其 中 retr max 为 最 大 相 对 电 子 传 递 速 率,α 为 光 能 利 用 效 率,I 是 即 时 光 强 1.6 数 据 处 理 实 验 数 据 采 用 One-way ANOVA 或 T-test 分 析, 设 置 显 著 水 平 为 P < 0.05 2 结 果 从 图 1 可 以 看 出, 羊 栖 菜 在 培 养 期 间, 藻 体 具 有 较 大 的 生 长 速 率, 但 海 水 N 加 富 的 培 养 条 件 对 藻 体 的 相 对 生 长 速 率 没 有 显 著 影 响 ( P > 0.05 ) 在 对 照 海 水 和 N 加 富 海 水 培 养 条 件 下, 羊 栖 菜 的 相 对 生 长 速 率 均 约 为 4 % 从 两 种 N 培 养 条 件 下 藻 体 的 甲 醇 提 取 液 的 扫 描 光 谱 ( 图 2 A ) 可 以 看 出, 藻 体 在 N 加 富 处 理 下 的 吸 光 值 要 高 于 对 照 N 加 富 条 件 下 : 藻 体 的 Chl a 含 量 达 到 ( 314.1±17.9 ) µg/g, 比 对 照 情 况 下 藻 体 的 Chl a 含 量 增 加 了 19 % ( 264.2 ± 4.8 ) µg/g ( 图 2B ); 藻 体 的 类 胡 萝 卜 素 和 紫 外 吸 收 物 质 UVAC 也 明 显 地 高 于

46 海 洋 通 报 27 卷 对 照 ( P < 0.05 ) ( 图 2B 图 2C ) 时 间 / d 图 1 羊 栖 菜 在 两 种 N 水 平 条 件 下 的 生 长 情 况 - + ( N 加 富 表 示 在 羊 栖 菜 培 养 的 海 水 中 加 入 300 µmol/l 的 NO 3 和 50 µmol/l 的 NH 4 以 及 60 µmol/l 的 PO 3-4, 对 照 N 水 平 表 示 在 培 养 的 海 水 中 仅 加 入 60 µmol/l 的 PO 3-4 ; 培 养 条 件 : 温 度 20, 光 强 为 100 µmol/m 2 s, 光 周 期 为 12 h 12 h 图 A 表 示 两 种 N 水 平 条 件 下 藻 体 鲜 重 在 一 周 内 的 变 化 情 况, 图 B 表 示 一 周 内 两 种 N 水 平 条 件 下 藻 体 的 平 均 相 对 生 长 速 率 ) Fig.1 Growth of Hizikia fusiformis cultured at two different N availabilities Figure A and B represent the change in fresh weight and RGR of the thalli in a week, respectively OD gfw -1 藻 体 鲜 重 / g 相 对 生 长 速 率 / % 波 长 / nm 紫 外 吸 收 物 质 / HOD gfw -1 µg g FW -1 N 加 富 对 照 N 水 平 图 2 两 种 N 水 平 培 养 下 的 羊 栖 菜 藻 体 经 过 100 % 甲 醇 提 取 后 的 扫 描 光 谱 ( 图 A ), 叶 绿 素 a 类 胡 萝 卜 素 ( 图 B ) 和 紫 外 吸 收 物 质 的 含 量 ( 图 C ) Fig.2 Absorption spectra (A) extracted by 100% methanol, Chl a, carotenoid (B) and UVAC content (C) of Hizikia fusiformis cultured at two different N availabilities 藻 体 在 室 内 经 过 一 段 时 间 的 培 养 后, 两 种 N 水 平 培 养 下 的 藻 体 其 有 效 光 化 学 效 率 没 有 显 著 的 差 异, 都 表 现 为 较 高 的 水 平 ( 0.7 左 右 ) 在 室 外 全 波 长 太 阳 辐 射 处 理 3 h 后, 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 都 显 著 下 降,PAR 处 理 的 藻 体 下 降 到 0.45 左 右 而 在 PAB 处 理 ( 即 同 时 存 在 UVR 情 况 下 ), 这 种 下 降 更 大, 其 有 效 光 化 学 效 率 仅 为 0.28 上 述 这 种 有 效 光 化 学 效 率 的 下 降 趋 势 在 两 种 N 生 长 条 件 下 的 藻 体 上 表 现 一 致 经 太 阳 辐 射 胁 迫 处 理 后 的 藻 体 放 置 于 低 光 下, 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 开 始 恢 复, 在 3 h 后,PAR 处 理 的 藻 体 就 恢 复 