第 卷第 期!# 年 月 $ 水 $ 产 $ 学 $ 报!!# 文章编号!!! %!&!#! %!& %!& #! ' # $ %!## #' 不同增殖方式来源的绿潮藻浒苔藻体生长及光合生理特性差异 刘雅萌 $ 徐军田 $ 李信书 $ 姚东瑞 $ 刘兆普 南京农业大学资源与环境科学学院 江苏南京 $!! 淮海工学院海洋学院 江苏连云港 $!! 江苏省中国科学院植物研究所植物景观与生态工程研究中心 江苏南京 $!!# 摘要 为了探讨原位状态下不同增殖方式得到的绿潮藻浒苔生物体的差异 通过原位围隔实验 分别获取漂浮浒苔释放的孢子萌发形成的藻体 + 和浒苔自身营养增殖得到的藻体 + 通过比较这两种浒苔的生长 光合作用和荧光参数的不同 来估测其光合生理特性的差异 结果表明 + 的生长速率比 + 显著高出 &' 并且 + 的最大光合作用速率! 光合效率 和光合活性 %$ 比 + 分别显著高出 # 和 #& 而呼吸作用速率和光补偿点比 + 显著低了 #' 和 这表明 + 与 + 相比具有更大的生长优势 另外 + 的相对电子传递速率 / + 显著高于 + 在高光下尤为显著 并且 + 在高光下具有更高的非光化学猝灭 %* 能力 这说明浒苔通过自身营养增殖产生的藻体对高光的适应能力比其由孢子萌发形成的藻体更强 关键词 浒苔 原位 光合作用 叶绿素荧光参数 生长中图分类号 ' $$$$$$$$$$$ 文献标志码 $$ 自! 年起 美国 加拿大 荷兰 日本以及 中国都暴发了由石莼科海藻引起的绿潮 %# 特别是近些年 在中国黄海 东海近岸海域多次发生绿藻大量聚集的情况 对人们的生产生活造成了严重影响 经鉴定 这些绿藻主要是石莼属的浒苔 * %& 浒苔分布广泛 可营漂浮生活 也可附着在潮间带的岩石或其他固体 以及其他大型海藻藻体上 ' 绿潮对沿海生态环境和周围人们生产生活造成了严重影响 黄海绿潮藻浒苔暴发的起源 生态特征 分布情况等成为人们关注的焦点 等通过分子鉴定的方法 认为绿潮藻浒苔来源于江苏沿海的紫菜养殖筏架 但也有研究认为 绿潮藻是来源于沿海池塘中的微型繁殖 & 体 % 除了绿潮藻的溯源问题 有关学者也对 % 浒苔的漂移路径 发生过程以及一些生理 特性进行了调查研究 % 浒苔作为绿潮藻的主要种类 具有适应大规模暴发的生理机制 如 高生长速率 & 为暴发式生长提供基础 和高, 补偿点 ' 利用强无机碳能力 浒苔可以在大规模聚集后仍然保持高水平的光合作用 大型海藻主要有 种繁殖方式 分别为营养繁殖 无性生殖和有性生殖 以前两种繁殖方式为主 由不同繁殖方式形成的浒苔藻体 其生理特性的变化对于绿潮的暴发会产生怎样的影响 这个问题的解决将从浒苔繁殖生物学的角度为研究绿潮的大规模暴发提供实验基础 本实验以连云港海域采集的漂浮浒苔样品为研究材料 通过原位围隔实验 获取由不同繁殖方式形成的浒苔藻体 并且通过比较它们之间生长 光合作用和荧光参数的差异 来探讨不同增殖方式来源的浒苔光合生理特性的差异 收稿日期! & &'$$$ 修回日期!#&! &! 资助项目 江苏省自然科学基金 2!#!! 国家海洋局海洋公益性行业科研专项!!!! 通信作者 姚东瑞 &!! 1/-! )
666 8:0 水6产6学6报 /0 卷 其中 RD为第 D天藻体的鲜重* 46材料与方法 光合作用的测定66使用氧电极法测定浒苔 $% $&实验材料 的光合放氧速 率 将 约 12 I 的 藻 体 放 入 0 :' 实验材料为 24/ 年 9 月采自连云港连岛海域 大片漂浮的浒苔* 为了获得由孢子 萌发形 成的 浒 的反应介质中通 过 调 节 光 源 与 反 应 槽 的 距 离 来 获得 不 同 光 照 强 度 光 强 梯 度 分 别 为 + 4+ 2+ 苔本研 究 在 连 岛 进 行 了 围 隔 实 验 围 隔 为 直 径 1+4+2+5 和 8!:/0DM/ # :2 0 < $ /1 2 :高度 2 :的不透水装置外面通过聚乙烯塑 从而可以得到藻体的光合作用/光照强度响应曲 料膜将海水隔开形成 一个上端开 口的封闭 空间* 线# 78 )曲线$ * 光响应曲线的参数计算公式 ( 40) 如 将 2 I 挑选好的浒苔放于围隔内培养 