滸苔孢子放散與附著萌發特性及其干出適應性的初步研究

朱 明,劉兆普,徐軍田茅云翔,姚東瑞

(1.淮海工學院 海洋學院,江蘇 連云港 222005; 2.南京農業大學 江蘇省海洋生物學重點實驗室,江蘇 南京 210095; 3.中國海洋大學 生命學院,山東 青島 266003)

滸苔 (Enteromorpha prolifera)是重要的海洋綠藻,屬綠藻門(Chlorophyta)、綠藻綱(Chlorophyceae)、石莼目(Ulvales)、石莼科(Ulvaceae)、滸苔屬(Enteromorpha),生長在海洋沿岸中低潮區的砂礫、巖石、灘涂和石沼中,在我國野生藻類中資源豐富。滸苔作為食品原料和飼料添加劑開發潛力很大,日本等國家已經將滸苔二次加工為可即食的海苔,又稱綠紫菜。滸苔的世代同型及其對鹽度、溫度、光照和干出條件的廣泛的適應性[1-2],使得滸苔有望成為新的海水或半咸水的栽培海藻[3]。同時滸苔也是筏架養殖的條斑紫菜的主要生態位競爭者之一,在海水養殖魚類的過程中,滸苔的附著造成網箱網目堵塞,影響了網箱內的水體交換減少,導致養殖動物的疾病多發和網箱使用壽命縮短。以滸苔、石莼等大型綠藻爆發式漂浮生長所引發的“綠潮”在世界各地時有發生,成為一種新的生態災害。

有研究表明滸苔釋放孢子對鹽度、溫度、光照強度和酸堿度具有廣泛的適應性[4]。一些研究還顯示溫度和海浪運動能夠對滸苔游動孢子和附著孢子造成一定的影響[5-6]。但是關于孢子的放散時機、附著時限以及低溫干出條件對滸苔及其孢子放散及萌發影響的研究還未見報道; 本實驗旨在對上述問題進行初步的探索,為綜合利用滸苔資源、防控滸苔附著病害和探索滸苔“綠潮”的發生機制提供幫助。

1 材料和方法

1.1 實驗材料及培養方法

滸苔于2007年3～4月間取自連云港連島海域紫菜筏架,使用滅菌海水反復沖洗去除表面附著物,在實驗室內暫養,培養介質為f/2培養基(鹽度30～33,pH 值 8.2～8.3),另外添加 1 mg/L SeO2; 溫度20℃±1℃、光強 60～75 μmol/(m2.s)(光：暗周期為 12L：12D),通入過濾空氣,待孢子囊形成后供實驗用。

1.2 研究方法

1.2.1 滸苔孢子對不同附著基的選擇性實驗設置

稱取滸苔0.5 g(濕質量,下同),經過12 h、20℃黑暗干出后重新恢復培養,在250 mL培養液中通入過濾空氣,同時在水中分別放入塑料片、塑料繩、玻璃片、木片、紫菜養殖網繩、麻繩、草繩和網布作為附著基,材料懸浮或者懸掛于水體中,24 h后觀察各附著材料上孢子吸附情況 (各種材料在放進玻璃缸之前都要進行煮沸消毒滅菌,材料大小要適中,長約1 cm或者面積1 cm×1 cm,以便于觀察)。實驗設置3個平行樣。

1.2.2 滸苔孢子放散及附著時限的測定方法

稱取具有成熟孢子囊的滸苔0.5 g,在20℃下經過12 h黑暗干出處理后,放入盛有250 mL f/2培養液的燒杯中,每 2 h取一定量海水并用碘-碘化鉀溶液固定其中的游動孢子(淡綠色近圓形細胞,直徑5～7 μm,兩根鞭毛),取其中0.1 mL置于浮游植物計數框中,在40×10倍(JNOEC XS-212型顯微鏡)下隨機選取10個小框計數孢子數,取其平均值。同時在燒杯內每隔2 h放入新的塑料片(1 cm×1 cm)并停留2 h,隨機抽取十個視野(40×10倍)計數附著孢子數,取其平均值,根據孢子放散高峰與孢子附著峰值的時間差,推算孢子的最佳附著時限。

1.2.3 不同溫度干出處理對滸苔活力及其孢子放散能力影響實驗設置

稱取滸苔 0.5 g,吸干藻體表面水分,并分別用保鮮膜包裹且保持敞口狀態,置于溫度為 20,4,-4,-20℃的黑暗條件下干出和自然失水。每隔一星期取出各個條件下的樣品 3份,置于正常條件(同 1.1)下培養1周,中間換水1次。

以相對生長率表示藻體活力,按照以下公式求得其相對生長率(relative growth rate,RRG)：

其中Nt為第t天的鮮質量,N0為初始鮮質量。

通過計算滸苔干出處理重新入水培養后 4 h游動孢子的數目,測定不同干出處理后滸苔孢子放散能力,測定方法如1.2.2。

1.2.4 不同溫度干出/沉水處理吸附孢子實驗設置

將附著孢子的塑料片(10～20個孢子/視野,40×10倍)置于溫度為20,4,-4和-20℃的干出或沉水條件下黑暗處理,分別在1、2、4、8、16和20 d后取出恢復培養一周,培養條件同1.1,觀察其萌發情況。