到 初 始 水 平, 而 PAB 处 理 的 藻 体 也 恢 复 到 0.6 左 右 ; 在 6 h 以 后,PAB 处 理 的 藻 体 其 有 效 光 化 学 效 率 也 恢 复 到 起 始 水 平 ( 图 3 ) 可 见 PAR 处 理 的 藻 体, 其 光 化 学 效 率 恢 复 比 PAB 处 理 的 要 快 N 加 富 生 长 条 件 下 的 藻 体 其 光 系 统 II 的 相 对 电 子 传 递 速 率 ( retr ) 与 对 照 N 水 平 生 长 下 的 藻 体 相 比 ( 图 4 ), 其 最 大 的 retr ( retr max ) 要 显 著 的 低 于 对 照 N 水 平 生 长 下 的 藻 体 ( P < 0.05 ) 但 对 于 藻

6 期 刘 树 霞 等 : 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 47 体 在 低 光 下 的 光 能 利 用 效 率 ( α ) 却 没 有 明 显 的 差 别 ( P > 0.05 ) ( 图 5 ) 经 过 3 h 太 阳 辐 射 后, 不 同 处 理 藻 体 的 retr 都 有 明 显 的 下 降, 当 UVR 存 在 时 ( 即 PAB 处 理 ), 藻 体 的 retr 下 降 更 大, 其 中 对 照 N 水 平 生 长 条 件 下 的 藻 体 在 PAB 辐 射 处 理 下 retr 下 降 幅 度 最 大 而 且 无 论 α 还 是 retr max 都 表 现 为 相 同 的 下 降 趋 势 对 retr max 和 α 来 说,PAR 辐 射 处 理 条 件 下 的 藻 体 要 显 著 高 于 PAB 处 理 的 藻 体, 并 且 PAR 辐 射 处 理 条 件 下 两 种 N 水 平 下 的 藻 体 间 没 有 显 著 的 差 别 ; 但 在 PAB 辐 射 处 理 条 件 下,N 加 富 生 长 条 件 下 的 藻 体 的 retr max 要 显 著 高 于 对 照 N 水 平 生 长 下 的 藻 体 ( P < 0.05 ), 而 对 藻 体 的 α 来 说, N 加 富 生 长 条 件 下 的 藻 体 与 对 照 N 水 平 生 长 下 的 藻 体 相 比, 没 有 显 著 的 差 异 ( P > 0.05 ) 高 光 处 理 低 光 恢 复 有 效 光 化 学 效 率 初 始 光 照 3h 低 光 3h 低 光 6h 低 光 24h 图 3 两 种 N 生 长 条 件 下 的 藻 体 经 过 PAB 处 理 和 PAR 处 理 的 不 同 太 阳 辐 射 处 理 3 h 后, 并 把 藻 体 放 置 于 室 内 低 光 下 ( 10 µmol m -2 s -1 ) 恢 复 3 h 6 h 和 24 h 后 其 有 效 光 化 学 效 率 ( Yield ) 的 变 化 Fig.3 Change in the effective photosynthetic quantum yield of Hizikia fusiformis cultured at two different N availabilities under PAB and PAR treatment during 3 h, and low light (10µmol m -2 s -1 ) recovery during 3 h, 6 h and 24 h A 相 对 电 子 传 递 速 率 B C 相 对 电 子 传 递 速 率 光 照 3 h D 低 光 3 h E 光 强 /umol photons m -2 s -1 低 光 6 h 低 光 24 h 光 强 图 4 两 种 N 生 长 条 件 下 的 羊 栖 菜 藻 体 经 过 PAB 处 理 和 PAR 处 理 的 不 同 太 阳 辐 射 3h 前 ( A ) 后 ( B ), 以 及 把 藻 体 放 置 于 室 内 低 光 下 ( 10 µmol/m 2 s ) 恢 复 3h (C) 6h (D) 和 24h (E) 后 相 对 电 子 传 递 速 率 光 强 曲 线 的 变 化 Fig.4 Change in retr of Hizikia fusiformis cultured at two different N availabilities as a function of light before (A) and after (B) PAB and PAR treatment during 3 h, and low light ( 10 µmol/m 2 s ) recovery 3 h (C), 6 h (D)and 24 h (E)

