李志林,周艷蕾,王雪景, 石曉勇,3, 張傳松,*

1 中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,青島 266100 2 中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266100 3 國家海洋局海洋減災(zāi)中心, 北京 100194

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尿素對中肋骨條藻與米氏凱倫藻生長的影響

李志林1,2,周艷蕾1,2,王雪景1,2, 石曉勇1,2,3, 張傳松1,2,*

1 中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,青島 266100 2 中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青島 266100 3 國家海洋局海洋減災(zāi)中心, 北京 100194

采用實(shí)驗(yàn)室一次性培養(yǎng),研究了尿素對我國東海赤潮優(yōu)勢藻中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)和米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)生長的影響。結(jié)果表明,中肋骨條藻和米氏凱倫藻均能在不同比例尿素的條件下較好地生長。隨著培養(yǎng)液中尿素比例的增大,中肋骨條藻細(xì)胞生長速率(0.91—0.82/d)逐漸減小,平臺期最大生物量(2.0×105—1.2×105個/mL)也逐漸減小,而米氏凱倫藻細(xì)胞的生長速率(0.36—0.51/d)逐漸增大,最大生物量基本不變(約1.1×104個/mL)。在平臺期中肋骨條藻培養(yǎng)液中氮鹽濃度最低下降到2.5μmol/L左右維持不變,而米氏凱倫藻氮鹽濃度最低下降到1.0μmol/L左右。在指數(shù)生長期,隨著細(xì)胞的生長溶解有機(jī)氮(DON, Dissolved Organic Nitrogen)含量迅速增加,中肋骨條藻介質(zhì)中DON的濃度達(dá)到最大值(5—6μmol/L),然后濃度基本不變。米氏凱倫藻介質(zhì)中DON在指數(shù)生長階段達(dá)到最大值(2—3μmol/L)后開始下降。中肋骨條藻單細(xì)胞顆粒氮的含量(約為10-6μmol,平臺期約為10-7μmol)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于米氏凱倫藻(指數(shù)期約為10-4μmol,平臺期約為10-6μmol)。研究表明,兩種藻對尿素的吸收利用存在明顯差異,在較低的溶解無機(jī)氮和較高的溶解有機(jī)氮環(huán)境中,甲藻有更好的適應(yīng)性,該研究對于解釋我國長江口春季硅藻和甲藻赤潮的演替有借鑒的意義。

氮；尿素；赤潮；中肋骨條藻；米氏凱倫藻

赤潮是一種有害的海洋生態(tài)異?，F(xiàn)象,赤潮的發(fā)生不僅會為近海水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失,破壞海洋生態(tài)環(huán)境[1-2],還會危害人類的身體健康。赤潮的發(fā)生與很多因素有關(guān),其中包括富營養(yǎng)化、水環(huán)境動力、生物環(huán)境、氣相氣候等多種因素,其中營養(yǎng)鹽是其發(fā)生的必要物質(zhì)基礎(chǔ)[3- 5]。海水中溶解態(tài)氮營養(yǎng)鹽主要包括溶解態(tài)無機(jī)氮(DIN)、溶解態(tài)有機(jī)氮(DON)。以往對引發(fā)赤潮的氮營養(yǎng)鹽的研究主要集中在DIN,對DON的研究相對很少。直到30多年前Antia等人提出DON在海洋初級生產(chǎn)力中起著不容忽視的作用,才引起海洋界的高度重視。

實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),DON不僅可以做某些浮游生物種屬的氮源,而且在浮游生物優(yōu)勢種的選擇上也起著一定的作用[6]。DON含量的增加還會誘發(fā)有毒赤潮暴發(fā)頻率的上升[7]。調(diào)查表明,在近岸海水中,DON在總氮中占有相當(dāng)可觀的含量,在膠州灣DON占總氮的66%[8],在珠江口外海DON超過總氮的80%[9],在美國的切薩皮克灣,DON在夏季占總氮含量的90%以上[10]。

尿素是DON的重要組成部分。在東海近岸海域尿素含量為(1.33±0.84)μmol/L,占DON的5.63%—15.73%[11],在黃渤海海域尿素含量為(0.84±0.20)μmol/L,占DON的6.80%—9.50%[12],杭州灣尿素含量為0.19—6.55μmol/L[13],大亞灣尿素含量為1.98μmol/L[14]。

