王津果,陳澤宇,石夢(mèng)琪,倪嘉璇,武 卉,蔣書(shū)英,黃晶晶,王靜文,周 偉*

(1.江蘇海洋大學(xué)海洋科學(xué)與水產(chǎn)學(xué)院、江蘇省海洋生物資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、自然資源部濱海鹽沼濕地生態(tài)與資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省海洋生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 連云港 222005;2.連江羅源灣金牌漁業(yè)科技有限公司,福建 福州 350512)

龍須菜(Gracilariopsislemaneiformis)是一種重要的產(chǎn)瓊膠海藻,其生長(zhǎng)迅速,可用于多營(yíng)養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖和海洋牧場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建,兼具經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[1]。截止目前,龍須菜年產(chǎn)量高達(dá)398 920 t,栽培面積11 634 hm2,僅次于海帶,成為國(guó)內(nèi)第二大栽培藻類(lèi),并呈上升的趨勢(shì)[2]。數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明,福建省龍須菜產(chǎn)量為308 933 t,栽培面積10 062 hm2,占全國(guó)總量的77.44%[2],成為我國(guó)栽培的主產(chǎn)地。福建省屬于亞熱帶季風(fēng)氣候,沿海海域秋冬季節(jié)適宜龍須菜生長(zhǎng),其產(chǎn)量穩(wěn)定,但隨著春季尤其是梅雨季節(jié)的到來(lái),降雨量、海水表層鹽度、光照強(qiáng)度等逐漸變化,影響龍須菜生長(zhǎng),導(dǎo)致其產(chǎn)量的劇烈波動(dòng),引發(fā)龍須菜產(chǎn)量區(qū)域化差異嚴(yán)重,不利于地方藻類(lèi)栽培產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

環(huán)境條件是影響大型海藻生物量累積的重要非生物因素,鹽度和光照強(qiáng)度是其中的兩個(gè)關(guān)鍵因素。近岸海水表層鹽度一般在30～35之間,易受降水或淡水涌入的影響而降低。大量研究表明,低鹽會(huì)影響大型海藻的生長(zhǎng)和生理生化指標(biāo)[3-6]。例如,25鹽度處理對(duì)長(zhǎng)型龍須菜(Gracilariopsislongissima)的生長(zhǎng)速率及葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素和藻紅蛋白含量無(wú)顯著影響,但抑制藻藍(lán)蛋白合成[7];25鹽度培養(yǎng)條件下,龍須菜的生長(zhǎng)速率最高,15鹽度環(huán)境下其生長(zhǎng)速率和光合速率下降,暗呼吸速率上升[8];26.98鹽度培養(yǎng)條件下,江蘺屬(Gracilaria)藻類(lèi)瓊膠、葉綠素a、胡蘿卜素和蛋白質(zhì)的含量顯著增加,其含水率、碳水化合物、脂肪和灰分含量無(wú)明顯變化[9];24、28鹽度處理促進(jìn)綠藻強(qiáng)壯硬毛藻(Chaetomorphavalid)的特定生長(zhǎng)率,對(duì)其最大光合量子產(chǎn)率無(wú)顯著影響[10];24.84鹽度處理?xiàng)l件下,褐藻半葉馬尾藻(Sargassumhemiphyllum)幼苗的藻體質(zhì)量增長(zhǎng)率和光合色素含量最高,17.01、19.62鹽度處理使藻體質(zhì)量增長(zhǎng)率和光合色素含量顯著下降[11];10鹽度處理促進(jìn)了綠藻滸苔(Ulvaprolifera)葉綠素a和葉綠素b的合成,對(duì)其最大光合量子產(chǎn)率無(wú)顯著影響[12]。由此可見(jiàn),大型海藻對(duì)低鹽的響應(yīng)機(jī)制存在明顯的種間差異。光照強(qiáng)度易受到水深、日照長(zhǎng)短、季節(jié)等的影響,對(duì)于藻類(lèi)的生長(zhǎng)和光合作用至關(guān)重要,影響大型海藻的生長(zhǎng)速率、光合活性、色素合成等生物過(guò)程[13-16]。前人大量研究表明,低光照強(qiáng)度使大型海藻的生長(zhǎng)受到抑制,光合色素含量呈現(xiàn)降低[17]、升高[18-19,20-21]或不受影響[22]等不同特征。另外,低光條件下,褐藻裙帶菜(Undariapinnatifida)的最大光合量子產(chǎn)率、電子傳遞速率升高[19],龍須菜的最大光合量子產(chǎn)率等熒光參數(shù)升高[22],繩狀龍須菜(Gracilariachorda)的光合速率降低[23],緣管滸苔(Ulvalinza)的凈光合速率和最大光合量子產(chǎn)率下降[20],滸苔的凈光合速率和呼吸速率下降[21],表明低光對(duì)大型海藻光合作用的影響具有種屬特異性。