48 海 洋 通 报 27 卷 在 低 光 下, 藻 体 的 α 开 始 恢 复, 约 3 h 后,PAR 处 理 的 藻 体 就 恢 复 到 初 始 水 平, 而 PAB 处 理 的 藻 体 直 到 24 h 后 才 恢 复 到 起 始 水 平 但 retr max 在 低 光 的 情 况 下 却 仍 然 继 续 下 降, 直 到 6 h 后 才 开 始 恢 复, 在 24 h 后, 虽 然 不 同 处 理 的 藻 体 都 恢 复 到 相 同 的 水 平, 但 未 能 达 到 藻 体 的 初 始 值 ( 图 5 ) 最 大 相 对 电 子 传 递 速 率 光 能 利 用 率 图 5 两 种 N 生 长 条 件 下 的 羊 栖 菜 藻 体 经 过 PAB 处 理 和 PAR 处 理 的 不 同 太 阳 辐 射 3 h 后, 把 藻 体 放 置 于 室 内 低 光 下 ( 10 µmol m -2 s -1 ) 恢 复 3 h 6 h 和 24 h 后 最 大 相 对 电 子 传 递 速 率 (A) 和 光 能 利 用 效 率 (B) 变 化 Fig.5 Change in retrmax and α of Hizikia fusiformis cultured at two different N availabilities under PAB and PAR treatment during 3 h, and low light recovery 3 h, 6 h and 24 h 3 讨 论 本 文 实 验 结 果 表 明,N 加 富 对 羊 栖 菜 藻 体 的 生 长 没 有 显 著 影 响 较 多 的 研 究 报 道 表 明, 增 加 自 然 海 水 中 N 元 素 含 量 能 够 提 高 一 些 大 型 海 藻 的 生 长 速 率 [26] ; 而 Nakajit 等 ( 2002 ) [5] 也 报 道 N 加 富 对 某 种 大 型 海 藻 生 长 产 生 抑 制 的 作 用 这 说 明 不 同 海 藻 的 生 长 对 N 营 养 盐 的 需 求 是 不 同 的 对 羊 栖 菜 来 说, 对 照 海 水 的 N 营 养 盐 水 平 已 经 足 够 维 持 它 的 生 长 需 要 但 在 N 加 富 的 情 况 下, 羊 栖 菜 的 色 素 含 量 有 明 显 的 增 加,N 营 养 盐 的 增 加 为 叶 绿 素 类 胡 萝 卜 素 甚 至 紫 外 吸 收 物 质 合 成 提 供 更 多 的 代 谢 支 出 在 高 光 处 理 3 h 后 羊 栖 菜 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 明 显 下 降, 其 中 PAR 辐 射 处 理 的 藻 体 下 降 了 大 约 36 %, 而 PAB 辐 射 处 理 的 藻 体 则 下 降 了 60 %, 这 表 明 在 中 午 时 段 无 论 可 见 光 还 是 UV 都 可 以 导 致 明 显 [27, 的 光 抑 制 高 辐 射 量 的 可 见 光 和 紫 外 线 都 可 以 导 致 光 系 统 II 反 应 中 心 D1 蛋 白 的 损 伤 28], 但 由 于 D1 蛋 白 在 300 nm 处 有 最 大 的 光 吸 收, 与 可 见 光 相 比, 高 辐 射 量 的 紫 外 线 能 够 引 起 更 为 明 显 的 光 抑 制 [29] 光 抑 制 的 原 初 作 用 位 点 是 在 光 系 统 II 反 应 中 心 的 蛋 白, 由 于 过 强 的 光 线 引 起 的 具 有 强 氧 化 性 的 物 质 位 于 与 D1 蛋 白 相 连 的 各 种 组 分 上, 因 此 导 致 D1 蛋 白 成 为 最 容 易 受 损 的 位 点 正 常 情 况 下 D1 蛋 白 的 周 转 速 度 很 快 ( t1/2 最 短 可 为 30 min ), 当 D1 蛋 白 的 修 复 速 度 跟 不 上 被 破 坏 的 速 度 时, 就 会 引 起 明 显 的 光 抑 制 羊 栖 菜 藻 体 在 低 光 下 恢 复 3 h 后,PAR 辐 射 处 理 藻 体 的 有 效 光 化 学 效 率 就 恢 复 到 起 始 水 平, 而 PAB 辐 射 处 理 的 藻 体 也 恢 复 到 80 %, 到 6 h 后 恢 复 到 起 始 水 平, 这 表 明 羊 栖 菜 藻 体 体 内 存 在 有 效 的 光 系 统 II 修 复 机 制 一 般 来 说 这 个 机 制 和 D1 蛋 白 的 合 成 密 切 相 关 [30] ;D1 蛋 白 高 效 快 速 的 合 成 和 转 运 保 证 藻 体 在 受 到 高 光 胁 迫 后 能 够 在 最 短 的 时 间 内 恢 复 到 正 常 水 平, 这 对 羊 栖 菜 这 种 潮 间 带 大 型 海 藻 来 说 是 非 常 重 要 的 由 于 固 着 的 生 长 方 式, 潮 间 带 大 型 海 藻 不 能 像 浮 游 种 类 那 样 通 过 自 身 迁 移 来 逃 避 UV 辐 