李 慧 丁 剛 辛美麗 劉 瑋 馬增嶺 李大鵬① 郭 文

(1. 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 溫州 325035; 2. 山東省海洋生物研究院 青島 266104)

銅藻(Sargassum horneri), 屬于褐藻門(Phaeophyta)的墨角藻目(Fucales)、馬尾藻科(Sargassaceae)、馬尾藻屬(Sargassum), 主要分布于遼寧、山東、浙江、福建、廣東等地, 生長(zhǎng)在潮流通暢、風(fēng)浪較為平靜的海灣大干潮線以下至–4m淺海巖礁上, 漂浮海面形成海藻場(chǎng)(南春容等, 2014)。銅藻是中國(guó)暖溫帶海域淺海區(qū)海藻場(chǎng)的主要連片大型褐藻物種, 是淺海生態(tài)修復(fù)的保護(hù)物種(孫建璋等, 2008)。它是藻膠工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料, 因富含有益的生源要素而被廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥、食品、飼料和有機(jī)肥料方面(孫建璋等, 2009)。近年來(lái), 隨著其生態(tài)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的不斷發(fā)現(xiàn)而備受關(guān)注, 社會(huì)需求量也大幅增加。然而, 由于銅藻的自然資源極度匱乏, 對(duì)其進(jìn)行大規(guī)模種苗培育已成為目前亟待解決的問(wèn)題。

營(yíng)養(yǎng)鹽是植物維持正常生長(zhǎng)所必需的, 不同藻類在其生長(zhǎng)過(guò)程中, 對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求不同(曹春暉等,2010)。適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)鹽可以控制藻類的生長(zhǎng)、生物量以及種群結(jié)構(gòu)(Caron et al, 2000; Duarte et al, 2000;丁剛等, 2014)。藻類生長(zhǎng)發(fā)育需要碳、氫、氧、氮、磷、鉀等數(shù)十種大量元素以及一些微量元素, 但限制藻類生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素主要是氮和磷(董娟等, 2012)。不同氮磷質(zhì)量濃度及配比的差異對(duì)藻類的生長(zhǎng)、形態(tài)有很大影響(張瑩等, 2010)。目前, 關(guān)于環(huán)境因子對(duì)銅藻生長(zhǎng)影響的研究較多, 而有關(guān)不同營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。筆者進(jìn)行了銅藻人工幼苗的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn), 以生長(zhǎng)速率為監(jiān)測(cè)指標(biāo), 研究并探討了銅藻幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮、磷質(zhì)量濃度及配比的響應(yīng), 旨在為銅藻人工幼苗產(chǎn)業(yè)化養(yǎng)殖的營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與培養(yǎng)條件

試驗(yàn)在山東省海洋生物研究院海藻養(yǎng)殖與修復(fù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)所用材料為山東省海洋生物研究院王哥莊基地人工培育的銅藻幼苗。藻體長(zhǎng)度范圍為6.5—8.9mm。選擇藻體完整、無(wú)損傷腐爛、規(guī)格均一的銅藻幼苗(見(jiàn)圖 1), 用消毒海水反復(fù)沖洗后, 在(15±0.5)℃、光照強(qiáng)度為 95μmol/(m2·s)和光暗周期為12h︰12h的條件下用過(guò)濾后的滅菌天然海水(鹽度30±1)暫養(yǎng)2天。試驗(yàn)時(shí)選取20株幼苗為一組, 選取質(zhì)量相近的為試驗(yàn)組, 在相同條件下于智能光照培養(yǎng)箱中充氣培養(yǎng), 期間每天更換海水, 試驗(yàn)周期為8d。

圖1 試驗(yàn)使用的銅藻幼苗Fig.1 S. horneri seedlings used in the experiments

1.2 氮磷濃度及其不同比值培養(yǎng)液的配制

在單因子試驗(yàn)中, 氮的質(zhì)量濃度分別為0、2、4、6、8、10mg/L, 磷的質(zhì)量濃度分別為 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L。