目前已有大量關(guān)于龍須菜響應(yīng)非生物因素如光照強(qiáng)度和鹽度變化的研究[9,22,24-26],但關(guān)于二者耦合作用的研究鮮有報(bào)道。另外,近年來(lái)受梅雨季節(jié)影響,南方栽培龍須菜的產(chǎn)量呈現(xiàn)大幅度波動(dòng)狀態(tài),這與周邊環(huán)境因素的變化有著潛在密切關(guān)系,其中降雨直接導(dǎo)致的光照強(qiáng)度和表層鹽度變化最為明顯。因此,有必要研究不同光照強(qiáng)度和鹽度處理?xiàng)l件下龍須菜的生長(zhǎng)、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和光合色素含量變化,以期揭示南方梅雨季節(jié)栽培龍須菜產(chǎn)量不穩(wěn)定的原因,為南方梅雨季節(jié)龍須菜的栽培提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及培養(yǎng)條件

龍須菜隨機(jī)采自福建省連江縣羅源灣海域養(yǎng)殖筏架(26°25′N(xiāo),119°41′E),低溫避光保存帶回實(shí)驗(yàn)室,用過(guò)濾海水沖洗掉藻體表面的附生生物和泥沙,挑選顏色鮮紅、雜藻附生少的藻體,剪成2～3 cm的小段,置于含Pro培養(yǎng)基[27]的滅菌海水中,在溫度為20 ℃、光照強(qiáng)度為120 μmol/(m2·s)、光周期為12 L∶12 D的智能光照培養(yǎng)箱(GXZ-500C,寧波江南儀器廠)中預(yù)培養(yǎng)1周。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)選取光照強(qiáng)度和鹽度兩個(gè)環(huán)境因子,根據(jù)梅雨季龍須菜栽培海域?qū)嶋H監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將光強(qiáng)設(shè)置低光(lower light intensity,LL)30 μmol/(m2·s)和高光(higher light intensity,HL)120 μmol/(m2·s)兩個(gè)水平,每個(gè)光照強(qiáng)度水平下設(shè)置低鹽(lower salinity,LS)16、中鹽(medium salinity,MS)24(即鹽度適當(dāng)降低)、高鹽(higher salinity,HS)32三個(gè)鹽度梯度,共6個(gè)光照強(qiáng)度和鹽度組合(LLLS、LLMS、LLHS、HLLS、HLMS、HLHS),每個(gè)組合設(shè)3個(gè)平行樣。將(0.20±0.01)g藻體置于含Pro培養(yǎng)基滅菌海水的500 mL培養(yǎng)瓶中,在溫度20 ℃、光周期為12 L∶12 D的智能光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng),每?jī)商旄鼡Q1次培養(yǎng)液。

以HLHS處理組為對(duì)照。通過(guò)在培養(yǎng)瓶外部遮蓋不同層數(shù)的中性網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)120 μmol/(m2·s)和30 μmol/(m2·s)水平的光照強(qiáng)度。根據(jù)不同比例混合海水和雙蒸水來(lái)配制16、24、32鹽度水平的海水。光照強(qiáng)度的測(cè)定采用光合有效輻射測(cè)量?jī)x(QSL-2100,美國(guó)Biospherical公司),海水鹽度的測(cè)定采用手持式折光儀(LS10T,廣州市銘睿電子科技有限公司)。