射 的 伤 害, 为 了 适 应 这 种 光 胁 迫, 藻 体 在 长 期 的 进 化 过 程 中, 除 了 在 体 内 产 生 紫 外 吸 收 物 质 外, 还 建 立 了 有 效 的 损 [31, 伤 修 复 机 制 32] 而 生 长 在 潮 下 带 的 一 些 大 型 海 藻, 在 经 受 中 午 高 的 阳 光 辐 射 后, 就 很 难 恢 复 到 起 始 水 平 [31] 相 对 电 子 传 递 速 率 可 以 在 一 定 程 度 上 表 示 藻 体 的 光 合 作 用 能 力, 本 文 结 果 表 明, 高 光 处 理 3 h 后 羊 栖 菜 藻 体 的 光 合 能 力 显 著 下 降,PAB 辐 射 处 理 的 藻 体 受 到 更 高 的 抑 制 藻 体 的 光 能 利 用 效 率 24 h 后 才 恢 复

6 期 刘 树 霞 等 : 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 49 到 起 始 水 平, 而 最 大 相 对 电 子 传 递 速 率 则 需 要 更 长 的 时 间 ; 这 表 明,UV 损 伤 的 靶 目 标 不 仅 仅 是 光 系 统 II 反 应 中 心, 也 包 括 与 其 紧 密 相 连 的 电 子 传 递 链 组 分 损 伤 后 不 同 部 位 的 修 复 速 度 是 不 同 的, 有 研 究 表 明 D1 蛋 白 的 修 复 作 用 最 快,D1 蛋 白 在 几 个 小 时 内 就 可 以 合 成 并 且 转 运 到 受 损 的 反 应 中 心 [28] 而 其 他 部 位 的 完 全 修 复 需 要 24 h 或 者 更 长 的 时 间, 这 也 就 是 为 什 么 不 同 荧 光 参 数 恢 复 能 力 不 同 的 原 因 对 于 不 同 N 水 平 生 长 下 的 藻 体 来 说, 无 论 有 效 光 化 学 效 率 还 是 低 光 下 的 光 能 利 用 效 率 在 PAB 辐 射 处 理 下 都 没 有 显 著 差 异 但 对 最 大 相 对 电 子 传 递 速 率 来 说,N 加 富 处 理 的 藻 体 要 显 著 高 于 对 照 N 水 平 下 生 长 的 藻 体, 这 表 明,N 加 富 条 件 下 生 长 的 藻 体 要 比 对 照 N 水 平 下 生 长 的 藻 体 在 某 种 程 度 上 有 更 高 抵 御 紫 外 线 的 能 力 本 文 实 验 结 果 表 明,N 加 富 处 理 藻 体 的 UVAC 和 类 胡 萝 卜 素 含 量 要 明 显 高 于 对 照 N 水 [33, 平 下 生 长 的 藻 体 为 抵 御 紫 外 辐 射, 很 多 大 型 海 藻 体 内 产 生 紫 外 吸 收 物 质, 如 MAAS, 多 酚 类 等 34], 这 些 物 质 能 够 有 效 地 抵 御 紫 外 线 的 损 伤 [35] 有 研 究 表 明, 自 然 状 况 下 接 受 太 阳 辐 射 水 平 高 的 大 型 海 藻 其 体 内 的 紫 外 吸 收 物 质 含 量 也 高 [36], 并 且 营 养 盐 的 获 取 也 是 影 响 其 含 量 的 重 要 因 素 [37] 本 实 验 结 果 也 表 明, 高 N 水 平 培 养 下 的 藻 体 其 体 内 的 UVAC 含 量 也 高, 这 对 藻 体 抵 御 紫 外 线 的 能 力 起 到 一 定 的 正 面 效 应 另 外 类 胡 萝 卜 素 不 仅 是 一 类 非 常 重 要 的 捕 光 色 素, 而 且 在 光 保 护 过 程 中 也 扮 演 着 举 足 轻 重 的 作 用 如 大 型 褐 藻 中 存 在 的 叶 黄 素 循 环, 紫 黄 素 在 紫 黄 素 脱 环 氧 化 酶 的 作 用 下 被 脱 环 氧 化 成 花 药 黄 素, 后 者 又 进 一 步 被 紫 黄 素 脱 环 氧 化 酶 催 化 生 成 玉 米 黄 素, 而 玉 米 黄 素 别 构 调 节 光 系 统 II 捕 光 复 合 物 来 发 挥 其 光 保 护 作 用 [30] 总 之, 两 种 N 水 平 下 生 长 的 藻 体 在 高 的 太 阳 辐 射 下 表 现 出 相 似 的 生 理 现 象, 高 光 导 致 明 显 的 光 抑 制, 这 种 抑 制 水 平 在 紫 外 线 存 在 的 情 况 下 尤 为 显 著, 在 低 光 恢 复 的 过 程 中, 光 系 统 II D1 蛋 白 快 速 的 合 成 和 转 运 保 证 了 其 光 系 统 II 反 应 中 心 的 活 性 得 到 有 效 的 恢 复, 而 与 之 相 连 的 电 子 传 递 链 组 分 却 需 要 更 多 的 时 间 来 完 成 这 个 恢 复 过 程 在 高 N 营 养 盐 水 平 下 生 长 的 藻 体 体 内 具 有 较 高 水 平 的 紫 外 吸 收 物 质 和 类 胡 萝 卜 素, 这 为 藻 体 在 高 紫 外 辐 射 情 况 下 起 到 一 定 的 正 面 作 用, 能 够 在 一 定 程 度 上 削 弱 紫 外 线 引 起 的 光 抑 制 强 度, 给 藻 体 提 供 更 有 效 的 保 护 作 用 参 考 文 献 : [1] 林 荣 根, 邹 景 忠. 