近年來,越來越多的研究表明,尿素是某些浮游生物吸收的主要氮源。一些浮游生物還會優(yōu)先吸收尿素,定鞭藻會優(yōu)先利用DON中的尿素,許多有害的藻,如赤潮異灣藻、球形棕囊藻,角毛藻在培養(yǎng)中也更喜歡尿素[15]。陳園等人的研究表明,在硝態(tài)氮和尿素組成的混合氮源中當(dāng)尿素比例大于50%時,球形棕囊藻的細(xì)胞密度要大于以硝態(tài)氮為單一氮源的實(shí)驗(yàn)組[16]。隨著全球人口持續(xù)增長、工農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及尿素等氮肥的大量使用,越來越多的生活污水和農(nóng)業(yè)灌溉水隨著排污口或地表徑流輸入近岸水體,使得海水中尿素的濃度越來越高[17]。在經(jīng)常使用尿素肥料的墨西哥Yaqui海灣,隨著灌溉高峰期的來臨,高于40%的氮流失于表層徑流,施肥前后海灣中尿素濃度從13μmol/L增加到43μmol/L[18]。在美國的Chesapeake海灣,通過連續(xù)5a的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)在春末用尿素肥料或家禽肥料對小麥和玉米施肥時,尿素濃度經(jīng)常超過10μmol/L,其濃度比該海灣表層海水平均濃度高50倍以上[10]。近年來,隨著我國長江口及鄰近海域中尿素等有機(jī)氮含量逐漸增加,該海域每年春季均會暴發(fā)以東海原甲藻為優(yōu)勢藻種的赤潮,且其暴發(fā)規(guī)模及甲藻的優(yōu)勢度呈逐年增加的趨勢[19]。同時,該海域赤潮爆發(fā)在其生消過程中優(yōu)勢種呈現(xiàn)出“硅藻→甲藻→硅藻”的演替態(tài)勢。

為了研究DON在赤潮發(fā)生發(fā)展及演替過程中的作用,本文選取東海赤潮優(yōu)勢種中肋骨條藻(硅藻)與米氏凱倫藻(甲藻),設(shè)計不同比例的尿素與硝氮做混合氮源,以期為揭示有機(jī)氮比例對浮游生物生長的影響提供科學(xué)基礎(chǔ),并為實(shí)際預(yù)防和治理赤潮的氮管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)藻種選用的中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)與米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi),均取自中國海洋大學(xué)海洋污染生態(tài)化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。藻種在f/2培養(yǎng)液中培養(yǎng),其中只有N、P濃度按實(shí)驗(yàn)要求添加,培養(yǎng)至指數(shù)期,然后重新接種到新的培養(yǎng)基中,依次循環(huán)培養(yǎng)3代,然后饑餓培養(yǎng)2d,接種,開始實(shí)驗(yàn)。

1.2 培養(yǎng)條件

實(shí)驗(yàn)藻種于室內(nèi)光照培養(yǎng)箱中用1L的錐形瓶培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度(22±1)℃,光照強(qiáng)度為3500 lux,光暗比12H:12H。培養(yǎng)所用海水為人工海水,鹽度30.5[20],人工調(diào)節(jié)pH為8.2。初始藻種接種密度約為104個/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)采用一次性培養(yǎng)。每個藻種設(shè)計5個實(shí)驗(yàn)處理組A—E,每個實(shí)驗(yàn)處理組做兩組平行,總氮添加量為32μmol/L,磷(KH2PO4)為2μmol/L。每個實(shí)驗(yàn)組氮的添加狀況如表1。

表1 5個實(shí)驗(yàn)處理組氮鹽比例

1.4 實(shí)驗(yàn)測定指標(biāo)

1.4.1 細(xì)胞計數(shù)

從接種第2天起,使用0.1mL的浮游生物計數(shù)框,在Olympus顯微鏡下進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)。每個樣品取樣3次,取其平均值。

1.4.2 比生長速率

比生長速率[21]根據(jù)下面公式擬合得到:

μ=(lnN2-lnN1)/(t2-t1)

