海洋硅藻对不同氮源及氮磷比的生理学响应.pdf

第3 2卷第2期2 0 2 3年6月江苏海洋大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f J i a n g s u O c e a n U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.3 2 N o.2J u n.2 0 2 3 D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 6-8 2 4 8.2 0 2 3.0 2.0 0 5海洋硅藻对不同氮源及氮磷比的生理学响应*吴亚平1,贾 非1,侯 睿2,李 伟3(1.江苏海洋大学 海洋科学与水产学院,江苏 连云港 2 2 2 0 0 5;2.江苏省苏力环境科技有限责任公司,江苏 南京 2 1 0 0 2 9;3.黄山学院 生命与环境科学学院,安徽 黄山 2 4 5 0 2 1)摘 要:近海,特别是河口区域,氮营养盐形态多样,且氮磷营养盐比例变化幅度大,对近海浮游植物的生理过程有着明显的调控作用。以河口常见硅藻三角褐指藻为研究对象,培养于不同形态氮及氮磷比营养盐中,发现三角褐指藻均在第4天进入对数生长期,细胞浓度快速增加,并在第8至第9天达到峰值,对应的藻液p H也呈现相同模式。在生长初期,NH+4为氮源的比生长速率明显比NO-3处理组高,而在生长的中后期阶段,NH+4处理组的三角褐指藻生长速度下降更快。在生长初期至平台期,细胞的光化学效率及光合参数未受氮源和氮磷比的影响,而在氮磷比(物质的量比)为6 41,即磷限制时,比生长速率和各项光合生理参数,如最大电子传递速率r E T Rm a x、光饱和点Ik和光能利用效率,在生长各阶段均出现显著下降。结果表明,铵盐对硅藻初期生长的促进作用更为显著,当细胞浓度达到平台期后,不同形态氮处理间差异很小。另外,虽然消亡期细胞浓度下降幅度很小,但r E T Rm a x与光能利用效率却明显降低,说明这两种参数可作为关键指标来判断藻华所处生长周期。关键词:三角褐指藻;营养盐;氮磷比;光合作用中图分类号:X 1 7 3 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 6-8 2 4 8(2 0 2 3)0 2-0 0 3 0-0 9P h y s i o l o g i c a l R e s p o n s e s o f M a r i n e D i a t o m t o D i f f e r e n t N i t r o g e n S o u r c e s a n d N/P R a t i o sWU Y a p i n g1,J I A F e i1,HOU R u i2,L I W e i3(1.S c h o o l o f M a r i n e S c i e n c e a n d F i s h e r i e s,J i a n g s u O c e a n U n i v e r s i t y,L i a n y u n g a n g 2 2 2 0 0 5;2.S u L i E n v i r o n m e n t a l T e c h n o l o g y C o.,L t d.,N a n j i n g 2 1 0 0 2 9,C h i n a;3.S c h o o l o f L i f e a n d E n v i r o n m e n t S c i e n c e s,H u a n g s h a n U n i v e r s i t y,H u a n g s h a n 2 4 5 0 2 1,C h i n a)A b s t r a c t:O f f s h o r e,e s p e c i a l l y i n t h e e s t u a r y a r e a,t h e c o n c e n t r a t i o n a n d r a t i o s o f n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s n u t r i e n t v a r y a l o t,w h i c h p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e i n m e d i a t i n g t h e p h y s i o l o g y o f p h y-t o p l a n k t o n.P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u t u m w a s c