近 海 富 营 养 化 的 结 果 与 对 策 [J]. 海 洋 环 境 科 学, 1997, 16(3): 71-75. [2] Kerr J B, McElroy C T. Evidence for large upward trends of ultraviolet-b radiation linked to ozone depletion [J]. Science, 1993, 262(5136): 1 032-1 034. [3] Den Outer P N, Slaper H, Tax R B. UV radiation in the Netherlands: Assessing long-term variability and trends in relation to ozone and clouds [J]. Journal of Geophysical Research, 2005, 110: 1-11. [4] Lobban C S, Harrison P J. Seaweed ecology and physiology [M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1994, 366. [5] Villares R, Carballeira A. Nutrient limitation in macroalgae (Ulva and Enteromorpha) from the Rías Baixas (NW Spain) [J]. Mar. Ecol, 2004, 25(3): 225-243. [6] Neori A, cohen I, Gordin H. Ulva lactuca biofilters for marine fishpond effluents: II. Growth rate, yield and C: N ratio [J]. Bot. Mar, 1991, 34(6): 483-489. [7] Nakaji T, Takenaga S, Kuroha M, et al. Photosynthetic response of Pinus densiflora seedlings to high nitrogen load [J]. Environ. Sci, 2002, 9 (4): 269-282. [8] Pakker H, Martins R S T, Boelen P, et al. Effects of temperature in the photoreactivation of ultraviolet-b induced DNA damage in Palmaria palmate (Rhodophyta) [J]. J. Phycol, 2000, 36(2): 334-341. [9] Roleda M Y, Hanelt D, Wiencke C. Growth and DNA damage in young Laminaria sporophytes exposed to ultraviolet radiation: implication for depth zonation of kelps on Helgoland (North Sea) [J]. Mar. Biol, 2006, 148(6): 1 201-1 211. [10] Altamirano M, Flores-Moya A, Figueroa F L. Long-term effects of natural sunlight under various ultraviolet radiation conditions on growth and photosynthesis of intertidal Ulva rigida (Chlorophyceae) cultivated in situ [J]. Bot. Mar, 2000, 43: 119-126. [11] Michler T, Aguilera J, Hanelt D, et al. Long-term effects of ultraviolet radiation on growth and photosynthetic performance of polar and cold-temperate macroalgae [J]. Mar. Biol, 2002, 140(6): 1 117-1 127.