式中,N2、N1分別為t2、t1時刻藻細(xì)胞的密度。

1.4.3 樣品的測定

尿素的測定采用二乙酰一肟-鹽酸氨基脲法[22],溶解無機(jī)氮的測定依據(jù)海洋調(diào)查規(guī)范之海水化學(xué)要素調(diào)查(GBT12763.4- 2007)分光光度法測定,其中氨氮的測定采用次溴酸鈉氧化法,檢出限為0.03μmol/L,硝酸鹽的測定使用鎘銅還原法,檢出限為0.04μmol/L,亞硝酸鹽的測定使用重氮偶氮比色法,檢出限為0.02μmol/L。總?cè)芙獾?DTN)采用堿性過硫酸鉀消化,TechniconAAⅢ營養(yǎng)鹽自動分析儀測定,測量精度為

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同比例尿素對中肋骨條藻與米氏凱倫藻生長的影響

圖1為中肋骨條藻和米氏凱倫藻在不同尿素比例下的生長曲線,表2為中肋骨條藻和米氏凱倫藻在指數(shù)生長期的比生長速率。

從中肋骨條藻生長曲線的圖中可以看出,尿素是中肋骨條藻生長繁殖所需要的一種氮源,中肋骨條藻在以尿素為氮源的介質(zhì)中也能較好的生長繁殖,但是其平臺期最大生物量呈現(xiàn)隨介質(zhì)環(huán)境中尿素比例的增大而減小的趨勢。具體來說,不同處理組在開始的前3天處于遲滯期,細(xì)胞密度沒有明顯的變化,第4天開始同時進(jìn)入指數(shù)生長期,經(jīng)過3—4d的指數(shù)生長,細(xì)胞密度進(jìn)入相對穩(wěn)定的平臺期,各處理組平臺期中肋骨條藻隨尿素含量的增加其細(xì)胞密度呈逐漸降低的趨勢。其中A處理組(100%硝氮)在平臺期的細(xì)胞密度約為2.0×105個/mL,而E處理組(100%尿素)在平臺期的細(xì)胞密度僅為1.2×105個/mL。同時,由表2可知,A組即硝氮含量100%時的比生長速率最大,為0.91/d,而E組即尿素含量100%時比生長速率最小,為0.82/d,中肋骨條藻的生長速率有隨營養(yǎng)環(huán)境中尿素比例的增大而減小的趨勢。

米氏凱倫藻的生長曲線與中肋骨條藻生長曲線顯著不同,米氏凱倫藻在以硝酸鹽為氮源和以尿素為氮源時其生長曲線沒有明顯的差異,平臺期最大生物量隨介質(zhì)環(huán)境中尿素比例的增大基本不變。具體來說,和中肋骨條藻相比米氏凱倫藻遲滯期明顯延長,在實(shí)驗(yàn)前7d其細(xì)胞密度均沒有發(fā)生明顯的變化,第9天米氏凱倫藻細(xì)胞密度開始明顯的增多,進(jìn)入細(xì)胞快速生長的指數(shù)生長期,大概第15天進(jìn)入穩(wěn)定生長的平臺期。平臺期細(xì)胞密度差別不大,均在1.1×104個/mL左右。同時,不同處理組米氏凱倫藻的比生長率在0.36—0.51/d之間,且在整體上呈現(xiàn)隨混合氮源中尿素比例的增加其比生長速率不斷增大的趨勢。

對于中肋骨條藻,隨著環(huán)境中尿素比例的增大,細(xì)胞生長速率逐漸減小,同時平臺期的細(xì)胞密度也逐漸減小,說明中肋骨條藻在生長過程中更傾向于吸收無機(jī)氮,對無機(jī)氮的吸收利用要大于對有機(jī)氮的吸收利用。而對于米氏凱倫藻,隨著環(huán)境中尿素比例的增加,細(xì)胞的生長速率逐漸增大,說明米氏凱倫藻對尿素有較好的親和性。同時,平臺期的細(xì)胞密度基本沒有差別,也說明米氏凱倫藻在生長過程中能同時吸收利用有機(jī)氮和無機(jī)氮。因此,當(dāng)海洋環(huán)境中DON/DIN增大時,以米氏凱倫藻為典型代表的甲藻在與以中肋骨條藻為典型代表的硅藻進(jìn)行競爭時將處以有利的狀況。