1.3 數據處理

實驗數據采用方差分析法(one-way ANOVA,Turkey),設置顯著水平為P＜ 0.05。

2 結果

2.1 滸苔孢子在不同基質上的附著情況

經過24 h的孢子放散附著后,各種材料上都有數量不等的孢子附著,有些材料上可見淡淡的綠色,計數結果如表1。從表中可以看出,塑料片、紫菜養殖網繩和網布上孢子附著量較多,玻璃片、塑料繩和草繩上附著量中等草繩和木片上附著量最少,可見塑料片、網繩和網布等材料更加適宜于滸苔孢子的附著。塑料片便于進行剪切和孢子計數,因此在后續的孢子附著與萌發實驗中采用塑料片作為附著基。

表1 孢子在不同基質上的附著數量Tab.1 The numbers of spores settled on different substrates

圖1 滸苔放散和附著孢子數目隨時間的變化Fig.1 The numbers of released and adhered spores over time

2.2 滸苔孢子放散的高峰時間和最佳附著時機的測定

滸苔經過12 h 20℃、黑暗干出處理后復水,孢子的放散和附著數目隨時間變化情況如圖1。從圖1中可以看出,滸苔復水1h左右水中有游動孢子出現,隨著孢子不停的放散,培養液中游動孢子密度線性增長,約4 h達到峰值。之后由于孢子開始附著,同時放散量減少,培養液中游動孢子密度下降,12 h左右培養液中不再有游動孢子。可見,滸苔孢子的連續放散時間約為1～10 h,最佳放散時機約為復水后 4 h左右。孢子放散后不久便開始附著,放散與附著幾乎同步,隨孢子放散量的增加,孢子附著量也呈線性上升趨勢,并在 6 h左右達到峰值,此后也隨孢子放散曲線下降而下降,12 h后不再有孢子附著。

2.3 不同干出溫度和時間對滸苔藻體活力及其孢子放散能力的影響

本實驗用滸苔干出處理后的恢復生長率來表示滸苔藻體的活力,從圖2中可以看出,干出溫度與干出時間對滸苔活力存在著不同的影響。在 20℃條件下滸苔干出2周后仍然保持一定的活力,3周后藻體的活力急劇下降,到第4周藻體后腐爛; 其活力要顯著低于低溫干出的藻體(P＜ 0.05)。

圖2 不同溫度條件下干出保存對滸苔的恢復生長的影響Fig.2 The growth of Enteromorpha prolifera after exposure to treatments at different temperatures

在 4℃、-4℃和-20℃三種低溫條件下干出保存2周到4周滸苔的活力沒有顯著的差異(P＞ 0.05),其第 4周的活力與 20℃干出1～2周時相似,說明這三種低溫條件更有利于滸苔藻體活力的保持。但到第5周后-20℃條件下干出保存的藻體復水后的活力明顯高于 4℃和-4℃下的滸苔活力(P＜ 0.05),說明-20℃的低溫條件對保持藻體活力最為有利。

不同溫度干出處理對滸苔復水后的孢子釋放能力的影響見表2,從表中可以看出：在20℃條件下干出1～3周內,滸苔仍然保持很高的孢子釋放水平; 第4周之后失去釋放孢子的能力。-20℃的干出1周,其孢子的釋放量很低,隨著干出時間的延長不斷增加并在3～5周達到最高水平,隨后出現明顯的下降; 這與在該溫度下的藻體活力的變化趨勢基本相反。4℃和-4℃的干出條件下滸苔孢子的釋放量較低,第 1周基本沒有孢子釋放,第 2～5周也只有少量的孢子釋放,與藻體活力變化趨勢不一致。

表2 不同溫度干出后滸苔的孢子釋放能力與干出時間的關系Tab.2 The relationship between the spore release levels of Enteromorpha prolifera and the desiccation times at different temperatures

2.4 不同溫度干出、沉水條件對附著孢子萌發的影響

表3 不同溫度干出后滸苔附著孢子的萌發能力與干出時間的關系Tab.3 The relationship between the germination levels of settled spores of Enteromorpha prolifera and the desiccation times at different temperatures

附著孢子在經過不同溫度干出或沉水處理后,其萌發情況隨處理時間的變化情況見表3和表4。從表中可以看出,20℃干出處理組的孢子在4 d內可以萌發,而所有低溫處理組的附著孢子在前 8天都能夠萌發; 其中4℃與-20℃干出組在16 d內仍然能夠萌發。20℃條件下沉水處理組的滸苔孢子的萌發能力明顯高于相同溫度下的干出組; 而4℃與-4℃沉水組與干出組的孢子萌發狀況基本相同; -20℃沉水組孢子只能在8 d內萌發,遠低于干出組的16 d。上述結果表明,在沉水狀態條件下,較高溫度(20℃)有利于孢子的萌發,而在干出條件下低溫更有利于孢子活力的保持。