50 海 洋 通 报 27 卷 [12] Brouwer P E M, Bischof K, Hanelt D, et al. Photosynthesis of two Arctic macroalgae under different ambient radiation levels and their sensitivity to enhanced UV radiation [J]. Polar Biol, 2000, 23(4): 257-264. [13] Zacher K, Roleda M Y, Hanelt D, et al. UV effects on photosynthesis and DNA in propagules of three Antarctic seaweeds (Adenocystis utricularis, Monostroma hariotii and Porphyra endiviifolium) [J]. Planta, 2007, 225(6): 1 505-1 516. [14] Bischof K, Gómez I, Molis M, et al. Ultraviolet radiation shapes seaweed communities [J]. Rev. Environ. Sci. Biotechnol, 2006, 5(2-3): 141-166. [15] 陈 秋 萍. 羊 栖 菜 人 工 栽 培 技 术 的 初 步 研 究 [J]. 浙 江 水 产 学 院 学 报, 1993, 12(4): 277-283. [16] 孙 建 璋, 方 家 仲, 朱 植 丰, 等. 羊 栖 菜 (Sargassum fusiforme (Harre) Setch) 繁 殖 生 物 学 的 初 步 研 究 [J]. 浙 江 水 产 学 院 学 报, 1996, 15(4): 43-249. [17] 骆 其 君. 羊 栖 菜 幼 孢 子 体 苗 海 区 培 育 的 研 究 [J]. 海 洋 湖 沼 通 报, 2001, 21(3): 17-21. [18] 逄 少 军, 费 修 绠, 肖 天, 等. 通 过 控 制 卵 子 和 精 子 的 排 放 实 现 羊 栖 菜 人 工 种 苗 的 规 模 化 生 产 [J]. 海 洋 科 学, 2001, 25(4): 53-54. [19] Zou D, Gao K. Regulation of gamete release in the economic brown seaweed Hizikia fusiforme (Phaeophyta) [J]. Biotechnol. Lett, 2005a, 27(13): 915-918. [20] Zou D, Gao K, Ruan Z. Seasonal pattern of reproduction of Hizikia fusiformis (Sargassaceae,Phaeophyta) from Nanao Island, Shantou, China [J]. J. Appl. Phycol, 2006, 18(2): 195-201. [21] Zou D, Gao K, Xia J. Photosynthetic utilization of inorganic carbon in the economic brown alga, Hizikia fusiforme (Sargassaceae) from the south China Sea [J]. J. Phycol, 2003, 39(6): 1 095-1 100. [22] 邹 定 辉, 阮 祚 禧, 陈 伟 洲. 干 出 状 态 下 羊 栖 菜 的 光 合 作 用 特 性 [J]. 海 洋 通 报, 2004, 23(5): 33-39. [23] Zou D, Gao K. Photosynthetic characteristics of the economic brown seaweed Hizikia fusiforme (Sargassaceae, Phaeophyta), with special reference to its leaf and receptacle [J]. J. Appl. Phycol, 2005b, 17(3): 255-259. [24] Wellburn A R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectro-photometers of different resolution [J]. J. Plant. Physiol, 1994, 144(3): 307-313. [25] Jassby A D, Platt T. Mathematical formulation of the relationship between photosynthesis and light for phytoplankton [J]. Limnol. Oceanogr, 1976, 21(4): 540-547. [26] Pedersen M F, Borum J. Nutrient control of estuarine macroalgae: growth strategy and the balance between nitrogen requirements and uptake [J]. Mar. Ecol. Prog. Ser, 1997, 161:155-163. [27] Andersson B, Barber J. Photosynt hesis and the Environment [M]. The Net herlands : Kluwer Academic Press, 1996, 101-102. [28] Gröniger A, Häder D P. Effect of UV radiation on marine macroalgae [J]. Photochem Photobiol, 2001, 8(2): 129-136. [29] Herrmann H, Häder D P, Köfferlein M, et al. Study on the effects of UV radiation on phytoplankton photosynthetic efficiency by means of a sunlight simulator [J]. Med. Biol. Environ, 1995, 23(1):36-40. [30] 韩 博 平, 韩 志 国, 付 翔. 藻 类 光 合 作 用 机 理 与 模 型 [M]. 北 京 : 科 学 出 版 社, 2003. [31] Häder D P, Lebert M, Helbling E W. Photosynt hetic performance of marine macroalgae measured in Patagonia on site [J]. Trends Photochem Photobiol, 2001, 8(2): 145-152. [32] 徐 军 田, 高 坤 山. 