u l t u r e d u n d e r d i f f e r e n t n i t r o g e n s o u r c e s a n d N/P r a t i o s t h a t s i m u l a t e d t h e c o n d i t i o n s o f e s t u a r i n e a r e a s.R e s u l t s s h o w e d t h a t c e l l s e n t e r e d i n t o t h e l o g a r i t h m i c p h a s e s i n c e t h e 4 t h d a y,w i t h c e l l c o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e d r a p i d l y,a n d r e a c h e d p e a k v a l u e s b e t w e e n t h e 8 t h t o 9 t h d a y,t h e c o r r e s p o n d i n g p H v a l u e s h o w e d s i m i l a r p a t t e r n a s a l g a l c u l t u r e.I n t h e e a r l y s t a g e,t h e g r o w t h r a t e o f c e l l s w i t h NH+4 a s t h e N s o u r c e w a s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h a t o f t h e NO-3 t r e a t m e n t,w h i l e i n t h e m i d d l e a n d l a t e s t a g e,t h e g r o w t h r a t e o f t h e*收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 8;修订日期:2 0 2 3-0 2-2 0基金项目:国家自然科学基金资助项目(4 1 8 7 6 1 1 3);江苏省高等学校基础科学(自然科学)研究重大项目(2 1 K J A 1 7 0 0 0 1);江苏省高校“青蓝工程”资助项目作者简介:吴亚平(1 9 8 1),男,安徽当涂人,教授,博士,研究方向为海洋藻类生理生态学,(E-m a i l)y p w u j o u.e d u.c n。NH+4 t r e a t m e n t d e c r e a s e d f a s t e r.F r o m t h e e a r l y t o t h e p l a t e a u s t a g e,t h e p h o t o s y n t h e t i c p a r a m-e t e r s o f t h e c e l l s w e r e n o t a f f e c t e d b y t h e N/P r a t i o s,w h i l e t h e g r o w t h r a t e a n d v a r i o u s p h o t o-s y n t h e t i c p h y s i o l o g i c a l p a r a m e t e r s,s u c h a s t h e m a x i m u m e l e c t r o n t r a n s p o r t r a t e(r E T Rm a x),l i g h t s a t u r a t i o n p o i n t(Ik)a n d l i g h t u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y(),w e r e a l l s i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e d w h e n N/P w a s 6 4 1.