2 周后一 >M # $BF6 :=$ =AC F 下!:A:= B $ F H A: =6 )A 部分浒苔大量释放孢子而后萌发形成的固着浒苔 7AC 6 $* 其中F代 表 光 强:是 光 强 为 F时 所 对 附着在塑料膜的内壁上# 为了确定这些浒苔来自于 应的光合 放 氧 速 率 := 是 最 大 光 合 放 氧 速 率 AC 绿潮藻用相同的围隔装置但不加藻进行对照$ 另 为呼吸速率F H为光饱和 点F )为 光 补 偿 点$为 光 一部分浒苔以营养繁殖的方式大量增殖* 这样本 AC 得到 ( 4: ) * 合效率* 而光合作用潜力则通过 := 6 实验在同一环境下获得两批不同增殖 方式 来源 的 荧光 参 数 的 测 定 6 6 使 用 叶 绿 素 荧 光 仪 浒苔分别是漂浮浒苔释放的孢子萌发而成的浒苔 # T F G 8 7&2T 0 R 9F G : >4 $ 来 测 定 荧 光 参 数* # *C$ 和 浒 苔 自 身 营 养 增 殖 得 到 的 藻 体 #.C$.C 在测定前将样品在黑暗中适应 41 :; >之后测定 和 *C的形态如图 4 所示* 取.C和 *C用低温箱 荧光 诱 导 曲 线 设 置 1 个 不 同 光 化 光 分 别 为 在 2 M 内 带 回 实 验 室用 过 滤 灭 菌 海 水 清 洗 干 净 2 958+4 :82+084+/9: 和 489!:/0DM/ # :2 0 后选取形态大小适中的健康藻体置于 1 :'的 < $ * 在 1 种不同的光化光下测量达到稳态的相对 三角瓶内充气暂 养培 养温度设置 和海区一 致为,C$和 非 光 化 学 猝 灭 %7B 其 公 电子传 递 速 率 G 2 21 Q光强 5!:/0DM/ # : 0< $ * 培养液为 过滤灭菌的自然海水每两天更换一次* 式可以通过以下公式 ( 2 722 ) 计算! G,C$A %, C B1 1 B7&$ 式中 %, C 代表光系 统 * 的 有 效 光 合 效 率1 1是 指光 系 统 * 吸 收 的 光 能 占 总 入 射 7&$ 的 比 例 7&$是光化光强(!:/0DM/ # :2 0< $)* %7BA# M= 7MS MS =$ P = 式中M= 是暗适应 后 最 大 叶 绿 素 荧 光MS =是 打 开 光化光后的最大叶绿素* 数据处 理 6 6 本 实 验 数 据 处 理 使 用 G ; I; > 91 软件 显 著 性 分 析 采 用 68 F < 分 析 设 置 显 著 1* 水平为 :?1 26结果 '% $&]和 S的生长速率 *C和.C的 相 对 生 长 速 率 分 别 为 211/1 和 41192 J 6 N *C 的 相 对 生 长 速 率 比.C 高 约 图 $&营养增殖藻体$ ]% $,% 和孢子 繁殖藻体$ S% $ -% 形态比较 @ ;% $&A./ B<.1.; C,1C.0B,/ 4.7.95 <85 <,1 1 ;/.7 5 </.6;<D8 ;8 5,5 D8061 5 B1 C,5.7$ ]% $,%,72 ;/.79 /.0 5 <84 B./ 8 4 $ S% $ -% 841 29J# :?1 1$ # 图 2$ * '% '&]和 S的 U\ P曲线 *C的净光合 作 用 速 率 显 著 高 于.C# 图 / $ *C的最大光合作用 速 率 # ::? $ +光 合 效 率 # $$ 和 光合活性 # 76 $$ 分 别 比.C高 211//J+451:/J $% '&实验方法 生长测定66 每 两 天 测 定 一 次 藻 体 鲜 重 相 和 4/51 8:J# :?11 $ 而 *C的 呼 吸 作 用 速 率 # AC $ 和光补偿点# F # :?11 $ )$ 却显著低于.C 对生长速 率 # G F 0 ; HFIG /@ M G F$9$$ 按 照 以 下 分别为 511 9J和 121 2J但两者的光饱和点无显 公式进行计算!A?AA4 B# '>RD 7'>R $ 6 #< 著性差异# :>1 1$ # 表 4$ *! #!!$$$%& ' ( )* +, -%'.