阳 光 紫 外 辐 射 对 绿 藻 石 莼 光 化 学 效 率 的 影 响 [J]. 海 洋 学 报, 2007, 29(1): 127-132. [33] Korbee-Peinado N, Abdala-Díaz R T, Figueroa F L, et al. Ammonium and UV radiation stimulate the accumulation of mycosporine-like amino acids in Porphyra columbina (Rhodophyta) from patagonia, Argentina [J]. J. Phycol, 2004, 40(2): 248-259. [34] Pavia H, Cervin G, Lindgren A, et al. Effects of UV-B radiation and simulated herbivory on phlorotannins in the brown alga Ascophyllum nodosum [J]. Mar. Ecol. Prog. Ser, 1997, 157: 139-146. [35] Oren A, Gunde-Cimerman N. Mycosporines and mycosporine-like amino acids: UV protectants or multipurpose secondary metabolites? [J]. FEMS Microbiol Lett, 2007, 269(1): 1-10. [36] Karsten U, Franklin L A, Lüning K, et al. Natural ultraviolet radiation and photosynthetically active radiation induce formation of mycosporine-like amino acids in the marine macroalga Chondrus crispus (Rhodophyta) [J]. Planta, 1998, 205(2): 257-262. [37] Karsten U, Wiencke C. Factors controlling the formation of UV-absorbing mycosporine-like amino acids in the marine red alga Palmaria palmata from Spitsbergen (Norway) [J]. J. Plant. Physiol, 1999, 155(3): 407-415.

6 期 刘 树 霞 等 : 不 同 N 水 平 条 件 下 羊 栖 菜 对 阳 光 辐 射 的 响 应 51 作 者 简 介 : 刘 树 霞 ( 1978- ), 女, 山 东 人, 在 读 硕 士 研 究 生, 主 要 研 究 大 型 海 藻 的 生 理 生 态, 正 式 发 表 论 文 1 篇, 电 子 邮 箱 :lsxxjt@126.com Responses of the Brown Seaweed Hizikia fusiformis Cultured at Different N Levels to the Solar Radiation LIU Shuxia, ZOU Dinghui, XU Juntian, GAO Kunshan ( Marine Biology Institute, Shantou University, Shantou 515063, Guangdong, China ) Abstract:Physiological properties of photosynthesis were investigated under solar radiation in the marine brown macroalga, Hizikia fusiformis, grown at two different N availabilities. The significant decrease of the effective photosynthetic quantum yield and retr was found in the thalli when exposed to solar radiation, with the decrease fluctuation being more greater in the thalli treated with full solar radiation ( PAB, i.e. PAR plus UV radiation ) than those treated with solar photosynthetically active radiation ( PAR ). The decrease trend of the effective photosynthetic quantum yield was the same between the algae grown under normal N level and high N level when the thalli were exposed to PAR or PAB. However, when exposed to PAB, retr of the thalli grown under high N level was higher than those grown under normal N level, indicating that the algae cultured in high N level exhibited higher capacity of defending UV radiation, which might be related with the high contents of UVAC and carotenoids. During the recover period, the effective photosynthetic quantum yields in the thalli treated with PAB recovered a little slowly compared with the thalli treated with PAR ( they reached the initial levels after 6h and 3h, respectively ). The retr of the thalli recovered much more slowly ( at least 24 h) than the effective photosynthetic quantum yields did. Keywords:Hizikia fusiformis; UV radiation; N; the effective photosynthetic quantum yield; retr