CO_%282%29和DIP对浒苔幼苗生长及光合特性的影响.pdf

第 卷 第 期 年 月海 洋 学 研 究 .王津果盛杨杰王续昆等.和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响.海洋学研究():.:.():.:.收稿日期:修回日期:基金项目:江苏省自然资源发展专项项目()江苏省高等学校大学生创业训练计划()江苏海洋大学人才引进科研基金项目()连云港市“花果山英才计划”()江苏省优势学科建设工程资助项目第一作者简介:王津果()女河南省许昌市人博士主要从事海洋生物遗传育种研究:.通信作者简介:周伟()男博士高级工程师主要从事水产育苗和养殖等研究:.和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响王津果盛杨杰王续昆倪嘉璇武卉刘卫国周伟(.江苏海洋大学江苏省海洋生物资源与环境重点实验室江苏 连云港 .自然资源部滨海盐沼湿地生态与资源重点实验室江苏 连云港 .江苏海洋大学江苏省海洋生物产业技术协同创新中心江苏 连云港 .汕头大学 理学院广东 汕头 .乳山市牡蛎协会山东 威海)摘 要:绿藻微观繁殖体具有快速生长和繁殖的特性是绿潮暴发重要的种子来源 以浒苔()微观繁殖体发育而来的幼苗为实验材料研究不同 水平(和 )和无机磷酸盐()浓度(.、.、.)下单因子及双因子交互作用对其生长和光合生理指标的影响 相对生长速率()、净光合速率()和呼吸速率()等生长指标显示:对 和 有显著影响(.)对、和均有显著影响(.)最大相对光合电子传递速率()、饱和光强()、有效光合量子产率()、光能利用效率()等荧光参数显示:对、影响显著(.)浓度升高使()、和 显著提高(.)双因子交互作用对 和()影响显著(.)、和类胡萝卜素等色素指标显示:、以及交互作用对 个指标影响均显著(.)高 水平明显抑制色素的合成并且随着 浓度升高抑制程度加剧 个指标与 均呈正相关 研究表明高 水平和高 浓度会明显促进浒苔幼苗的生长为绿潮的暴发提供了有利条件关键词:浒苔微观繁殖体无机磷酸盐生长光合生理中图分类号:.文献标志码:文章编号:():.引言大型海藻在近海海洋生态系统中发挥着关键作用例如:为海洋生物提供了多样化的栖息地和繁殖场所通过光合作用固定 降低大气中 的累积大量吸收海水中氮、磷等营养物质降低海水富营养化程度和有害赤潮的发生几率 然而有一些广温、广盐性的海藻因其强大的营养盐吸收能力和高耐受性会在特定环境下暴发性生长、聚集引发绿潮 绿潮在我国已持续发生 年为黄海海域常态化的自然灾害之一对江苏和山东沿海等地的生产、生活产生了诸多不良影响浒苔()是黄海绿潮的常见种其生活史包括孢子()、配子()、合子()、微观繁殖体和藻体等阶段 微观繁殖体泛指只进行营养繁殖的细胞团、单细胞或组织块等它具有强大的繁殖和抗逆能力会在条件适宜时出现暴发性生长 浒苔微观繁殖体是绿潮“种子库”在绿潮暴发的早期阶段发挥着关键作用由于密集的人类活动大气 水平从工业革命开始时的 升高到了目前的 大气 升高使得海洋吸收 增加引起海水中 降低和、升高而 增加会导致表层海水 降低发生海洋酸化 近年来有关 升高和海洋酸化对大型海藻的影响逐渐成为研究热点 一些研究表明 升高促进了红藻坛紫菜()、绿藻缘管浒苔()、裂片石莼()和石莼()等大型海藻的生长也有研究表明高浓度 抑制如红藻龙须菜()、褐藻墨角藻()、绿藻仙掌藻()等大型海藻的生长还有一些研究发现 升高对绿藻()、褐藻马尾藻()、红藻宽扁叉节藻()、珊瑚藻()、栉齿藻()、凹顶藻()等大型海藻的生长没有影响另有研究表明海洋酸化普遍促进硬石莼()早期阶段藻体的生长但抑制其晚期阶段的生长 大量研究表明大型海藻生长对 升高和海洋酸化的响应具有明显的种间差异性和发育阶段差异性近岸海水中氮、磷等物质的增加会引起海水富营养化也会对大型海藻生长、光合生理和生化组成产生影响 