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t a mm o n i u m p r o m o t e d t h e g r o w t h o f d i a t o m s m o r e s i g n i f i c a n t l y t h a n n i t r a t e i n t h e e a r l y s t a g e,w h i l e n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n n i t r o g e n f o r m s i n t h e p l a t-e a u s t a g e.I n a d d i t i o n,a l t h o u g h t h e d e c l i n e o f c e l l c o n c e n t r a t i o n i n t h e d e c a y s t a g e w a s s m a l l,r E T Rm a x a n d l i g h t u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y w e r e s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d,i n d i c a t i n g t h a t t h e s e t w o p a-r a m e t e r s c a n b e u s e d a s k e y i n d i c a t o r s t o d e t e r m i n e d t h e g r o w t h s t a g e o f a l g a l b l o o m s.K e y w o r d s:P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u t u m;n u t r i e n t s a l t;N/P r a t i o;p h o t o s y n t h e s i s0 引言近岸海域生物资源丰富,但也易受人类活动影响。随着社会的发展,农药化肥使用、工业废水排放等各类生产行为加速了氮磷等营养元素随着地表径流向海洋的输送1。就我国近海情况而言,有研究表明长江入海口的硝酸盐浓度在4 0年间增加了约3倍,而磷酸盐浓度增加了0.3倍2。总体上氮磷营养盐的分布呈从长江口至外海递减的趋势,且垂直分层较为明显3。目前,近海氮磷浓度的升高已在世界各地造成较为严重的富营养化现象,导致较高水平的浮游植物生物量4,及低氧和缺氧区的形成等5-6,其中有毒有害藻华的发生已经给许多沿海国家造成巨大损失7。由此可见,近海的富营养化已经成为了一个很突出的海洋环境问题,引起了公众、学界和政府的广泛关注8。营养盐是海洋浮游植物生长繁殖的物质基础,大部分海域的浮游植物生长会受到营养盐(氮、磷、铁、硅等)限制的影响9。氮和磷是浮游植物体内多种有机化合物的重要组成元素,支持浮游植物的生长和光合作用。氮磷限制会直接影响藻体细胞中蛋白质、色素、碳水化合物、核酸、脂肪酸和细胞多糖等的合成,对浮游植物的光合作用造成直接影响1 0-1 1,从而降低浮游植物的生长1 2。浮游植物也进化出了响应营养盐限制的适应机制。以硅藻为例,在生理适应上,羽纹纲硅藻可以利用上下壳在壳缝间的滑动来控制自身的浮力,从而在水体中上下移动,并迁移至营养盐丰富的地方1 3;在生化适应上,三角褐指藻可以在氮限制时上调三羧酸循环以及脂肪酸合成的相关途径,以提升脂质在细胞内的积累,同时上调尿素循环 途径以提 高细胞 对 氮 元 素 的 利 用率1 4;磷限制时,硅藻可以上调碱性磷酸酶的表达来促进其对有机磷的吸收1 5,或使用一种不含磷的脂质代替磷脂以维持细胞膜系统的稳定1 6;在种间竞争上,有着较高氮磷营养盐浓度的河口中,硅酸盐将会成为限制因子,从而导致浮游植物种类的组成向非硅藻类的方向转变1 7。作为有机生命体生存的物质基础,营养盐是浮游植物生长的主要限制性因素1 8。在一定浓度范围内,营养盐的加富可以促进浮游植物的生长,但是营养盐浓度过高又会对浮游植物的生长造成不利影响,这是因为植物的生长取决于处在最小量状况的必需物质,或者称之为限制因子。R e d f i e l d指出正常情况海水中的碳氮磷比值约为1 0 61 61(R e d-f i e l d r a t i o)(物质的量比)。所以,当氮磷比为3 0左右时,磷会成为限制性元素,而当氮磷比为5左右时,氮则会成为限制性元素。对于海洋藻类,NO-3,NH+4和P O3-4是它们最重要的营养来源,虽然受输入性营养盐的影响,NO-3,NH+4和P O3-4的浓度水平在不断增高,但有时也会在特定的时间、空间下成为限制因素,如海水表层营养盐浓度冬季最高,春秋季次之,夏季最低。而氮磷的限制则可能会对浮游植物的生长速率、生理生化和群落结构等造成重大影响1 5。在海洋、淡水以及河口生态系统中均有广泛分布的硅藻,是全球初级生产力的主要贡献者1 9,占海洋初级生产力的4 0%以上2 0。在沿岸海域,硅藻凭借其对营养盐的高吸收速率以及较快的生长速率而大量繁殖,成为优势种群2 1,而硅藻藻华的暴发会大量吸收海水表层中的营养元素合成有机物质。