1.3 相對(duì)生長(zhǎng)速率的測(cè)定

每?jī)商鞙y(cè)定1次6個(gè)處理組龍須菜的質(zhì)量。稱(chēng)重前,利用吸水紙將藻體表面的水分輕輕吸干,吸水紙的層數(shù)和吸水的時(shí)間盡量保持一致。每次稱(chēng)量由同一人操作,以減少操作誤差,同時(shí)為減少對(duì)藻體生理活性的損傷,盡量縮短其干露時(shí)長(zhǎng)[28]。根據(jù)下列公式計(jì)算藻體的相對(duì)生長(zhǎng)速率(relative growth rate,RGR,單位為%/d)：

RGR=100×[ln(Wt/W0)]/t

(1)

式(1)中：Wt是第t天藻體質(zhì)量(g),W0是藻體最開(kāi)始的質(zhì)量(g),t是藻體的培養(yǎng)天數(shù)(d)。

1.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

利用手持式PAM葉綠素?zé)晒鈨x(AquaPen AP 100,捷克PSI公司)測(cè)定6個(gè)處理組龍須菜的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。將樣品暗處理15 min后,置于培養(yǎng)光強(qiáng)下測(cè)定其有效光合量子產(chǎn)率[Y(II)]。在8個(gè)光化光強(qiáng)[0、10、20、50、100、200、500、1 000 μmol/(m2·s)]下測(cè)定快速光響應(yīng)曲線(rapid light curve,RLC),快速光響應(yīng)曲線根據(jù)Eilers等[29]的光強(qiáng)與相對(duì)電子傳遞速率關(guān)系進(jìn)行擬合,計(jì)算公式如下：

rETR=PAR/(a×PAR2+b×PAR+c)

(2)

式(2)中：rETR是藻體的相對(duì)電子傳遞速率,PAR是設(shè)置的光化光強(qiáng)[μmol/(m2·s)],a、b、c是擬合參數(shù)。

根據(jù)下列公式計(jì)算藻體的最大相對(duì)電子傳遞速率(rETRmax)、光能利用效率(α)和飽和光強(qiáng)[Ek,單位為μmol/(m2·s)]：

rETRmax=1/[b+2(a×c)1/2]

(3)

α=1/c

(4)

Ek=rETRmax/α

(5)

1.5 凈光合速率和呼吸速率的測(cè)定

利用液相氧電極(YSI 5300A,美國(guó)YSI公司)測(cè)定6個(gè)處理組龍須菜的凈光合速率和呼吸速率。稱(chēng)重前,使用刀片將藻體切成長(zhǎng)度約1 cm的藻段,為降低機(jī)械損傷,將其置于培養(yǎng)條件下1 h以上。隨后稱(chēng)取0.1 g左右的藻體,將其放入反應(yīng)槽中,其中含有8 mL培養(yǎng)基。使用恒溫循環(huán)器(DHX-2005,南京先歐儀器制造有限公司)將反應(yīng)槽中培養(yǎng)基的溫度控制在20 ℃。待暗適應(yīng)20 min之后,在黑暗條件下記錄反應(yīng)槽中O2濃度變化,即呼吸速率[Rd,單位為μmol/(g·h)]。通過(guò)調(diào)整提供外源光照強(qiáng)度的鹵素?zé)襞c反應(yīng)槽間距離,獲得培養(yǎng)光照強(qiáng)度,記錄反應(yīng)槽中O2濃度變化,即凈光合速率[Pn,單位為μmol/(g·h)]。

1.6 色素含量的測(cè)定

稱(chēng)取0.05 g左右龍須菜置于5 mL無(wú)水乙醇中,4 ℃暗處理24 h后,取上清液。利用分光光度計(jì)(Ultrospec 3300 pro,英國(guó)安瑪西亞公司)分別測(cè)定上清液在470、653、666 nm波長(zhǎng)處的吸光值。根據(jù)下列公式計(jì)算葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素的含量[30]：

CChl a=15.65×A666-7.53×A653

(6)

CCar=(1 000×A470+1 403.57×A666

-3 473.87×A653)/221

(7)

式(6)至(7)中：CChl a是葉綠素a含量(mg/g);CCar是類(lèi)胡蘿卜素含量(mg/g);A470、A653、A666分別是470、653、666 nm波長(zhǎng)處的吸光值。