氮、磷浓度的增加能显著提高成体浒苔的相对生长速率、叶绿素荧光参数和净光合速率提高日本糖海带()的相对生长速率促进其 和可溶性蛋白的合成 有研究发现相较于氮磷对温带近岸海域石莼属海藻的生长更为重要并且海水中无机磷酸盐()会与温度、光强等环境因子产生交互作用 目前有关磷对绿潮藻生长以及生理生化的研究多针对藻的成体阶段针对早期阶段如微观繁殖体、幼苗的相关研究较少选取 和 两个因子探索单因子及交互作用对浒苔幼苗生长和光合生理特性的影响为进一步揭示浒苔绿潮早期暴发原因和绿潮的预警防控提供基础数据和科学支撑 材料与方法.幼苗来源及培养条件含浒苔微观繁殖体的海水于 年 月 日采 自 江 苏 省 南 通 市 小 洋 口 附 近 海 水 养 殖 场(.)用孔径 筛绢过滤去除海水中的藻丝体和大型浮游植物低温避光带回实验室 取过滤水样 置于灭菌烧杯中加 培养基和 以抑制硅藻的生长置于培养箱(宁波江南)中通空气培养 周控制温度为 、光合有效辐射为 、光周期为 实验开始时幼苗高度为.实验设计实验设置 和 个因子其中 分别为()和 ()个水平 个 梯度:()、.()和.()实验共设 个不同的 和 组合(:和 .:和 :和 :和 :和 .:和 )每个组合设 个平行以 处理组(和 )为对照组 为正常大气 水平通过直接向光照培养箱泵入空气实现 通过 植物培养箱(武汉瑞华)来控制 浓度通过 来调节 取(.)幼苗置于 通气培养瓶中瓶中装 灭菌海水(用.滤膜过滤)按 的比例添加 培养基培养瓶置于相应植物培养箱培养 培养箱温度为 、光合有效辐射为 每 天添加 次培养基王津果 等:和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响.海水碳酸盐系统参数的测定采用 计()测定 值总碱度()根据 滴定法测定其他海水碳酸盐系统参数根据 和 值计算得到.相对生长速率的测定和计算每 天测定一次藻体质量 用镊子取出藻体吸水纸轻轻吸干表面水分快速称重 相对生长速率()计算公式如下:()()式中:为第 天藻体的质量为实验开始时(第天)藻体的质量 为培养天数.叶绿素荧光参数的测定和计算采用手持式 叶绿素荧光仪(捷克)测定不同光合有效辐射()下的有效光合量子产率 ()根据 和()计算相对光合电子传递速率()公式如下:().()式中:()指光系统 的有效光合量子产率.为光系统 吸收的光量子占总光量子的比例 分别为 和 对 和 值进行拟合获得快速光响应曲线计算最大相对光合电子传递速率()、光能利用效率()及饱和光强()公式如下:()()式中:、为拟合参数 ()()()().呼吸速率和净光合速率的测定和计算将藻体剪成 左右的小段在培养条件下适应 以上减小机械损伤造成的误差 在反应槽中加入 纯水充分搅拌 使其达到氧饱和温度控制在 称取约.藻体在黑暗环境中适应 置于含 培养基的反应槽中待测反应槽避光采用液相氧电极(美国)测定溶解氧百分比值每间隔 测定一次并记录数值当连续 次测定数值变化幅度在.时停止测定 根据 的方法计算呼吸速率()公式如下:(.)()式中:.为 时水中氧气的饱和溶解度 为时间单位转换进率 代表稳定后每隔 溶解氧百分比差值的平均值 为反应槽中的培养基体积 为藻体的质量同样采用液相氧电极测定培养条件下(为 )反应槽中溶解氧百分比值每隔 测定一次并记录数值当连续 次数值变化幅度在.时停止测定 根据 方法计算净光合速率():(.)().色素的测定和计算称取.藻体置于离心管中加入 无水甲醇于冰箱()中放置 离心取上清液用分光光度计分别测定、波长下的吸光度值 根据各波长下的吸光度值计算叶绿素()、叶绿素()、类胡萝卜素()的含量公式如下:.().()(.)()式中:为 的含量 为 的含量为 的含量、分别为 、波长处的吸光度值.数据统计及分析采用 .