黃翠，劉其根，胡忠軍，侯文華，吳杰洋，何光喜，陳來生

(1.上海海洋大學(xué) 農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)種質(zhì)資源與利用重點開放實驗室，上海201306;2.杭州千島湖發(fā)展有限公司，浙江 杭州311700)

經(jīng)典“生物操縱”(biomanipulation)理論就是利用大型植食性浮游動物(主要是溞屬枝角類)的牧食作用來抑制浮游植物的大量生長，以控制藻類水華［1］。有研究表明，藻類食物的質(zhì)量，如營養(yǎng)價值、毒性，以及是否形成群體等均會影響大型浮游動物的生長與發(fā)育，反之，也會影響其對浮游植物的攝食［2-4］。透明溞Daphnia hyaline是千島湖常見的大型濾食性浮游動物［5］，其生長、繁殖能力強，具有較強的攝食能力和較高的濾食效率［6］，在利用生物操縱控制藻類過度增長上具有很好的應(yīng)用前景。近年來，國內(nèi)外有關(guān)透明溞的研究也有不少，主要集中在生物因子(食物競爭和捕食等)和非生物因子(溫度和營養(yǎng)鹽等)對種群的生長、繁殖的影響方面［7-11］。采用Logistic 生長曲線描述動物生長規(guī)律的方法已在禽類和哺乳類中得到廣泛運用，但鮮見運用于水生浮游動物的研究。本研究中，以千島湖4種常見的藻類為食物，研究了不同藻類對透明溞種群生長的影響，并揭示了透明溞在不同食物條件下的生長規(guī)律，旨在為利用透明溞控制藻類過量增長的可能性提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

透明溞采自浙江省淳安縣千島湖。小球藻Chlorella vulgaris、柱孢魚腥藻170 Anabaena cylindrica 170、銅綠微囊藻469 Microcystis aeruginosa 469、銅綠微囊藻905 Microcystis aeruginosa 905 由中國科學(xué)院水生生物研究所藻種庫提供(其中的數(shù)字為各藻類在該藻種庫的FACHB 編號)，小球藻和銅綠微囊藻469 為不產(chǎn)毒品系，柱孢魚腥藻170和銅綠微囊藻905 為產(chǎn)毒品系。

1.2 方法

1.2.1 透明溞的純化培養(yǎng)及馴化在實驗室內(nèi)進(jìn)行透明溞純化培養(yǎng)并進(jìn)行實驗前的馴化，溫度為20 ℃。試驗中使用同一母體繁殖三代以上的出生6 ～18 h 的幼齡期透明溞作為試驗對象。

透明溞馴化期間，投喂密度為5 ×105cells/mL的小球藻。小球藻用BG -11 培養(yǎng)基［12］在光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，溫度為(20 ±1)℃，表面光照為2000 lx，光照周期L∶ D=12∶ 12。在指數(shù)生長期，將小球藻離心收集，于4 ℃下保存［13］。投喂前將小球藻用雙蒸水稀釋到合適的濃度，小球藻的密度用血球計數(shù)板計數(shù)。由于本試驗在透明溞的馴化過程中一直使用小球藻作為食物，同時考慮到在自然水體中小球藻也是透明溞的適宜天然食物，因此，本試驗中使用小球藻作為對照。

1.2.2 藻類的培養(yǎng) 正式試驗用小球藻、柱孢魚腥藻170 、銅綠微囊藻469、銅綠微囊藻905 均用BG-11 培養(yǎng)基［12］在光照培養(yǎng)箱中擴(kuò)大培養(yǎng)，溫度控制在25 ℃，表面光照為3000 lx，光照周期L∶ D=16∶ 8，靜置培養(yǎng)［14］。

1.2.3 透明溞的培養(yǎng) 試驗在20 ℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，光照強度為2000 lx，光照周期L∶ D=12∶ 12。取30 只出生6 ～18 h 的健康幼溞，放入1000 mL 盛有上海海洋大學(xué)校園湖水的燒杯中，停食1 d。試驗容器為100 mL 的燒杯，每個燒杯放入100 mL 培養(yǎng)液和1 只幼溞。設(shè)置柱孢魚腥藻170、銅綠微囊藻469和銅綠微囊藻905 3 個飼料處理組，投喂小球藻組作為對照組，每組均設(shè)3個平行。藻液用經(jīng)0.45 μm 孔徑微孔濾膜抽濾的校園湖水稀釋，保證每次投喂的各組藻細(xì)胞密度為5 ×105cells/mL，每天投喂充足的各組藻類并更換試驗液，投喂試驗共進(jìn)行25 d。試驗期間，每天計數(shù)各燒杯中透明溞的種群數(shù)量、首次抱卵時間和首次產(chǎn)幼溞時間，計算種群密度和瞬時增長率(r)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Logistic 方程表達(dá)式［15］為