Heil研究表明硅藻類浮游植物更喜歡利用硝酸鹽[23],而Sofomon研究發(fā)現(xiàn),甲藻類浮游植物比較喜歡吸收利用有機(jī)氮中的尿素,海域中尿素等有機(jī)氮含量的上升與這種浮游植物的激增有著密切的關(guān)系[24]。同樣,李京等人在2005年東海赤潮暴發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)米氏凱倫藻對尿素有著較高的吸收速率,更喜歡以尿素為氮源[25]。近年來,隨著我國近海海域中尿素等有機(jī)氮含量的增加[26],甲藻類赤潮發(fā)生的頻率及比例明顯增加[27- 29],本文的研究結(jié)果也能較好的說明這一點(diǎn)。

圖1 不同比例尿素條件下中肋骨條藻和米氏凱倫藻的生長曲線Fig.1 Growth curves of Skeletonema costatum and Karenia mikimotoi under different ratio of urea

表2 不同尿素比例下兩種藻的比生長速率/d-1

2.2 培養(yǎng)介質(zhì)中氮鹽的變化

圖2為中肋骨條藻和米氏凱倫藻在培養(yǎng)過程中硝氮和尿素濃度的變化曲線。

從系列營養(yǎng)鹽的變化曲線可以發(fā)現(xiàn),在不同生長時期,中肋骨條藻和米氏凱倫藻的營養(yǎng)鹽變化存在差異性。對于中肋骨條藻,在培養(yǎng)的前3d,即細(xì)胞生長的遲滯期,各個處理組添加的硝氮和尿素的濃度變化均較小,進(jìn)入指數(shù)生長期后,兩種氮鹽的濃度都迅速降低,在培養(yǎng)的第7天,藻細(xì)胞進(jìn)入生長的平臺期,硝氮和尿素的濃度降到最低值,約為2.5μmol/L。對于米氏凱倫藻,在細(xì)胞生長的遲滯期(培養(yǎng)的前7d),細(xì)胞密度沒有明顯的增長,但是各個處理組添加的硝氮和尿素的濃度都有大幅度的降低,其中A組(硝氮100%)硝氮濃度從最初的32μmol/L下降到約25μmol/L(約20%),E組(尿素100%)尿素濃度從最初的32μmol/L下降到22.5μmol/L(約30%),進(jìn)入指數(shù)生長期后,兩種氮鹽的濃度同樣迅速下降,到培養(yǎng)的第14天時,細(xì)胞生長開始進(jìn)入平臺期,兩種氮鹽的濃度降到最低值,約為1μmol/L。

圖2 兩種藻在培養(yǎng)過程中營養(yǎng)鹽的變化Fig.2 The change of the added nutrient of the two kinds of algae in the culture process

比較營養(yǎng)鹽的變化可以看出,在藻細(xì)胞生長過程中,兩種藻對尿素和硝氮吸收存在差異。中肋骨條藻生長曲線的變化特點(diǎn)和介質(zhì)中營養(yǎng)鹽濃度曲線的變化特點(diǎn)正好相反,在遲滯期,中肋骨條藻細(xì)胞數(shù)目增加緩慢,介質(zhì)中氮鹽的濃度變化不大,此時藻細(xì)胞吸收的營養(yǎng)鹽也較少。進(jìn)入指數(shù)生長期后,細(xì)胞密度急劇增加,介質(zhì)中營養(yǎng)鹽濃度下降迅速。進(jìn)入平臺期后,當(dāng)介質(zhì)環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度較低時(2.5μmol/L),細(xì)胞密度也不再增大。由此可知,中肋骨條藻吸收的營養(yǎng)鹽主要用于繁殖,即藻細(xì)胞數(shù)目的增加,當(dāng)?shù)}濃度較低不能滿足藻細(xì)胞生長分裂的需求時,細(xì)胞密度也不再增大。米氏凱倫藻作為一種甲藻,可以高效的吸收介質(zhì)中的營養(yǎng)鹽,吸收的營養(yǎng)鹽除了用于繁殖外,還有一部分儲存起來[30],當(dāng)介質(zhì)中營養(yǎng)鹽缺乏時仍然能夠繼續(xù)生長繁殖,在遲滯期,細(xì)胞密度增加緩慢,米氏凱倫藻也會吸收環(huán)境中的營養(yǎng)鹽并在細(xì)胞中儲存起來,從而導(dǎo)致培養(yǎng)初期氮鹽較大幅度的降低。當(dāng)培養(yǎng)至第14天時,介質(zhì)中氮鹽濃度已經(jīng)降到最低值(小于1μmol/L),此時藻細(xì)胞仍然能利用儲存起來的營養(yǎng)鹽繼續(xù)生長分裂,因此細(xì)胞密度還會持續(xù)增加,這說明米氏凱倫藻更能適應(yīng)低濃度營養(yǎng)鹽環(huán)境。