软件进行作图和统计分析 分别用 检验和 检验数据的正态性和方差齐性 利用单因素方差分析和 多重比较检验和 处理组间的差异显著性利用双因素方差分析检验 和 的交互作用对浒苔幼苗生长、生理的影响以 .作为差异显著性水平 结果与分析.和 对海水碳酸盐系统的影响如表 所示水平显著影响海水碳酸盐系统参数(.)但在 条件下 处理组的 显著高于 处理组(.)表 不同处理组的海水碳酸盐系统参数.处理组()()()()().注:不同字母表示不同处理组间差异显著(.).和 对相对生长速率的影响和 对浒苔幼苗 均有显著影响(.)如图 所示在同一 水平下 随着 升高增加相同 培养条件下 处理组 高于 处理组随着 浓度增加组间的差异增大 其中在、培养条件下不同 处理组间差异不显著(.)在 培养条件下 处理组 显著高于 处理组(.)增幅为.图 不同处理下浒苔幼苗的相对生长速率.(不同小写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.不同大写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.表示同一 浓度下不同 处理组间差异显著.)(.).)对其存在显著影响(.)二者交互作用显著(.)如图 所示()随着 增加而升高在 培养条件下达到高值.()、.()比在 条件下分别提高了.、.图 不同处理下浒苔幼苗的有效光合量子产率.(不同小写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著 .不同大写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著 .)(.).)通过快速光响应曲线(图)可以看出各处理组的 均表现为先随 的增加而升高后逐渐趋于平稳的趋势其中 和 组的 值较高 由该曲线计算得出的、和 如表 所王津果 等:和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响示 和 对 存在显著交互作用(.)在同一 水平下、均随着 浓度的增加而升高水平显著影响 与(.)在 培养条件下 处理组的、水平显著低于 处理组(.)图 不同 下浒苔幼苗的相对光合电子传递速率.和 对净光合速率和呼吸速率的影响和 单因子对 的影响显著(.)如图 所示随着 浓度的增加而升高同一 浓度下 处理组的 值均高于 处理组其中高 浓度()下的两 处理组间的差异显著(.)对 存在显著影响(.)图 显示同一 水平下随 浓度的增加而降低 条件下不同 处理组间的 差异不显著(.)条件下 处理组的 值最高为.与 处理组无显著性差异(.)但显著高于 处理组()增幅为.表 不同处理下浒苔幼苗的最大相对光合电子传递速率()、光能利用效率()与饱和光强().()()().处理组最大相对光合电子传递速率()()光能利用效率()饱和光强()().注:不同小写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著()不同大写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著()表示同一 浓度下不同 水平处理组间差异显著()图 不同处理下浒苔幼苗的净光合速率()和呼吸速率().()().(不同小写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.不同大写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.表示同一 浓度下不同 处理组间差异显著.)(.)海 洋 学 研 究 卷 期.和 对色素的影响、单因子和二者交互作用均显著影响浒苔幼苗的 、和 的含量(.)如图 所示同一 水平下 含量随着 浓度的增加而升高其中在 条件下 和 处理组 含量均达到高值(.)二者间存在显著差异(.)