當(dāng)Nt=K/2 時，透明溞種群密度增長最快，且

其中:rmax為溞種群最大增長速率(ind./d);Nt為t 時溞種群密度(ind./L);K 為環(huán)境容納量;t為時間(d);r 為瞬時增長率(ind./d);a 為常數(shù)。

用Origin 8.0 繪制曲線圖。采用SPSS 軟件進(jìn)行單因素方差分析并擬合非線性模型，利用不同日齡、種群密度資料擬合Logistic種群生長曲線，并計算出模型參數(shù)的估計值K、a、r，根據(jù)擬合度(R2)評價不同食物下透明溞種群的生長動態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同藻類對透明溞種群生長的影響

用相同濃度的不同藻類喂養(yǎng)透明溞25 d 后，透明溞的平均種群數(shù)量均達(dá)到最大值，但各組透明溞的繁殖速度和種群密度有很大差異(圖1)。其中，小球藻組(對照)透明溞的種群密度最大，最大種群密度為211.22 ind./L，試驗期間一直保持較高的種群密度狀態(tài);銅綠微囊藻469 組透明溞的種群增長與對照組無明顯差異(P ＞0.05)，僅次于對照組，最大種群密度為133.75 ind./L;柱孢魚腥藻170 組與銅綠微囊藻905 組透明溞的種群密度增長緩慢，受到顯著抑制，最大種群密度都不到小球藻組的1/2，分別為70.00、50.75 ind./L，兩組的最大種群密度均顯著低于銅綠微囊藻469 組和對照組，但兩組間無顯著性差異(P ＞0.05)。

圖1 不同藻類對透明溞種群生長的影響Fig.1 Effects of different algae on the population dynamics in water fleas Daphnia hyalina

從表1可見:試驗期間，小球藻組透明溞的首次抱卵時間和首次產(chǎn)幼溞時間均比柱孢魚腥藻170、銅綠微囊藻469和銅綠微囊藻905 組要早，分別在第6天、第9天;銅綠微囊藻469 組透明溞的首次抱卵時間比小球藻組推遲1 d，首次產(chǎn)幼溞時間則推遲2 d;銅綠微囊藻905 組和魚腥藻170組透明溞的首次抱卵時間和首次產(chǎn)幼溞時間一致，均為第8天和第10天。

2.2 不同食物條件下透明溞的Logistic 生長模型

用Logistic 生長模型對透明溞種群生長發(fā)育規(guī)律(表2)進(jìn)行擬合，根據(jù)Logistic 公式擬合小球藻、銅綠微囊藻469、銅綠微囊藻905和柱孢魚腥藻170 組透明溞的Logistic 生長曲線如圖2所示。從圖2可見:培養(yǎng)期間，透明溞種群數(shù)量呈現(xiàn)J 型增長，從試驗的第11天開始進(jìn)入對數(shù)增長期，從第20天開始，小球藻組的透明溞進(jìn)入種群密度最快增長期。

表1 4種不同藻類培養(yǎng)下透明溞種群參數(shù)的比較Tab.1 Comparison of population parameters in water fleas Daphnia hyaline fed four algae

表2 4種不同藻類培養(yǎng)下透明溞種群生長曲線參數(shù)的比較Tab.2 Comparison of population growth curve's parameters in water fleas Daphnia hyaline fed four algae

圖2 4種不同藻類培養(yǎng)下各組透明溞的生長曲線Fig.2 Growth curve in water fleas Daphnia hyaline under four algae cultivation

小球藻組透明溞種群最大增長速率rmax=1.468 ind./d，擬合Logistic 生長方程為

N=27.689/［1+e20.141-0.212t］，R2=0.989;

銅綠微囊藻469 組透明溞種群最大增長速率rmax=1.030 ind./d，擬合Logistic 生長方程為

N=15.094/［1+e17.659-0.273t］，R2=0.988;

銅綠微囊藻905 組透明溞種群最大增長速率rmax=0.424 ind./d，擬合Logistic 生長方程為

N=17.124/［1+e33.769-0.099t］，R2=0.909;

柱孢魚腥藻170 組透明溞種群最大增長速率rmax=0.405 ind./d，擬合Logistic 生長方程為

N=11.202/［1+e20.988-0.145t］，R2=0.953。

其中:N 為各藻類組透明溞的種群密度(ind./L);t 為培養(yǎng)時間(d)。從種群最大增長速率rmax來看，小球藻組透明溞的種群增長速率最快(1.468 ind./d)，而銅綠微囊藻469 組、銅綠微囊藻905組和柱孢魚腥藻170 組透明溞的種群增長速率均低于小球藻組。