采用機(jī)械研磨法測(cè)定藻紅蛋白的含量。稱(chēng)取0.10 g藻體于研缽中充分研磨,轉(zhuǎn)移至含10 mL磷酸緩沖液(0.1 mol/L,pH=6.8)的離心管中,于4 ℃下5 000 r/min離心15 min后,取上清液。利用分光光度計(jì)分別測(cè)定上清液在455、564、592 nm波長(zhǎng)處的吸光值。藻紅蛋白含量的計(jì)算公式如下[31]：

CPE=[(A564-A592) -(A455-A592)×0.2]×0.12

(8)

式(8)中：CPE是藻紅蛋白的含量(mg/g);A592、A564、A455分別是592、564、455 nm波長(zhǎng)處的吸光值。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

所有數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(X±SD)表示。利用Origin 9.1與 SPSS 26.0分別對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖與統(tǒng)計(jì)分析。采用K-S、Levene檢驗(yàn)先后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性、方差齊性分析。利用Turkey’s多重比較和單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗(yàn)處理組間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。利用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)檢驗(yàn)光強(qiáng)和鹽度對(duì)龍須菜的RGR、Y(II)、rETRmax、α、Ek、Pn、Rd及葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素、藻紅蛋白含量的交互作用。以P<0.05作為差異顯著性水平。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理下相對(duì)生長(zhǎng)速率變化

雙因素方差分析顯示,光照強(qiáng)度和鹽度對(duì)龍須菜的相對(duì)生長(zhǎng)速率存在顯著影響,且二者交互作用顯著(P<0.05)(表1)。如圖1所示,在同一光強(qiáng)條件下,藻體相對(duì)生長(zhǎng)速率隨著鹽度增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì),在鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,分別為(8.19±0.76)%/d(LLMS)、(9.83±0.31)%/d(HLMS),比高鹽處理組分別提高10.38%(LLLS)、15.38%(HLLS),表明鹽度的適當(dāng)降低促進(jìn)龍須菜的生長(zhǎng);低鹽處理組的相對(duì)生長(zhǎng)速率顯著低于高鹽處理組(P<0.05),降幅為51.89%(LLLS)、54.11%(HLLS),表明鹽度過(guò)低抑制龍須菜的生長(zhǎng)。此外,在低鹽培養(yǎng)條件下,低光處理組與高光處理組間藻體的相對(duì)生長(zhǎng)速率無(wú)顯著性差異(P>0.05);在鹽度適當(dāng)降低、高鹽培養(yǎng)條件下,低光處理組藻體相對(duì)生長(zhǎng)速率顯著低于高光處理組(P<0.05),降幅分別為16.68%、12.91%。

表1 光照強(qiáng)度和鹽度對(duì)龍須菜生長(zhǎng)和光合參數(shù)影響的雙因素方差分析Tab.1 Two-way analysis of variance for the effects of light intensities and salinities on physiological parameters of G. lemaneiformis

2.2 不同處理下熒光參數(shù)變化

雙因素方差分析顯示,光照強(qiáng)度和鹽度對(duì)龍須菜的有效光合量子產(chǎn)率存在顯著影響,且二者交互作用顯著(P<0.05)(表1)。如圖2所示,在高光培養(yǎng)條件下：隨著鹽度增加,藻體的有效光合量子產(chǎn)率呈現(xiàn)出與相對(duì)生長(zhǎng)速率相同的變化趨勢(shì),即先升高后降低,在鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下達(dá)到最高值0.38±0.03,比低鹽處理組、高鹽處理組分別顯著提高153.33%、26.67%(P<0.05),表明高光條件下鹽度的適當(dāng)降低提高龍須菜的有效光合量子產(chǎn)率。在低光培養(yǎng)條件下：藻體有效光合量子產(chǎn)率隨著鹽度增加而逐漸增加,在高鹽培養(yǎng)條件下達(dá)到高值0.32±0.03,顯著高于低鹽處理組(P<0.05),增幅為60.00%,與鹽度適當(dāng)降低處理組無(wú)顯著差異(P>0.05)。此外,鹽度適當(dāng)降低和正常鹽度培養(yǎng)條件下,低光處理組和高光處理組間藻體的有效光合量子產(chǎn)率無(wú)顯著影響(P>0.05);在低鹽培養(yǎng)條件下,低光處理組藻體有效光合量子產(chǎn)率顯著高于高光處理組(P<0.05),增幅為33.33%。