随着藻华的消退,这些有机质会沉降到海底或者通过浮游动物的捕食而进入食物网,从而形成由生物介导的海洋营养元素的循环2 2。所以,硅藻一直是13 第2期吴亚平等:海洋硅藻对不同氮源及氮磷比的生理学响应海洋生态学研究的重点。前期研究发现,硅藻具有多种无机氮的利用能力,上升流会携带多种氮营养盐,同时有些共生微生物更可以通过生物固氮作用,间接为硅藻提供必须的氮营养盐2 3。然而,目前大多数实验室内的研究都是基于氮磷营养盐充足的条件下进行的,并且硅藻常用的培养基F/2中仅仅使用了NO-3作为氮源,这使得实验室控制下的环境因素与自然海水环境在营养盐浓度水平上存在较大的差异。对此,本文拟采用典型硅藻三角褐指藻,测定它在分别使用NO-3,NH+4作为氮源,以及氮磷物质的量之比(以下称“氮磷比”)分别为41,1 61和6 41情况下的关键光合生理指标,探究自然营养环境变化下硅藻的生理学响应及其与藻华暴发的关系。1 材料与方法1.1 实验仪器实验所用主要仪器:G X Z光照培养箱(宁波江南仪器厂),SW-C J-I F超净工作台(苏州安泰空气技术有限公司),Y X 0-L S-5 0 S H立式压力蒸汽灭菌锅(上海博讯实业有限公司医疗设备厂),S-2 1 0 p H计(美国梅特勒-托利多),DM 5 0 0显微镜(德国徕卡),A q u a P e n-C A P-C 1 0 0调 制 叶 绿 素 荧 光 仪(捷 克P S I)。1.2 藻种和培养条件本实验选取的藻种为分离自长江口的三角褐指藻。实验前,藻种接种并预培养于F/2加富的人工海水培养基中,置于光照培养箱中培养,温度与光照强度分别设置为2 0 和1 5 0 m o l/(m2s),光暗比为1 2 1 2。采用半连续培养法,即根据生长速率,每日用新鲜培养基稀释一次,控制细胞浓度在一定范围内,以维持对数增长期。培养期间,每日手动摇瓶3 4次。实验开始时,以2 0 0个/m L的初始浓度将三角褐指藻接种于6种不同氮磷处理的F/2加富人工海水中,每个处理组设置3个平行,放入光照培养箱中培养,培养温度设置为2 0,光照强度设置为1 5 0 m o l/(m2s),光暗比1 2 1 2,采用分批培养法。1.3 营养盐调控在不改变F/2培养基中其他营养元素(除氮、磷)的条件下,分别使用终浓度为8 0 m o l/L的两种不同形态氮(N a NO3和NH4C l),按照3种氮磷比,即4 1,1 6 1,6 4 1,来添加相应量的N a H2P O4,从而获得不同氮磷比的人工加富海水。1.4 光合生理参数的测量与测定(1)p H。每日取1 0 m L藻液使用p H计监测p H变化。(2)叶绿素荧光。每日暗周期末取藻液2 m L使用调制叶绿素荧光仪测量最大光化学效率Fv/Fm,Fv为可变荧光,Fm为暗适应后的最大荧光。(3)细胞浓度及对数增长期比生长速率。取藻液1 0 0 L,加入到血细胞计数板上,置于显微镜下计数并计算细胞浓度与对数增长期的比生长速率。具体计数时统计视野中所有的细胞个数,每个样品计数两次,每个平行取两次样品,得4个数值,除去最大值和最小值,取剩余两值的平均值记为该平行的细胞浓度。以细胞浓度自然底数的对数值绘图,取直线段数据进行线性拟合,所得斜率即为对数增长期的比生长速率。(4)光响应曲线测定。在对数增长期、平台期以及消亡期取藻液加入至5 0 m L离心管中,在稳定光源(1 5 0 m o l/(m2s)下光适应1 0 m i n后,取2 m L藻液使用调制叶绿素荧光仪测量光响应曲线。1.5 数据分析使用O r i g i n 8.5对实验数据进行分析并制图。调制叶绿素荧光仪测定的有效光化学效率(e f-f e c t i v e q u a n t u m y i e l d,E QY)计算式为E QY=(Fm-Fo)/Fm。(1)式中,Fm是最大有效荧光,Fo是调制测量光(0.0 1 m o l/(m2s)下的最小荧光。为了更好地进行各处理组间的比较,将E QY转换为相对值,将0时刻的初始值设为1,所有后续值均相应归一化为相对光化学效率。相对电子传递速率(r E T R)计算公式为r E T R=0.5E QYP A R。(2)式中,E QY为叶绿素荧光仪测得的有效光化学效率,P A R表示光强,0.5表示有5 0%的光量子被光系统吸收利用。光响应曲线使用拟合公式2 4,得到光合作用的关键参数:P=Pm t a n h(P A R/Pm)。(3)式中:P A R表示光强,P表示相对电子传递速率(r E T R),Pm和由公式拟合得到,Ik=Pm/,Pm代表最大电子传递速率(r E T Rm a x),代表光系统对光能的利用效率,Ik为光饱和点。显著 性 分 析 采 用 单 因 素 方 差 分 析(O n e-w a y ANOVA)和T u k e y t e s t检验,显著性水平设置为9 5%(p=0.0 5)。