3 討論

本研究結(jié)果表明，以不同藻類為餌料時，透明溞的適應(yīng)能力與增長率存在顯著差異。從母體產(chǎn)幼溞的時間上可以看出，透明溞對4種藻類的適應(yīng)能力依次為小球藻＞柱孢魚腥藻170 ＞銅綠微囊藻905 ＞銅綠微囊藻469，種群瞬時增長率依次為銅綠微囊藻469 ＞小球藻＞柱孢魚腥藻170 ＞銅綠微囊藻905，種群最大增長速率依次為小球藻＞銅綠微囊藻469 ＞銅綠微囊藻905 ＞柱孢魚腥藻170。這些結(jié)果表明，不同藻類對透明溞種群增長的餌料效應(yīng)是不同的。

造成以上結(jié)果的原因可能是藻類的適口性(顆粒的大小和外形的差異)、食物的質(zhì)量和營養(yǎng)成分等不同。透明溞主要以微型和小型浮游植物為食［16］，濾食的食物大小為0.2 ～40.0 μm［17］。本試驗中培養(yǎng)的無毒銅綠微囊藻469 沒有形成群體，直徑為3.0 ～7.0 μm，可能非常適合透明溞的濾食;小球藻細(xì)胞顆粒較小，直徑為3.0 ～8.0 μm，是適合透明溞濾食的天然食物。但是柱孢魚腥藻以絲狀體存在，細(xì)胞一般為球形或腰鼓形，顆粒較大，可能不利于透明溞的攝食。銅綠微囊藻905和柱孢魚腥藻170 分別產(chǎn)生銅綠微囊藻［18］和魚腥藻毒素(Anatoxins)［19］，它們會在溞體內(nèi)富集并產(chǎn)生毒性作用，極大地影響了透明溞的生長和種群增長。本試驗中還發(fā)現(xiàn)，有毒銅綠微囊藻905 組的透明溞種群產(chǎn)幼溞時間與柱孢魚腥藻170 組一致，但它們的最大種群密度有明顯差別，并與小球藻和無毒銅綠微囊藻469 組有顯著性差異(表1)。本研究中，有毒銅綠微囊藻905 組和柱孢魚腥藻170 組透明溞的首次產(chǎn)溞時間均為第8天，比小球藻組推遲2 d。因微囊藻毒素屬于內(nèi)毒素，當(dāng)透明溞攝食后毒素可能會隨著細(xì)胞的死亡而被釋放出來，且在時間上有些拖延，李效宇等［18］有類似的報道，當(dāng)微囊藻毒素累積達(dá)到一定量后即表現(xiàn)出毒性效應(yīng)。史文等［20］用有毒銅綠微囊藻905 作為餌料時，大型溞在試驗開始前9 d 的存活率為100%，而在隨后的4 d 中出現(xiàn)了大量死亡;Demott等［21］和Nizn等［22］的試驗研究也得出相似的結(jié)果。而魚腥藻毒素屬于外毒素，毒素形成后釋放到細(xì)胞外，它能引起攝食者呼吸障礙，最后導(dǎo)致其死亡。此外，筆者認(rèn)為，透明溞雖然能夠攝食、消化有毒和無毒微囊藻，但因?qū)I養(yǎng)的吸收不好，影響了透明溞的生長和繁殖，使生殖率下降。Nieuwerburgh等［23］、Olsen等［24］研究表明，食物的化學(xué)營養(yǎng)元素組成對溞屬生長起限制性作用。不同藻類的營養(yǎng)組成對浮游動物的餌料效應(yīng)也具有不同的作用。本研究中未對不同藻類的營養(yǎng)成分做分析，透明溞攝食不同藻類后營養(yǎng)成分的響應(yīng)如何，仍需進(jìn)一步研究。

在野外自然條件下，微囊藻能否被透明溞所攝食是控制水華的關(guān)鍵問題。林嫻等［8］調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在富營養(yǎng)化水體中透明溞能攝食群體微囊藻Microcytis sp.，且這種藻類對透明溞的生長和繁殖并沒有明顯的抑制作用。其原因可能是枝角類長期以來對環(huán)境的適應(yīng)性產(chǎn)生了對藻毒素可遺傳的抵抗力。本試驗中所用透明溞采自中度富營養(yǎng)化的千島湖，試驗前經(jīng)過純化培養(yǎng)，由此推測，透明溞對藍(lán)藻毒性有一定的耐受能力，并將這種耐受性遺傳給后代。因此，透明溞能否有效地控制水華，仍需進(jìn)一步驗證。

［1］Shapiro J，Lamarra V A，Lynch M.An ecosystem approach to lake restoration［J］.Biomanipulation，1975，21(6):84 -95.