最大相對(duì)電子傳遞速率、光能利用效率、飽和光強(qiáng)由快速光響應(yīng)曲線計(jì)算得出,如表2所示。雙因素方差分析顯示,光照強(qiáng)度和鹽度對(duì)龍須菜的最大相對(duì)電子傳遞速率、光能利用效率和飽和光強(qiáng)有顯著影響(P<0.05),二者交互作用顯著影響最大相對(duì)電子傳遞速率和飽和光強(qiáng)(P<0.05),對(duì)光能利用效率無(wú)顯著影響(P>0.05)(表1)。如表2所示,在同一光強(qiáng)條件下,藻體光能利用效率隨著鹽度增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì);在高光培養(yǎng)條件下,藻體最大相對(duì)電子傳遞速率和飽和光強(qiáng)隨著鹽度增加呈現(xiàn)出與光能利用效率相同的變化趨勢(shì),先升高后降低;在低光培養(yǎng)條件下,隨著鹽度增加,最大相對(duì)電子傳遞速率逐漸降低,飽和光強(qiáng)先降低后升高。此外,在低鹽培養(yǎng)條件下,低光處理組的最大相對(duì)電子傳遞速率顯著高于高光處理組(P<0.05),增幅84.02%;低光處理組的光能利用效率顯著低于高光處理組(P<0.05),降幅50.00%。同一鹽度下,低光處理組藻體的飽和光強(qiáng)比高光處理組顯著提高306.85%(LLLS)、63.10%(LLMS)、112.01%(LLHS)(P<0.05)。

表2 不同處理下龍須菜的最大相對(duì)電子傳遞速率、光能利用效率和飽和光強(qiáng)Tab.2 Maximum rETR,light utilization efficiency and saturation irradiance of G. lemaneiformis under various light intensities and salinities

2.3 不同處理下凈光合速率和呼吸速率變化

鹽度、光強(qiáng)及二者交互作用顯著影響龍須菜的凈光合速率(P<0.05),鹽度顯著影響其呼吸速率(P<0.05),光照強(qiáng)度和二者交互作用對(duì)其呼吸速率無(wú)顯著影響(P>0.05)(表1)。如圖3(a)所示,在同一光強(qiáng)條件下,隨著鹽度增加,藻體凈光合速率呈現(xiàn)出與相對(duì)生長(zhǎng)速率相同的變化趨勢(shì),即先升高后降低,在鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,分別為(22.80±0.54)μmol/(g·h)(LLMS)、(26.23±0.16)μmol/(g·h)(HLMS),比高鹽處理組分別提高11.49%、10.35%,表明鹽度的適當(dāng)降低提高了龍須菜的凈光合速率;在同一光強(qiáng)條件下,低鹽處理組的凈光合速率顯著低于高鹽處理組(P<0.05),降幅為42.69%(LLLS)、43.79%(HLLS),表明鹽度過(guò)低使龍須菜的凈光合速率下降。此外,同一鹽度下,低光處理組藻體的凈光合速率顯著低于高光處理組(P<0.05),降幅為12.28%(LLLS)、13.08%(LLMS)、13.97%(LLHS),表明光照強(qiáng)度下降抑制了龍須菜的凈光合速率。

圖3 不同處理下龍須菜的凈光合速率和呼吸速率Fig.3 Net photosynthetic rate and respiratory rate of G. lemaneiformis under various light intensities and salinities

如圖3(b)所示,龍須菜的呼吸速率隨鹽度增加呈先降低后升高的變化趨勢(shì),與凈光合速率相反,在低鹽培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,分別為(27.75±1.20) μmol/(g·h)(LLLS)、(29.60±1.50 )μmol/(g·h)(HLLS),比高鹽處理組分別提高20.92%、28.19%;在同一光強(qiáng)條件下,鹽度適當(dāng)降低處理組的呼吸速率顯著低于高鹽處理組(P<0.05),降幅為37.12%(LLMS)、33.78%(HLMS)。此外,同一鹽度下,龍須菜的呼吸速率在不同光照強(qiáng)度處理間無(wú)顯著變化(P>0.05)。