23江苏海洋大学学报(自然科学版)2 0 2 3年6月2 结果不同氮磷处理下,三角褐指藻的细胞浓度在前3天无显著变化,在第4天开始呈指数增长。氮磷比为41和1 61的培养液的细胞浓度于第9天升至峰值,然后缓慢下降进入消亡期,而氮磷比为6 41的处理组的培养液细胞浓度在第8天达到峰值(见图1)。氮磷比为41的NH+4处理组有着最高的峰值以及实验结束时的细胞浓度,而氮磷比为1 61时NO-3 处理组的细胞浓度略高于NH+4处理组的细胞浓度,当氮磷比为6 41时,NO-3 处理组与NH+4处理组的细胞浓度间无显著性差异(p=0.6 3 8)。氮磷比为41,1 61和6 41时,各处理组峰值的 细胞浓度(1 04个/m L)分 别 为NO-31 3 1.05.3,1 2 9.35.1,9 0.07.0;NH+41 4 4.70.6,1 1 7.36.4,7 6.08.5。在实验结束时的细胞浓度(1 04个/m L)分别为NO-31 0 6.72.9,1 1 1.03.5,6 1.02.0;NH+41 2 2.32.1,9 6.06.6,5 8.33.8。NO-3处理中氮磷比为41和1 61的两组细胞浓度间无显著性差异(p=0.3 6 1)。其余同形态氮的不同氮磷比处理组的细胞浓度间差异显著(p 0.0 5)。a 硝酸盐为氮源b 铵盐为氮源图1 不同氮磷比处理下的细胞浓度变化F i g.1 C h a n g e s i n c e l l c o n c e n t r a t i o n u n d e r d i f f e r e n t N/P r a t i o s不同氮磷比处理下培养液的p H变化情况如图2所示。在不同氮磷处理组中,三角褐指藻培养液的p H均呈相同的变化模式,即在前4天p H保持基本不变,从第5天开始快速升高,并于第8天或第9天升至峰值,之后缓慢下降,直至第1 2天实验结束。氮磷比为41,1 61和6 41时,各处理组峰值时的p H分别为NO-3:9.7 4 80.0 0 2,9.8 3 30.0 0 6,9.5 0 90.0 0 3;NH+4:9.7 2 80.0 0 2,9.8 1 90.0 0 3,9.4 6 50.0 0 5。不同氮磷比处理组的p H间差异显著。a 硝酸盐为氮源b 铵盐为氮源图2 不同氮磷比处理下培养液p H变化F i g.2 p H c h a n g e s o f c u l t u r e m e d i u m u n d e r d i f f e r e n t N/P r a t i o s不同氮磷比处理下三角褐指藻整个培养周期的比生长速率如图3所示。在两种形态氮源处理下,三角褐指藻在接种初期的比生长速率基本为0,在进入对数生长期后,NO-3处理组的比生长速率最高达到1.7 0 d-1(见图3 a),而NH+4处理组达到2.5 d-1左右(见图3 b)。对于整个对数增长期NO-3处理组的平均比生长速率为41时最高,1 61时次之,6 41时最低,而在NH+4处理中为1 61最高,41时次之,6 41时最低。两种氮营养盐处理的最高比生长速率出现在氮磷比为1 61的NH+4处33 第2期吴亚平等:海洋硅藻对不同氮源及氮磷比的生理学响应理组(见图3 c)。a 硝酸盐为氮源b 铵盐为氮源c 处理组注:图c中a和b表示硝酸盐为氮源时不同氮磷比下比生长速率间的差异,1和2表示铵盐为氮源时的差异。图3 不同氮磷比处理下三角褐指藻整个培养周期的比生长速率F i g.3 S p e c i f i c g r o w t h r a t e o f P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u-t u m a t d i f f e r e n t d a y s u n d e r d i f f e r e n t N/P r a t i o s对于不同氮源及氮磷比处理,三角褐指藻生长过程中Fv/Fm值变化呈相同模式,即从第1天开始快速上升,于第4天上升至最大值并保持稳定直至第6天。之后氮磷比为41和1 61处理组的Fv/Fm值开始缓慢降低,而氮磷比为6 41处理组的Fv/Fm值以较快速度降低(见图4)。相同形态氮处理组中,氮磷比为41和1 61处理组的Fv/Fm值间无显著性差异(p=0.1 8 6和0.9 1 8),而氮磷比为6 41处理组的Fv/Fm值显著比另外两组低(p平台期消亡期。同一生长阶段的NO-3和NH+4处理中,电子传递速率在氮磷比为41和1 61时相当,且高于氮磷比为6 41时;随着三角褐指藻的生长,在消亡期,氮磷比为41的处理组电子传递速率显著高于氮磷比为1 61的处理组。不同生长期藻细胞光能利用效率、最大电子传递速率r E T Rm a x及光饱和点Ik如图6所示。