［2］唐超智，于淼，阮瑞，等.微囊藻毒素對大型溞攝食行為的影響［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，38(6):180 -186.

［3］Shin K，Jang M C，Jang P K，et al.Influence of food quality on egg production and viability of the marine planktonic copepod Acartia omorii［J］.Progress in Oceanography，2003，57(3):265 -277.

［4］Elendt B P.Nutritional quality of a microencapsulated diet for Daphnia magna.Effects on reproduction，fatty acid composition，and midgut ultrastructure［J］.Archivfür Hydrobiologie，1990，118(4):461 -475.

［5］李共國，虞左明.浙江千島湖浮游動物群落多樣性研究［J］.生物多樣性，2001，9(2):115 -121.

［6］Levine S N，Zehrer R F，Burns C W.Impact of resuspended sediment on zooplankton feeding in Lake Waihola，New Zealand［J］.Freshwater Biology，2005，50(9):1515 -1536.

［7］Stich H B，Lampert W.Growth and reproduction of migrating and non-migrating Daphnia species under simulated food and temperature conditions of diurnal vertical migration［J］.Oecologia，1984，61(2):192 -196.

［8］林嫻，韓博平.富營養(yǎng)化水體中自然食物對透明溞(Daphnia hyalina)生長與繁殖影響的初步實驗［J］.生態(tài)科學(xué)，2006，25(2):116 -121.

［9］柯志新，黃良民.溞類(Daphnia)反捕食的表型可塑性及其研究進(jìn)展［J］.湖泊科學(xué)，2009，21(6):758 -767.

［10］黃祥飛.溫度對透明溞和隆線溞一亞種發(fā)育及生長的影響［J］.水生生物學(xué)集刊，1984(2):207 -224.

［11］徐怡，胡忠軍，劉其根，等.溫度和不同氮磷濃度培養(yǎng)的小球藻對透明溞生長和繁殖的影響［J］.上海海洋大學(xué)學(xué)報，2011，20(5):712 -718.

［12］Stanier R Y，Kunisawa R，Mandel M，et al.Purification and properties of unicellular blue - green algae(order Chroococcales)［J］.Bacteriological Reviews，1971，35(2):171.

［13］陳煒，王秀芬，白永安，等.濃縮方法及保存條件對小球藻藻膏脂肪酸的影響［J］.大連海洋大學(xué)學(xué)報，2012，27(1):1-5.

［14］梁英，范麗敏，陳書秀，等.溫度對等鞭金藻塔溪堤品系細(xì)胞密度和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響［J］.大連海洋大學(xué)學(xué)報，2011，25(11):422 -427.

［15］Zullinger E M，Ricklefs R E，Redford K H，et al.Fitting sigmoidal equations to mammalian growth curves［J］.Journal of Mammalogy，1984，65(4):607 -636.

［16］Burns C W.The relationship between body size of filter feeding Cladocera and the maximum size of particle ingested［J］.Limnology and Oceanography，1968，13(4):675 -678.

［17］Boersma M，Vijverberg J.Food effects on life history traits and seasonal dynamics of Ceriodaphnia pulchella［J］.Freshwater Biology，1996，35(1):25 -34.

［18］李效宇，張志娟，李磊.有毒和無毒微囊藻對大型溞生長和繁殖的影響［J］.水生生物學(xué)報，2009，33(6):1198 -1201.

［19］朱國營，陳萍萍.柱孢藻毒素對草魚淋巴細(xì)胞毒效應(yīng)及氧化損傷機(jī)理研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，32(5):1199-1204.

［20］史文，劉其根，吳晶，等.不同藻類對大型溞存活和生殖的影響［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2009，28(6):1128 -1133.

［21］Demott W R，Zhang Q X，Carmichael W W.Effects of toxic cyanobacteria and purified toxins on the survival and feeding of a copepod and three species of Daphnia［J］.Limnology and Oceanography，1991，36(7):1346 -1357.

［22］Nizn S，Dimentman C，Shilo M.Acute toxic effects of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa on Daphnia magna［J］.Limnology and Oceanography，1986，31(3):497 -502.

［23］Nieuwerburgh L V，W?nstrand I，Snoeijs P.Growth and C∶ N∶ P ratios in copepods grazing on N - or Si - limited phytoplankton blooms［J］.Hydrobiologia，2004，514(1/3):57 -72.

［24］Olsen Y，Jensen A，Reinertsen H，et al.Dependence of the rate of release of phosphorus by zooplankton on the P∶ C ratio in the food supply，as calculated by a recycling model［J］.Limnology and Oceanography，1986，31(1):34 -44.