甲藻和硅藻生存策略上的明顯差異導(dǎo)致它們不能同時成為赤潮事件中的優(yōu)勢種,而是演替性的出現(xiàn)[30],因此我國近岸海域常常暴發(fā)硅藻和甲藻演替性的赤潮,初期在營養(yǎng)鹽豐富的條件下,遲滯期短、生長速率較快的中肋骨條藻等硅藻往往成為優(yōu)勢種,并發(fā)展為硅藻赤潮。后期,隨著營養(yǎng)鹽濃度的較低,常常演替為優(yōu)勢種為甲藻的赤潮[31- 32]

2.3 水體中DON的含量變化

圖3為兩種藻培養(yǎng)過程中溶解有機(jī)氮(扣除尿素)含量的變化曲線。從圖中可以看出各個實(shí)驗(yàn)組中肋骨條藻培養(yǎng)液中DON的變化趨勢與其生長曲線基本一致,在細(xì)胞生長遲滯期含量很少且基本不變,在細(xì)胞生長指數(shù)期隨著細(xì)胞密度的增大水體中DON含量開始增加,在指數(shù)期結(jié)束時達(dá)到最大值(5—6μmol/L)后變化很小。米氏凱倫藻培養(yǎng)液中DON在生長遲滯期含量同樣很低,在指數(shù)生長期隨著藻細(xì)胞生長,含量開始迅速增加,在培養(yǎng)的第11天,細(xì)胞生長還未進(jìn)入平臺期時,DON的含量已經(jīng)達(dá)到最大值約3.3μmol/L,隨后出現(xiàn)下降的趨勢。

以上變化表明,藻類在正常的生長過程中,自身的代謝會產(chǎn)生DON并釋放到環(huán)境水體中,在細(xì)胞遲滯期,細(xì)胞數(shù)量少,生長速率低,代謝活動弱,因此幾乎不產(chǎn)生或是產(chǎn)生少量的DON；而隨著培養(yǎng)的進(jìn)行,細(xì)胞生長進(jìn)入指數(shù)期,此時細(xì)胞生長率高,細(xì)胞密度快速增大,代謝活動強(qiáng),從而產(chǎn)生大量的DON。

中肋骨條藻培養(yǎng)液中DON的含量高于米氏凱倫藻DON的含量,且達(dá)到最大值后中肋骨條藻中DON含量出現(xiàn)平臺期而米氏凱倫藻DON出現(xiàn)下降趨勢,原因在于中肋骨條藻的細(xì)胞密度大于米氏凱倫藻的細(xì)胞密度,因此在生長過程中代謝產(chǎn)生的DON的含量就會高于米氏凱倫藻代謝產(chǎn)生的DON的含量,同時中肋骨條藻在生長過程中對有機(jī)氮的吸收利用能力較低,所以培養(yǎng)后期DON含量較高并在細(xì)胞生長的穩(wěn)定期保持一定含量后變化不大。而米氏凱倫藻對有機(jī)氮的利用能力較高,并且會重新吸收自身產(chǎn)生的DON,因此在培養(yǎng)過程中DON含量較低且在達(dá)到最大值后會出現(xiàn)下降的趨勢[33]。甲藻對有機(jī)氮能夠有效的吸收和利用,這一特點(diǎn)也有助于在硅藻赤潮發(fā)生末期,優(yōu)勢種由硅藻向甲藻的演替。