雙因子試驗(yàn)氮、磷各選擇4個(gè)質(zhì)量濃度, 試驗(yàn)因子水平見(jiàn)表1。

表1 雙因子試驗(yàn)氮磷水平Tab.1 The different concentrations of N and P

氮、磷質(zhì)量濃度比試驗(yàn)中氮:磷分別為5︰1、10︰1、15︰1、20︰1、25︰1、30︰1、35︰1、40︰1, 其中磷質(zhì)量濃度為0.4mg/L。

1.3 鮮重的測(cè)定

用鑷子將浮萍從培養(yǎng)水體中撈出, 用蒸餾水清洗3遍, 然后平鋪在濾紙上3 min后稱重。

1.4 比生長(zhǎng)速率的計(jì)算

藻的生長(zhǎng)用特定生長(zhǎng)率表示, 通過(guò)試驗(yàn)前后藻體的濕重變化得出。計(jì)算公式為: 特定生長(zhǎng)率(%)=(lnmt–lnm0)/t×100%, 其中m0為初始藻的鮮重(g);mt為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻的鮮重(g);t為試驗(yàn)持續(xù)的天數(shù)(d)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(X±SD)表示,數(shù)據(jù)采用 Excel和SPSS進(jìn)行整理和分析, 采用單因素方差分析(one-way ANOVA)并應(yīng)用Duncan多重比較對(duì)各實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)和分析, 差異顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度氮對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的影響

銅藻幼苗在不同質(zhì)量的氮濃度(0、2、4、6、8、10mg/L)下培養(yǎng) 8d的特定生長(zhǎng)率見(jiàn)圖 2: 在氮質(zhì)量濃度為 2—8mg/L時(shí), 該藻幼苗的特定生長(zhǎng)率隨氮濃度的增加而增加; 在8mg/L時(shí), 特定生長(zhǎng)率達(dá)到最大值30.87%; 而后氮濃度的進(jìn)一步增加呈降低趨勢(shì)。并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到: 當(dāng)?shù)|(zhì)量濃度為 10mg/L時(shí), 培養(yǎng)的銅藻幼苗出現(xiàn)葉片腐爛的現(xiàn)象。方差分析表明, 不同氮質(zhì)量濃度對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)率的影響極顯著(P<0.01)。

圖2 不同質(zhì)量濃度氮對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)速率的影響Fig.2 Effects of different mass concentrations of nitrogen on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.2 不同質(zhì)量濃度磷對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的影響

銅藻幼苗在不同質(zhì)量的磷濃度(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L)下培養(yǎng)8d藻體的特定生長(zhǎng)率見(jiàn)圖3: 該藻幼苗在磷質(zhì)量濃度為 0.4—0.8mg/L時(shí)生長(zhǎng)較好,在 0.4mg/L時(shí)特定生長(zhǎng)率最大為 19.32%。方差分析表明, 不同磷質(zhì)量濃度對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)率的影響極顯著(P<0.01)。

圖3 不同質(zhì)量濃度磷對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)速率的影響Fig.3 Effects of different mass concentrations of phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.3 不同質(zhì)量濃度氮、磷對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的交互影響

不同質(zhì)量濃度氮、磷對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的交互影響結(jié)果見(jiàn)圖 4。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出: 當(dāng)磷質(zhì)量濃度一定時(shí), 改變氮的質(zhì)量濃度, 銅藻幼苗特定生長(zhǎng)率之間存在顯著差異(P<0.05); 反之, 差異不顯著(P>0.05)。因此, 不同質(zhì)量濃度氮、磷之間不存在交互作用。對(duì)各組間進(jìn)行兩兩比較得出: 不同質(zhì)量濃度氮為主效應(yīng), 即當(dāng)兩種營(yíng)養(yǎng)鹽均存在時(shí), 不同質(zhì)量濃度氮對(duì)銅藻幼苗的特定生長(zhǎng)率影響極顯著(P<0.01)。