期刘雅萌 等 不同增殖方式来源的绿潮藻浒苔藻体生长及光合生理特性差异 $$ & 图 和 5 的相对生长速率 表示不同处理间有显著性差异 (! & & #!,& -# #& ' % 5 )!-. 1 8 )! - 8./. )..-(.. -/.!-. - 图 和 5 光合作用 光强响应曲线 7 2 曲线 (! 7 2+$,& ' % 5 表 和 5 浒苔光合作用 光强响应曲线参数 7 # %# &#!+* &#& '7 2+$,&' % 5! ) +. 0. %$ +! (!! (!! & ( & (' # ( # (! + ### (!! (!!& ( # ( & (# (' 注 表示不同处理之间有显著性差异!! -. )!-. 1 8 )! - 8./. )..-(.. -/.!-. -!! 和 5 的相对电子传递速率 1 在不同的光强下 两种浒苔藻体的相对电子传递速率 / + 表现为不同的变化趋势 在高光 '#& 和 &, - $ 条件下 + 的相对电子传递速率 / + 均显著高于 +!! 而在中等光强下 &, - $ 这种差异不显著!! 图 # 和 5 的非光化学猝灭 7 对于藻体的非光化学猝灭 %* 来说 在高光下 '#& 和 &, - $ + 的 %* 显著高于 +!! 其他光强除 ', - $ 处理下 + 的 %* 显著高于 + 外!! 两种藻体的 %* 没有显著性差异!! 图 图 和 5 在不同光强下的相对电子传递速率 表示在同一光强下不同处理间有显著性差异 以下图中注释同此 (! & 1 ' % 5& $ & #!'& &%#!! %+& )!-. 1 8 )! - 8./. )..-(.. -.-( -/.!-. - -.!. /!! ).-.!.! -.8 ( 1 图 6 和 5 在不同光强下的非光化学猝灭 (! 6 &7 ' % 5& $ & #!'& &%#!! %+&
$$$ '!! 水 $ 产 $ 学 $ 报 卷 $ 讨论漂浮浒苔释放孢子后萌发形成藻体 + 的生长速率显著高于浒苔自身营养增殖得到的藻体 + 并且其最大光合作用速率 光合效率和光合活性均显著高于 + 呼吸作用速率和光补偿点均显著低于 + 说明 + 比 + 更具有生长优势 生长是植物体细胞生理学和生物化学变化的综合指标 而且每一种藻都有适宜的光强范围 当光照超过光补偿点时 藻体积累有机物才会生长 而当光强高于光饱和点时 可能会造成藻体色素含量和关键酶活性的下降 进而影响藻体光合作用和 生长 甚至同一种海藻 其不同繁殖模式 不同发育阶段 受其生长状态的影响 藻体对环境条件的响应与适应特征也会存在差异 高光下 + 的 / + 显著高于 + 同时 + 的 %* 高于 + 说明在室外情况下 通过自身营养增殖的浒苔比由孢子萌发形成的藻体对高光的适应能力更强 + 漂浮在海面上 在高光的条件下 有效的光保护机制可以减少光抑制和紫外线对藻体的 # % 伤害 当海水中营养盐浓度一定的情况下 海藻的营养盐吸收速率常常与单位海藻生物量的表面积成正相关性 而大型海藻营养盐吸收的 2 值与表 面积 $ 体积成负相关性 & 相较于 + + 形态细小更有利于吸收营养盐促进生长 氮 磷等营养盐是藻体生长必不可少的重要成分 其吸收速率必定影响藻体合成物质的能力 藻体吸收营养盐量的增加使同化作用增强 从而促进藻体的 生长 ' 浒苔适宜生长的温度为!! % 为最佳温度! 本实验采集样品时 海水温度为 # 并且近海岸营养盐丰富 两者皆有利于浒苔的生长发育 作为一种机会主义者的浒苔 当水域温度 营养盐等条件适宜 浒苔会大 量快速增殖 并且不断占领生态位!! 年青岛外海绿潮藻大规模暴发 根据研究表明 暴发的原因并非是当地污染 而是从长江口以北的黄海中部聚集而来 据报道 从初次发现浒苔到此后 浒苔覆盖区域增加了 倍以上 而后以更快的速度增长 导致生物量暴增的主要原因就是藻体的大量快速繁殖 # 浒苔漂浮种群与定生种群有着明显差异 漂浮浒苔放散生殖细 胞的能力是定生浒苔的近! 倍 并且漂浮浒苔聚集在海面上形成了优势种 充足的阳光进一步提高了藻体的光合作用和放散生殖细胞的 能力 % & 近岸海水的富营养化以及适宜的光强温度都 会有利于绿潮藻的繁殖生长 另外受海浪等环境条件影响 藻体很容易断开形成一些碎片 产生孢子 通过风浪的作用 漂浮藻体携带孢子可以扩散到更远的范围 同时 新生代藻体具有更强的 ' 生长和光合能力 使得浒苔大量增殖 % 综上所述 + 的生长速率和光合潜力更大 而 + 在高光下比 + 有着更强的光适应能力 这两种增殖方式形成的藻体各具有优势 在绿潮的发生过程中交替进行 从而使浒苔大量增殖 促进了绿潮的大规模暴发 但是影响浒苔绿潮暴发的原因复杂多样 其暴发机制还有待于进一步研究 参考文献 $!