圖3 兩種藻在培養(yǎng)過程中DON的變化Fig.3 The variation of DON in culture of the algae

2.4 單細(xì)胞顆粒態(tài)氮的變化

圖4為中肋骨條藻和米氏凱倫藻在培養(yǎng)過程中單個細(xì)胞顆粒態(tài)氮(PN,Particulate Nitrogen)含量的變化曲線。整體上來看,在實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)的第1天,兩種藻單細(xì)胞顆粒氮含量均呈現(xiàn)出增加的趨勢,其原因是饑餓處理后的藻細(xì)胞在接觸到豐富的營養(yǎng)鹽時會迅速吸收到體內(nèi),合成細(xì)胞自身生長所必須的組分,如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等[3- 5],使得單細(xì)胞顆粒氮的含量增加明顯。此后,在指數(shù)生長期,藻細(xì)胞對氮的吸收速率小于其分裂速率,兩種藻單細(xì)胞顆粒氮的含量都迅速下降,當(dāng)進(jìn)入細(xì)胞生長的穩(wěn)定期后,單個細(xì)胞中顆粒氮的含量基本穩(wěn)定。

比較兩圖,可發(fā)現(xiàn)兩種藻單細(xì)胞顆粒態(tài)氮的變化有所差異,具體來說：兩種藻細(xì)胞內(nèi)顆粒氮的含量存在差異,中肋骨條藻單細(xì)胞內(nèi)顆粒氮的含量(指數(shù)期約為10-6μmol,平臺期約為10-7μmol)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于米氏凱倫藻單細(xì)胞內(nèi)顆粒氮的含量(指數(shù)期約為10-4μmol,平臺期約為10-6μmol),這種差異與兩類藻細(xì)胞大小和生存策略有關(guān)。作為典型的r-策略者[33],中肋骨條藻藻分裂生長速度很快,細(xì)胞密度較大,細(xì)胞個體較小,因此每個細(xì)胞中顆粒氮的含量較?。欢鳛榈湫偷膋-策略者,米氏凱倫藻的生長速度較慢,細(xì)胞密度較小,細(xì)胞個體較大,因此每個細(xì)胞中顆粒氮的含量較大。此外,兩種藻單細(xì)胞顆粒氮的含量隨尿素比例的變化也有差異：中肋骨條藻隨著氮源中尿素比例的升高,單細(xì)胞顆粒氮含量升高,其中平臺期A組單細(xì)胞顆粒氮含量在2.9×10-7μmol左右,E組在5.6×10-7μmol左右。而對于米氏凱倫藻,在平臺期單細(xì)胞顆粒氮含量基本在2.8—3.0×10-6μmol,隨尿素含量的增加,變化不大。同時,實(shí)驗(yàn)中觀察到中肋骨條藻在平臺期E組細(xì)胞比較大且成串生長,而A組細(xì)胞比較小且分散生長,可能的原因是硝氮和尿素對中肋骨條藻生長的作用機(jī)制不同,硝氮主要用于促進(jìn)細(xì)胞的分裂增殖,而尿素主要用于促進(jìn)細(xì)胞形態(tài)大小的生長。對于米氏凱倫藻,各實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞形態(tài)未觀察到明顯不同。

圖4 兩種藻在培養(yǎng)過程中單個細(xì)胞顆粒態(tài)氮含量的變化Fig.4 The change of particle nitrogen in average cell of the two kinds of typical algae

3 結(jié)論

(1)中肋骨條藻和米氏凱倫藻均能吸收環(huán)境中的尿素和硝酸鹽,但其吸收利用程度有差異。中肋骨條藻對硝酸鹽的吸收利用大于尿素,米氏凱倫藻對尿素有較好的親和性,在生長過程中能同等的吸收利用硝酸鹽和尿素。

(2)中肋骨條藻平臺期氮鹽濃度為2.5μmol/L左右,米氏凱倫藻平臺期時氮鹽濃度(1.0μmol/L),低于中肋骨條藻平臺期的氮鹽濃度,米氏凱倫藻更能適應(yīng)低濃度營養(yǎng)鹽環(huán)境。