圖4 氮、磷不同質(zhì)量濃度對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)速率的影響Fig.4 Effects of different mass concentrations of nitrogen and phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.4 氮、磷不同質(zhì)量濃度比對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的影響

銅藻幼苗在不同氮磷質(zhì)量濃度比(5︰1、10︰1、15︰1、20︰1、25︰1、30︰1、35︰1、40︰1)條件下培養(yǎng)8d藻體的特定生長(zhǎng)率見(jiàn)圖5, 該藻幼苗在氮磷質(zhì)量濃度比為 10︰1時(shí), 特定生長(zhǎng)率達(dá)到最大26.11%。方差分析表明, 不同氮磷質(zhì)量濃度比對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)率的影響極顯著(P<0.01)。

圖5 氮、磷不同質(zhì)量濃度比對(duì)銅藻幼苗特定生長(zhǎng)速率的影響Fig.5 Effects of different ratios of nitrogen and phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

3 討論

3.1 氮、磷不同質(zhì)量濃度對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響

氮和磷是藻類生長(zhǎng)所必需的主要元素, 氮在細(xì)胞代謝中是形成氨基酸、嘌呤、氨基糖和胺類化合物的基本元素; 磷直接參與光合作用的各個(gè)環(huán)節(jié), 包括光能吸收與同化、卡爾文循環(huán)以及對(duì)一些酶的活性起調(diào)節(jié)作用等(曹春暉等, 2010)。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 氮和磷對(duì)銅藻幼苗的生長(zhǎng)均有極顯著影響(P<0.01), 這與眾多研究結(jié)果一致(李雅娟等, 1998; 梁英等, 1999;林霞等, 2000; 丁剛等, 2014)。雙因子方差分析表明,不同濃度的氮和磷之間不存在交互作用, 并且銅藻幼苗的生長(zhǎng)對(duì)氮濃度變化更敏感。由單因子試驗(yàn)也可看出, 在不同質(zhì)量濃度氮影響下銅藻幼苗的最大特定生長(zhǎng)率高達(dá) 30.87%, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不同質(zhì)量濃度磷影響下的最大特定生長(zhǎng)率(19.32%)。而南春容等(2014)在對(duì)南麂列島銅藻氮磷吸收特征進(jìn)行研究時(shí)得出,銅藻生長(zhǎng)及繁殖期對(duì)環(huán)境中磷水平要求較高。猜測(cè)原因可能是: 本試驗(yàn)采用的是銅藻幼苗, 處于快速生長(zhǎng)期, 細(xì)胞代謝快, 但葉片面積小, 因此光合作用較弱。進(jìn)而導(dǎo)致銅藻幼苗對(duì)氮濃度的變化更敏感。

早在2008年, 豐茂武等(2008)便研究得出: 氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽是藻類生長(zhǎng)過(guò)程中的重要影響因子, 藻類的生長(zhǎng)取決于氮的質(zhì)量濃度, 這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。孫修濤等(2006)在對(duì)鼠尾藻(Sargassumthunbergii)新生枝條的室內(nèi)培育條件優(yōu)化的研究中, 發(fā)現(xiàn)氮和鹽度對(duì)鼠尾藻新生枝條的影響不明顯, 低于溫度和光照的影響。國(guó)外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn): 綠藻對(duì)磷有較高的需求, 而甲藻和羽紋目硅藻對(duì)氮的需求比較高(Tilmanetal, 1984)。由此可見(jiàn)藻類對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的敏感程度隨著其種類及生長(zhǎng)階段的不同而存在差異。隨著銅藻幼苗的生長(zhǎng), 其對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的敏感程度是否保持不變, 仍需進(jìn)一步研究。