分别为 .和.、呈现出与 相同的变化趋势(图)同一 水平下随着 浓度的增加色素含量升高在、条件下 处理组的 和 含量显著低于 处理组(.)图 不同处理下浒苔幼苗的叶绿素()、叶绿素()与类胡萝卜素()含量.()()().(不同小写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.不同大写字母表示在 条件下不同处理组间差异显著.表示同一 浓度下不同 处理组间差异显著.)(.)讨论大气 升高促进大型海藻的光合作用这在红藻坛紫菜、褐藻钝马尾藻(.)和绿藻缘管浒苔、裂片石莼、石莼中均有报道 本研究中高 水平提高了浒苔幼苗的相对生长速率和净光合速率(图)与前人的结果一致 许多大型海藻在长期进化过程中形成了无机碳浓缩机制()可以主动转运 进入细胞 大气 水平升高使海水碳酸盐系统发生变化水体中 和 浓度增加 通过 大型海藻获得了更多的碳源进行光合作用增加固碳量 另外研究显示高 水平使幼苗光合色素含量显著下降(图)这可能与大型海藻的“光合色素经济性”有关 色素合成减少节省能量用于其他代谢产物如可溶性碳水化合物、蛋白质及硝酸还原酶等的合成从而促进了藻体生长磷是大型海藻生长所需的关键因子它既是遗传物质核酸的重要组分也是光合磷酸化过程中三磷酸腺苷()形成的关键元素 研究发现当 浓度由.增加到.时钝马尾藻的净光合速率增加近 倍 在本研究中高浓度()使浒苔幼苗的净光合速率较对照组()增加了 左右(图)同时有效光合量子产率(图)、最大相对光合电子传递速率和光能利用效率(表)也均有提高表明 升高促进了浒苔幼苗的光合作用对其生长有利 并且本研究中 浓度增加促进了幼苗色素的合成(图)与其他藻类如石莼属、钝马尾藻、日本糖海带等的研究结果一致这些研究认为高浓度 可能刺激一些与色素合成相关酶的生成和 的交互作用对生长和光合生理特性的影响在其他大型海藻中也有研究如二者协同影响龙须菜、缘管浒苔的相对生长速率、净光合速率、光合王津果 等:和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响色素和蛋白质含量 本研究结果显示和 对相对生长速率、净光合速率、呼吸速率等指标的交互作用不显著但 或 单因子对 个指标的影响均显著 高水平和 在抑制幼苗的呼吸速率的同时提高其光合速率从而对生长起到促进作用 另外幼苗的饱和光强随 的增加而升高随的升高而降低这与南方石莼(.)、条斑紫菜()的结果不同表明 和 对大型海藻的交互作用存在种属特异性 结论本文研究了 和 对浒苔微观繁殖体发育而来的幼苗的生长和光合生理特性的影响结果表明高 水平提高了幼苗的相对生长速率、净光合速率和光能利用效率等指标抑制 、和类胡萝卜素合成高 浓度显著提高了相对生长速率、净光合速率、最大相对光合电子传递速率、光能利用效率、饱和光强及色素含量等指标抑制其呼吸速率 综上所述高 水平和 浓度会促进浒苔幼苗的生长为浒苔绿潮的暴发提供有利条件 未来海洋酸化和富营养化的环境可能会使浒苔绿潮暴发的可能性增加参考文献():.():.杨宇峰宋金明林小涛等.大型海藻栽培及其在近海环境的生态作用.海洋环境科学():.():.:.():.沈颂东.“微观繁殖体”溯源.海洋与湖沼():.():.():.:.():.():.():.:.():.().():.:.().:.:.:.海 洋 学 研 究 卷 期:.():.():.().():.().():.().():.().:.():.():.:.():.():.():.:.():.():.:.:.():.:.():.():.():.:.().():.():.王津果 等:和 对浒苔幼苗生长及光合特性的影响 (.):.()()(.).()()()(.).(.).(.)(.).()()()()().(.).()(.).(.).(.).(.).:(责任编辑:徐晓群)海 洋 学 研 究 卷 期