2.4 不同處理下光合色素含量變化

鹽度、光強(qiáng)及二者交互作用顯著影響龍須菜的葉綠素a含量,鹽度顯著影響其類(lèi)胡蘿卜素含量,鹽度和二者交互作用顯著影響其藻紅蛋白含量(P<0.05)(表1)。如圖4(a)所示,在同一光強(qiáng)條件下,隨著鹽度增加,葉綠素a含量呈現(xiàn)出與相對(duì)生長(zhǎng)速率相同的變化趨勢(shì),即先升高后降低,在鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,分別為(0.16±0.00) mg/g(LLMS)、(0.17±0.01) mg/g(HLMS),比高鹽處理組分別增加了11.36%、32.56%;在同一光強(qiáng)條件下,低鹽處理組的葉綠素a含量顯著低于高鹽處理組(P<0.05),降幅為46.15%(LLLS)、20.00%(HLLS)。此外,鹽度適當(dāng)降低、高鹽處理組的葉綠素a含量在不同光照強(qiáng)度間存在顯著差異(P<0.05);低鹽處理組的葉綠素a含量在不同光強(qiáng)處理間差異不顯著(P>0.05)。如圖4(b)所示,類(lèi)胡蘿卜素含量在不同處理組間無(wú)顯著變化(P>0.05)。如圖4(c)所示,藻紅蛋白含量隨著鹽度增加先升高后降低,與葉綠素a含量的變化趨勢(shì)相同,在鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,分別為(0.57±0.04) mg/g(LLMS)、(0.70±0.05) mg/g(HLMS),比高鹽處理組分別增加32.56%、112.12%;在同一光強(qiáng)條件下,低鹽處理組的藻紅蛋白含量顯著低于高鹽處理組(P<0.05),降幅為60.47%(LLLS)、42.42%(HLLS)。此外,鹽度適當(dāng)降低、高鹽處理組的藻紅蛋白含量在不同光照強(qiáng)度間存在顯著差異(P<0.05);低鹽處理組的藻紅蛋白含量在不同光照強(qiáng)度間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖4 不同處理下龍須菜的葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素和藻紅蛋白含量Fig.4 Contents of chlorophyll a,caroteniod and phycoerythrin in G. lemaneiformis under various light intensities and salinities

2.5 討論

鹽度的變化對(duì)于大多數(shù)海藻來(lái)說(shuō)都是一種脅迫,其波動(dòng)會(huì)改變細(xì)胞滲透壓,從而影響生物體的化學(xué)成分如光合色素、蛋白質(zhì)等的合成[32]。龍須菜的相對(duì)生長(zhǎng)速率和凈光合速率在MS培養(yǎng)條件下達(dá)到高值,表明鹽度適當(dāng)降低促進(jìn)龍須菜的生長(zhǎng)。這種現(xiàn)象在菊花心江蘺(Gracilarialichenoides)[3]、半葉馬尾藻[11]、Gracilariacorticata[33]等大型藻類(lèi)中均有報(bào)道。隨著鹽度增加,葉綠素a和藻紅蛋白含量呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢(shì),與相對(duì)生長(zhǎng)速率、凈光合速率相同,在低鹽培養(yǎng)條件下最低,鹽度適當(dāng)降低培養(yǎng)條件下最高,表明葉綠素a和藻紅蛋白是將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的關(guān)鍵色素,與藻類(lèi)的光合作用密切相關(guān)[34]。在低鹽培養(yǎng)條件下,龍須菜的凈光合速率被抑制,表明鹽度過(guò)低會(huì)降低龍須菜的光合性能,可能是由色素含量下降引起的[28],因?yàn)樵孱?lèi)通過(guò)調(diào)整自身色素含量來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化是一種普遍現(xiàn)象[35],而葉綠素a在光系統(tǒng)的電子傳遞中起著非常重要的作用[36]。此外,鹽度的適當(dāng)降低促進(jìn)龍須菜的凈光合速率和相對(duì)生長(zhǎng)速率,可能與降雨量增加導(dǎo)致攜帶營(yíng)養(yǎng)鹽的大量陸源淡水入海,引起近岸海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增加有關(guān)[37-38]。