3.2 不同氮、磷配比對(duì)銅藻幼苗生長(zhǎng)速率的影響

營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度及配比通常被認(rèn)為是影響海藻種群季節(jié)性變化的重要因素(Lüningetal, 1989)。對(duì)多種藻類的研究表明, 不同氮、磷比對(duì)藻類的生長(zhǎng)影響顯著(Austinetal, 1990; 于瑾等, 2006; 丁剛等, 2014)。本實(shí)驗(yàn)中, 銅藻幼苗在氮磷比為10︰1時(shí), 獲得了較好的生長(zhǎng)。盡管海洋浮游植物的氮磷比通常遵循Redfield(1958)比值(16︰1), 但豐茂武等認(rèn)為Redfield定律有其適用的范圍。孫軍等(2004)研究發(fā)現(xiàn), 新月柱鞘藻(Cylindrotheca closterium)在N ∶ P =160︰1時(shí)細(xì)胞比生長(zhǎng)速率最快, 而青島大扁藻(Platymonas helgolandica var. tsingtaoensis)和米氏凱倫藻(Karenia mikimotoi)分別在 4︰1 和 80︰1 的條件下生長(zhǎng)速率最快?？笛嘤竦?2006)研究發(fā)現(xiàn), 裸甲藻(Gymnodinium sp.)生長(zhǎng)的最佳營(yíng)養(yǎng)鹽條件是 N︰P=6︰1。楊彬等(2013)研究表明, 在氮磷質(zhì)量比例為15︰1時(shí)最適合莫氏馬尾藻(Sargassum mcclurei)的生長(zhǎng), 并且認(rèn)為藻體對(duì)氮、磷比例可能存在一個(gè)飽和點(diǎn),當(dāng)達(dá)到這個(gè)飽和點(diǎn)時(shí)藻體的生長(zhǎng)速度最快。由此可見(jiàn),影響藻類生長(zhǎng)的氮、磷比應(yīng)根據(jù)藻類的生長(zhǎng)階段及生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行綜合考慮。筆者也將延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì), 全面探討銅藻幼苗生長(zhǎng)過(guò)程中的最適氮、磷比。

3.3 不同營(yíng)養(yǎng)鹽水平研究的意義

首先, 不同營(yíng)養(yǎng)鹽水平的研究為銅藻幼苗培育提供了理論依據(jù)。通過(guò)本研究發(fā)現(xiàn), 合理調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度和配比可以提高銅藻幼苗的特定生長(zhǎng)率。但由于幼苗的生長(zhǎng)不僅受到營(yíng)養(yǎng)鹽的影響, 對(duì)水溫、光照和水流等也有嚴(yán)格的要求, 因此如何協(xié)調(diào)各個(gè)環(huán)境因子使其特定生長(zhǎng)率達(dá)到最大仍需探究。

其次, 不同營(yíng)養(yǎng)鹽水平的研究在培育優(yōu)質(zhì)的銅藻幼苗以及更大程度的實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值方面有極其重要的意義。由于銅藻體內(nèi)含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分(例如礦物質(zhì)元素、蛋白質(zhì)和氨基酸等), 因此被廣泛應(yīng)用到飼料、有機(jī)肥料、食品和醫(yī)藥等方面。而藻體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分的組成和含量均受到養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)鹽種類及水平的影響, 進(jìn)一步關(guān)系到所培育的藻的質(zhì)地。不同質(zhì)量濃度的營(yíng)養(yǎng)鹽及配比培養(yǎng)的藻體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和組成不同, 徐怡等(2011)在研究不同氮磷濃度培養(yǎng)的普通小球藻(Chlorella vulgaris)對(duì)透明 溞 (Daphnia hyalina)生長(zhǎng)和繁殖的影響時(shí)發(fā)現(xiàn), 低磷且高 N︰P的培養(yǎng)基不能使小球藻較好的吸收營(yíng)養(yǎng)鹽, 以致種群增長(zhǎng)緩慢, 最高藻密度較低。以其為食物投喂透明 溞 時(shí), 食物質(zhì)地相對(duì)較低, 對(duì) 透明溞的生長(zhǎng)、繁殖等產(chǎn)生了負(fù)面影響。因此, 可以通過(guò)養(yǎng)殖水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)銅藻幼苗的最大利用價(jià)值。

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