在对数增长期,值随氮磷比的增大而略微降低,不同形态氮处理间差异不显著。在平台期,氮磷比41处理组的值开始降低,并于消亡期降至3个氮磷比处理组中的最低值(见图6 a)。在相同氮磷处理下r E T Rm a x:对数增长期平台期消亡期。同一生长阶段氮磷比为41和1 61条件下r E T Rm a x相当,且大于6 41条件下(见图6 b)。同一生长阶段Ik值在氮磷比41时最高,1 61次之,6 41最低,且随着三角褐指藻的生长,氮磷比间的Ik值差异更为显著,当氮磷比相同时,NO-3处理组的Ik大于NH+4处理组(见图6 c)。43江苏海洋大学学报(自然科学版)2 0 2 3年6月a 硝酸盐为氮源,对数增长期 b 铵盐为氮源,对数增长期c 硝酸盐为氮源,平台期 d 铵盐为氮源,平台期e 硝酸盐为氮源,消亡期 f 铵盐为氮源,消亡期图5 不同氮源及氮磷比处理下不同生长时期三角褐指藻的光响应情况F i g.5 L i g h t r e s p o n s e c u r v e s o f P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u t u m a t d i f f e r e n t p e r i o d u n d e r d i f f e r e n t n i t r o g e n s o u r c e s a n d N/P r a t i o sa 光能利用效率b 最大电子传递速率r E T Rm a x53 第2期吴亚平等:海洋硅藻对不同氮源及氮磷比的生理学响应c 光饱和点Ik注:图中不同字母代表处理组间存在显著性差异。图6 不同生长时期藻细胞光能利用效率,最大电子传递速率r E T Rm a x及光饱和点IkF i g.6 L i g h t u t i l i z a t i o n e f f i c i e n c y,m a x i m u m e l e c t r o n t r a n s p o r t r a t e r E T Rm a x a n d l i g h t s a t u r a t i o n p o i n t Ik a t d i f f e r e n t p e r i o d3 讨论对于海洋浮游植物细胞,研究人员经常使用其体内氮磷元素物质的量比1 61,作为判断它们的生长是否受到营养盐限制的标准。然而,不同的浮游植物对营养盐的需求是存在差异的,其生长的最佳氮磷比往往是变化的,并且可利用氮磷形态的不同也会影响最佳氮磷比2 5。氮是所有光合生物合成蛋白质、核酸和叶绿素等重要物质的必需元素,自然界中除了少数蓝藻自身就具有固氮的能力外2 6,其余的微藻都必须从环境中吸收一定的氮源以满足其生长、繁殖的需要,且不同的藻种对氮的种类和浓度的需求不同2 7-2 8。有研究表明,微藻比较容易利用铵态氮,这是因为NH+4是还原态的N形态,可以直接参与氨基酸的合成,而NO-3则必须经过消耗能量的过程首先被还原成NH+4,然后才能进行同化2 9。这与本实验初期的结果较为一致。在刚刚进入对数增长期,NH+4未被消耗时,NH+4处理组的细胞浓度均显著高于NO-3处理组,同时第4天的比生长速率也显著高于NO-3处理组。但在平台期乃至消亡期,也出现了NO-3处理组大于NH+4组的情况,并且对于整个对数增长期的比生长速率,不同氮源之间的差异不大。这可能是因为随着藻细胞进入消亡期,其呼吸作用增大,呼吸释放出更多的C O2导致培养液的p H逐渐下降,正如本实验中每天监测所得的p H值所示,培养中后期p H呈现缓慢下降的趋势。氮限制 通 常 会 导 致 硅 藻 色 素、D 1蛋 白 以 及R u b i s c o等组分合成量的下降,从而抑制生长3 0-3 1。而磷是核酸核蛋白的成分,与代谢过程密切相关,磷的限制 则 可 通 过 改 变AT P/A D P 的 比 例 和 降 低R u b i s c o 活性以影响硅藻的光合作用和生长。而浮游植物在氮磷限制下的响应主要表现为促进营养盐的吸收和同化以及减少生长与代谢速率3 2,在宏观上则发展为改变藻类种群的生态对策及种群在群落中的竞争。在本文的实验中,营养盐的含量是固定的,所以三角褐指藻只能通过减少生长与代谢速率以平衡细胞内资源的有效利用来适应营养限制的环境。然而在研究中,氮磷比为41和1 61处理组下的三角褐指藻的比生长速率、细胞浓度、Fv/Fm、光响应曲线以及其拟合参数间差异较小,并未出现明显的氮限制,这主要由于氮限制处理的限制程度不够,许多浮游植物在氮磷比为411 61范围内均可较好地生长。本研究在氮磷比6 41的磷限制处理组中观察到了较为显著的磷限制的影响,磷限制显著降低了三角褐指藻的比生长速率和各项光合生理参数。在细胞进入消亡期后,细胞浓度未发生快速下降,这可能与硅藻也具有的尿素循环机制有关。