光照是影響藻類(lèi)生長(zhǎng)和光合作用的主要非生物因子之一,過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響光合作用,進(jìn)而影響藻體的正常生長(zhǎng)[15,19]。光照強(qiáng)度過(guò)低引起能量短缺或者光合作用的關(guān)鍵酶未能充分活化,導(dǎo)致藻體的光合活性下降。龍須菜在高光培養(yǎng)條件下的相對(duì)生長(zhǎng)速率、凈光合速率顯著高于低光處理組,這與其他大型海藻如裙帶菜[19]、繩狀龍須菜[23]、緣管滸苔[22]、滸苔[23]、真江蘺(Gracilariaasiatica)[39]的研究結(jié)果一致。此外,低光培養(yǎng)條件下龍須菜的光能利用效率低于高光處理組。福建梅雨季引起的持續(xù)陰天,導(dǎo)致栽培海域光照強(qiáng)度下降,不利于龍須菜生物量的累積。葉綠素a和藻紅蛋白是藻體進(jìn)行光合作用的反應(yīng)中心及捕光系統(tǒng),其中藻紅蛋白捕獲光能并將其傳遞給光系統(tǒng)II,最終到達(dá)反應(yīng)中心葉綠素a,二者易受外界環(huán)境的影響[30-31]。在高鹽培養(yǎng)條件下,低光處理促進(jìn)龍須菜葉綠素a和藻紅蛋白的合成,光合色素含量與光照強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象在其他海藻中普遍存在。原因在于光強(qiáng)不足引起的生長(zhǎng)速率、光能利用效率下降,藻體會(huì)通過(guò)補(bǔ)償性的合成光合色素來(lái)彌補(bǔ)上述不足,這是藻體響應(yīng)外界環(huán)境變化的一種積極策略,具備重要的生理、生態(tài)作用[19-20]。

本研究中龍須菜的最佳生長(zhǎng)條件位于HLMS處理組,即當(dāng)光照強(qiáng)度為120 μmol/(m2·s)、鹽度為24時(shí),龍須菜的生長(zhǎng)和產(chǎn)量達(dá)到了最高值。福建臨近北回歸線,屬于暖熱濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)氣候,春夏之際梅雨季的到來(lái),引起栽培海域光照強(qiáng)度、鹽度的短期變化。近年來(lái),主產(chǎn)地福建龍須菜的栽培年產(chǎn)量不穩(wěn)定,尤其在梅雨季其產(chǎn)量發(fā)生劇烈波動(dòng),少數(shù)呈增產(chǎn)趨勢(shì),多數(shù)呈下降趨勢(shì)。本研究通過(guò)研究光照強(qiáng)度、鹽度及二者耦合作用對(duì)龍須菜生長(zhǎng)和光合生理的影響,在一定程度上揭示了梅雨季節(jié)龍須菜生長(zhǎng)不穩(wěn)定的原因,也即梅雨季節(jié)龍須菜栽培產(chǎn)量潛在地取決于光照強(qiáng)度、海水表層鹽度及其耦合作用的變化。降雨引起的海水鹽度適當(dāng)降低對(duì)龍須菜的生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用,但當(dāng)鹽度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致龍須菜產(chǎn)量急劇下降。降雨過(guò)程中,適當(dāng)?shù)卦黾庸庹諏⒂欣邶堩毑松L(zhǎng)的恢復(fù)和產(chǎn)量的提高。這為我們?cè)诿酚昙靖玫剡M(jìn)行龍須菜栽培提供理論思路,如通過(guò)將其掛養(yǎng)在靠近海水表層的水層,以接受更多光照,促進(jìn)龍須菜的生長(zhǎng)。

3 結(jié)論

在本研究中,光照強(qiáng)度和鹽度耦合對(duì)龍須菜生長(zhǎng)和光合作用產(chǎn)生顯著影響,梅雨季節(jié)栽培龍須菜產(chǎn)量的增加或減少,一定程度上取決于光照強(qiáng)度與海水鹽度的變化及其耦合作用。栽培龍須菜最適生長(zhǎng)條件為光照強(qiáng)度120 μmol/(m2·s)、鹽度為24。充足的光照耦合鹽度的適當(dāng)降低(HLMS)促進(jìn)龍須菜的生長(zhǎng),但鹽度過(guò)低會(huì)抑制其生長(zhǎng)。這為預(yù)判龍須菜栽培產(chǎn)量提供一定的理論依據(jù),同時(shí)為梅雨季節(jié)更好地開(kāi)展龍須菜栽培提供科學(xué)支撐數(shù)據(jù)。