(3)中肋骨條藻對代謝產(chǎn)生的DON 利用率很低,而米氏凱倫藻能重新吸收代謝產(chǎn)生的DON,這也有助于在硅藻赤潮發(fā)生末期,優(yōu)勢種由硅藻向甲藻的演替。

(4)中肋骨條藻細(xì)胞內(nèi)顆粒氮的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于米氏凱倫藻,中肋骨條藻隨著氮源中尿素比例的升高,單個細(xì)胞中顆粒氮含量升高,而米氏凱倫藻在平臺期單個細(xì)胞顆粒氮含量隨尿素含量的增加,變化不大。

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Effect of urea on the growth ofSkeletonemacostatumandKareniamikimotoi

LI Zhilin1,2,ZHOU Yanlei1,2,WANG Xuejing1,2,SHI Xiaoyong1,2,3,ZHANG Chuansong1,2,*

1CollegeofChemistryandChemicalEngineering,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China2LaboratoryofMarineChemistryTheoryandTechnology,MinistryofEducation,OceanUniversityofChina,Qingdao266100,China3NationalMarineHazardMitigationService,Beijing100194,China

With rich nutrients, suitable temperature, light, and weather conditions, large-scale harmful algal blooms (HABs) have frequently occurred in the East China Sea in recent years. According to datas from the State Bureau of Oceanic Administration of China from 2009 to 2014, there were 367 instances of HABs in the coastal waters of China and 195 instances in the East China Sea, accounting for 53%. It is generally believed that the occurrence of algal blooms is linked to eutrophication of coastal waters. Nutrients are the basic material for the growth and reproduction of organisms. As an important kind of DON(Dissolved Organic Nitrogen), urea has high biological activity. Many studies have reported that urea could serve as the sole nitrogen source for a variety of phytoplankton. As such, studying the effect of urea on the organisms that induce red tides is very important. To determine the different responses of diatoms and dinoflagelattes to DON, the effect of urea on the growth ofSkeletonemacostatumandKareniamikimotoi, which are the dominant algae in China, were determined using a batch of culture experiments in the laboratory. Results indicated that the two algae could grow under different ratios of urea to nitrate, but their kinetic parameters were different. With the increase of the proportion of urea in the mixed nitrogen source in the culture solution, the growth rate(0.91—0.82/d) ofSkeletonemacostatumand its maximum biomass(2.0×105—1.2×105cells/mL) in the plateau phase of the growth curve gradually decreased. However, the growth rate (0.36—0.51/d) ofKareniamikimotoigradually increased and its maximum biomass (1.1×104cells/mL) in the plateau phase remained relatively unchanged. In plateau phase, the concentration of nitrogen in theSkeletonemacostatumculture solution declined to 2.5μmol/L, and inKareniamikimotoiit declined to 1.0 μmol/L. In the exponential phase, the concentrations of DON increased with the growth of algae, and reached the maximum values (5—6 μmol/L), then remained constant in the cultural ofSkeletonemacostatum. ForKareniamikimotoi, the concentrations of DON declined after reaching maximum values (2—3 μmol/L) in the culture solution. The content of particulate organic nitrogen in each cell ofSkeletonemacostatum(approximately 10-6μmol in the exponential phase, 10-7μmol in the plateau phase) were much less than that ofKareniamikimotoi(10-4μmol in the exponential phase, 10-6μmol in the plateau phase). In an environment with lower inorganic nitrogen and higher DON concentration, dinoflagellates exhibit better adaptability than diatoms. This research can provide references on the interpretation of the succession between diatoms and dinoflagelattes in the Yangtze River Estuary in spring.

nitrogen；urea；HABs；Skeletonemacostatum；Kareniamikimotoi

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41376106)

2016- 01- 13; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2016- 12- 19

10.5846/stxb201601130085

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zcsong@ouc.edu.cn

李志林,周艷蕾,王雪景, 石曉勇, 張傳松.尿素對中肋骨條藻與米氏凱倫藻生長的影響.生態(tài)學(xué)報,2017,37(9):3193- 3200.

Li Z L,Zhou Y L,Wang X J,Shi X Y,Zhang C S.Effect of urea on the growth ofSkeletonemacostatumandKareniamikimotoi.Acta Ecologica Sinica,2017,37(9):3193- 3200.