据前期报道,硅藻细胞拥有与动物类似的尿素循环,而该机制在绿藻和高等植物中未发现3 3。尿素循环可高效回收利用细胞的代谢废物,从而有助于细胞在缺氮条件下维持必要生命活动,保持细胞处于较高浓度。然而,此时细胞活性已经明显下降,研究发现氮磷比6 41处理的光化学效率 显著下降至0.2 5左右,最大电子传递速率在对数期、平台期至消亡期均逐步且显著下降。本实验结果说明,在原位观测硅藻为优势种的藻华时,细胞浓度不能作为唯一标准来判断藻华的生长期,如果结合快速光响应曲线,根据最大电子传递速率及光能利用效率两个指标或许可以更加精准地判断出藻华所处生长周期3 4,从而为赤潮监测与治理提供一定技术支持。随着生活污水汇入海洋,近岸海域富营养化现象加重,赤潮暴发频繁,人们更加关注氮磷营养盐和赤潮发生的关系3 5。赤潮一般由海洋微藻等的浮游植物形成,会破坏海洋生态的平衡,对海洋渔业发展造成重大的损失,甚至会随着食物链进入人体危害人类健康3 6。由于赤潮的成因复杂,需要不断研究监测手段来减少灾害造成的损失。63江苏海洋大学学报(自然科学版)2 0 2 3年6月4 结论本文研究了三角褐指藻在不同形态氮营养盐及氮磷比情况下的生长情况,发现铵盐对硅藻初期生长促进更显著,达到平台期后,不同形态氮处理间差异很小。消亡期虽然Fv/Fm变化不大,但r E T Rm a x和光能利用效率明显降低,因此这两个参数可以作为判断藻华所处生长周期的指标。参考文献:1 S C O T T W N.C o a s t a l m a r i n e e u t r o p h i c a t i o n:a d e f i n i-t i o n,s o c i a l c a u s e s,a n d f u t u r e c o n c e r n sJ.O p h e l i a,1 9 9 5,4 1(1):1 9 9-2 1 9.2 Z HOU M i n g j i a n g,S HE N Z h i l i a n g,YU R e n c h e n g.R e s p o n s e s o f a c o a s t a l p h y t o p l a n k t o n c o mm u n i t y t o i n-c r e a s e d n u t r i e n t i n p u t f r o m t h e C h a n g j i a n g(Y a n g t z e)R i v e rJ.C o n t i n e n t a l S h e l f R e s e a r c h:A C o m p a n i o n J o u r n a l t o D e e p-S e a R e s e a r c h a n d P r o g r e s s i n O c e a-n o g r a p h y,2 0 0 8,2 8(1 2):1 4 8 3-1 4 8 9.3 夏荣霜,张海燕,徐亚岩,等.春、夏季长江口及其邻近海域无机营养盐的分布特征分析J.湖北农业科学,2 0 1 4,5 3(2 3):5 6 8 8-5 6 9 3.4 W I N F R I D S.F a c t o r s i n f l u e n c i n g s e a w e e d r e s p o n s e s t o e u t r o p h i c a t i o n:s o m e r e s u l t s f r o m E U-p r o j e c t E U-MA CJ.J o u r n a l o f A p p l i e d P h y c o l o g y,1 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1 2,5 4:7 0-7 7.1 1 L I W e i,G AO K u n s h a n,B E A R D A L L J.I n t e r a c t i v e e f f e c t s o f o c e a n a c i d i f i c a t i o n a n d n i t r o g e n-l i m i t a t i o n o n t h e d i a t o m P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u t u mJ.P l o S O n e,2 0 1 2,7(1 2):e 5 1 5 9 0.1 2 L I G a n g,C AMP B E L L D A.I n t e r a c t i v e e f f e c t s o f n i-t r o g e n a n d l i g h t