/./ /! % 7 6 '/.. -. -. / -! )! - 0 /. -!..!/) 1../ 1!!!1.. -!!' # % $. +!./ 2. ) 1 )!!, 1 )! ) -/ 8,.). ), - 1/..!)/!1! ) 1!! ' % $ 6! 1./1 1 )!. 1.! 0.1/..!1!. -.:. (.!!- /.%/.). 1!! && % # $:!.+ :! : '/.. -.8 /. 8/..&8!- 1,,!-:!- -!8!-!,! 1!!! % # $ # :2.. 1 2 9 1 * ' 6 /!/1. -!)/!1! )!..,! 8.!(..!!) - /. )!!/.% -.-!! & % & $ %! 1 9 0./ - -. :. (.! / 1 -.!/1. )!.1/..!1!!!!! % ) 1 )!..!/)!! # '! % ' ' $+! -./!. '.)!/, 1..- ).0. ).8 /!/.0./. /, 1..- ) ( -) ) -/ 1 -. 1/ /, 1 8 -( ) 1../! 8 1/...!(..!.)!/ 1!
期刘雅萌 等 不同增殖方式来源的绿潮藻浒苔藻体生长及光合生理特性差异 $$ '! 0 - &! %! $ #2.. 1 2# 1 5.) /. ). 8-. ( /!/1. -1/.. &-.!! :. (.!!!!) - /. /!8- ) 8 /.! /./ 8 /!)/!1!!/. % -.-!! &! # %# $! 5 : / 1!.0.,. - 8! 1! :. (.!1/.. &-.!!!!! )-!).! 1 )! )!! #& ' % # 范士亮 傅明珠 李艳 等!!!! 年黄海绿潮起源与发生过程调查研 究 海洋学报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李信 书 徐军田 姚东瑞 等 富营养化与生长密度对绿 潮藻浒苔暴发性生长机制的影响 水产学报! '!& % '$9 + 6! 1 9 6 5 1 5 +.!) 8 -. )!/!)-./ 8 /1! ) )!/!)- - -.,./!- /. -(,.). )-! ) 1 )! )!! # ' %' ' 徐军田 王学文 钟志海 等 两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制 生态学报! # ' %' ' $.. 6.! /.. -! -./,/.-!- 8, - -.- ) 1 -&/.,.) /0.!1!. -. ) -. - 8, - -!.)! 1. /! 8% ) 1 & ' %' $6! 1 *! %! ' -. -.,!/!.-./ 8, 1 8 * ).)-. 8/ -.* 1!, )! 1 ). -./!/. ). ).!! % 王超 乔洪金 潘光华 等 青岛奥帆基地海域漂浮浒苔光合生理特点研究 海洋科学!! %!$'. - /! -!!7./ +./.!-,.-(.. -.! -. 8, - -.- )..)-/ -/!, /-!. ) 1 8) /, 8 /. ). ). ) )!.-, )!)-! &'../! ;.)-! ' % $ ) /../ 1./ 6.!./ /, 8 /. ). ).!! -/ 0. )!- /8 //!,!.. - 8, - -. ), 1 8% - -.!!# %'! $2/!./# ' 2 /!-.( 8 /. ). ).,!/!.-./ 8 /-..-./!- 8* /. -!-.!. ) -!-../1 8. % - -...!/)!!#'! % $!, -. +. /.2 #!(. -./!)-.-(.. 1 -! -.,./!- /. -., 1 )!.) 1 8 0 ' 1!/-!., -!!/. 1 #! & %'! #$6 -. / -).!, 1 -) /0..( 8 /. ). )..- -!. -. -!-. 8 -., - -.- )!,,!/!- % - -...!/) & %' $!, % '!.!!, 1 - ) /0., (./8 - -!., - -.- )!)- 0 -!- ) -!!! % ' &$. %../.! &.. 2 4.&.,.. - -/ 1.,-!7. )/ &!!)/!1!.!/. ) 1 %/ 1/../.
$$$ '! 水 $ 产 $ 学 $ 报 卷 #' % '$# /-) * /. %!)7!/ + + -/!-. /. )-!.! 1 -!!-.. / 1.!.!)- 0 -. 7..-.! ) -!-!.! /. 8 -/ 1.!!- /!-. /! 8%! 7-..!/) ' & %& $6! 1 6 :! % ) 1 )! 8!)- //..!/) -.1/ (-! )- 8, /. /..!. * /, -!!/. ). )..-!!' & &! %& 王建伟 阎斌伦 林阿朋 等 浒苔 * 生长及孢子释放的生态因子研究 海洋通报!!' & &! %& $! 1 5: 9 5!,/.!/ - 8-. * / 8-1!-./ 1 )! 1 -.1/.. -.,.. %./ )! 8 ).! 0./ - 8!!- /! ). ).!! # &! %&!# 梁宗英 林祥志 马牧 等 浒苔漂流聚集绿潮现象的初步分析 中国海洋大学学报!! # &! %&!#!$ 1 - -..8.)- 8. 0 /. -! 8!)- / 1/ (- 0 1 ) -!,-!7./!-. 8 * # * 1! ).! 0./ - 8!! 丛珊珊 环境因子对浒苔 * 生长 生存状态和营养吸收影响的实验研究 青岛 中国海洋大学! $. 1 % 1,, /- - ) 1/..!)/!1!.! )!- / 8 -/ 1.,,! /). -. -!/. ) 1 )!,, )!-!!&&# #! %#! $ ) /. #..2'./!-!! ) /!1. 8,,.. - 8-.6!..!.1 @./../. -./ ) 1. #' ' % $ # *. : :! 1 * +. /).! /..!/). 8 / -/ - )!/!)-./ - ) 8 * 1! 0 /. -! %/ -.)-!!& # %#& 李大秋 贺双颜 杨倩 等 青岛海域浒苔来源与外海分布特征研究 环境保护!!& # %#& #$5! 1 6! 9.,/ )- 0. )!/!)-./ - ) 8-.8!- 1!1!. 1/.. -. /! 8! 1! ).! 0./ -!!# &!! %&!& 张华伟 马家海 胡翔 等 绿潮漂浮浒苔繁殖特性的研究 上海海洋大学学报!! # &!! %&!& $#! /! 7!./0!- -..8.)- 8! -!, - 8. )./!-. -. )- 8, /!-! / 4 8 /!- -. 1/..!1! *./ 1!/ /, -!0!../. ). ).!! && % &$+! *. # 9 6,!/. 8 8./. -,,!- 8 /1/.. -. - :. (.!! 1 1/ ) - /.! ). ).! & &!& %&! 田琪琳 任冬梅 穆新武 等 黄海南部海域绿潮浒苔不同种群繁殖特性比较 江苏农业科学! & &!& %&! '$'!. 9 :: * * -/!-.1 8 /-.,/ 8./!- 8 *! )!!- 0.,.). 81/.. -. ( - 8 /!- 8, /! 1! 8/!1. -!- %.!!.' $5! 1 96! 1! :!- ))../0.!!, -. -!,/,!1.! 7 8 * 8 / 1!1/.. -. -.:. (.!! /! 8,,. % ) 1!! ' %!
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