表4 不同溫度沉水處理后滸苔附著孢子的萌發能力與處理時間的關系Tab.4 The relationship between the germination levels of settled spores of Enteromorpha prolifera and the treatment times at different temperatures in water

3 討論

3.1 滸苔孢子對附著基的選擇性

本實驗通過對附著孢子數目的檢測考察了滸苔孢子對附著基的選擇性,結果以塑料片、紫菜養殖網繩和網布為孢子最佳附著基,而玻璃片、塑料繩、草繩上和木皮(刨花)不適于孢子附著。Finlay等[6]研究發現：緣管滸苔(Enteromorpha linza)的游動孢子(zoo spore)對疏水性的基質有較強趨性,但是在親水性的基質上附著能力更強。本實驗只有草繩與木皮為親水性基質,但兩者的孢子附著量并不大,其他材料皆為疏水性的基質,但并未影響到孢子的附著,說明滸苔孢子對附著基的選擇還存在其他的條件。本實驗中附著孢子較多的三種材料表面都較為粗糙,顯示滸苔孢子對附著基的選擇與其表面粗糙程度存在關聯。吳洪喜等[2]實驗得出滸苔在木板上效果最佳,而本實驗中的木皮(刨花)孢子附著效果不佳,由于刨花的表面更加光滑,說明附著基的表面特性比材質對于滸苔孢子附著的影響更大。

從形態結構上看,本實驗中的游動孢子屬于配子階段,但連續觀察未發現其相互融合的現象,應屬于 Kapraun[7]研究報道的中性游孢子; 同時也說明滸苔孢子(配子)萌發的多態性[8],這種多態性是否與環境誘導因素有關,需要做進一步的研究。

3.2 滸苔孢子附著的最佳時機

本實驗中滸苔干出復水后很快釋放孢子,連續放散孢子時間約為1～10 h,放散高峰約在4 h左右;孢子附著時限為滸苔復水后1～12 h,6 h左右達到附著量的高峰,孢子附著峰值出現的時間落后于孢子放散峰值時間約2 h,由此說明孢子的附著最佳時機或者時滯為孢子放散后2 h左右。游動孢子快速附著的能力可以保證其盡快在沿岸帶基質上的定植,避免被海水沖散到離岸較遠的地方,保證滸苔優勢群體的地位。孢子放散與附著的時間基本處于12 h之內,最佳附著時間為6 h左右,與半日潮的潮汐時間存在著一定程度的吻合,這是否與潮水漲落的周期性在時空上存在關聯,有待進一步驗證。

3.3 滸苔對不同溫度干出處理的耐受性

生長在潮間帶的大型海藻,隨著海洋潮汐經歷著兩種連續變化的環境條件：沉水和干出。當低潮時,潮間帶海藻的生活環境由水生突然轉變為陸生,這樣它們面臨著很多的環境變化,其中最為明顯的就是失水作用,隨著干出時間的增加,藻體內的含水量迅速降低,表面水分的蒸發導致鹽度顯著增加,同時高的光強、溫度以及海風的流動會加速這種失水作用,并且高溫和高的光強對藻體的光合作用等代謝過程產生直接的影響[7]。但一些潮間帶大型海藻對這種脅迫具有很強的適應能力,其體內脯氨酸、可溶性糖積累的提高和膜透性的降低對于提高其對低溫的適應性和對干出的耐受能力是有重要的幫助[10]。滸苔對失水這種脅迫有很強的適應性,在干出的情況下,即使在高溫高光強下也可以存活2～3d[2]。

本實驗結果表明,滸苔對低溫干出的適應性更強,-20℃保存的藻體即使經過5周的時間的干出及冷凍失水,置于正常條件下恢復生長仍然保持相對高的生長速率。這可能是由于低溫下細胞體內的水分得到了有效的保存,使細胞體內的鹽濃度維持在一定的水平,使細胞膜的完整性得到一定程度的保證,而干出或者冷凍失水對細胞最大的損傷就是細胞膜的破壞[11]。研究表明潮間帶海藻Ascophyllum nodosum損失 70%以上的水分后會釋放一些有機、無機物質,1%～2%的總干物質以有機碳形式而損失掉,這表明細胞膜受到破壞[12]。在低溫條件(-4℃,4℃)下藻體的新陳代謝處于較低水平,在-20℃下藻體的新陳代謝幾乎停止,藻體不需要一定的光合作用來維持藻體的生理狀態,這在很大程度上保存了藻體的生理活性。

3.4 不同溫度干出處理對滸苔孢子釋放能力的影響

從本實驗的結果還可以看出,滸苔成熟藻體經過不同溫度的干出保存后仍然能夠釋放孢子,其中20℃條件下可以保持 3周的有效釋放,而滸苔藻體在第 3周已經不能恢復生長,說明滸苔孢子比藻體營養細胞具有更強的干出耐受能力。-20℃條件下在第 5周仍然有正常的孢子釋放能力,與藻體活力變化趨勢基本一致,但其最大放散量出現在第 3～5周,而不是在第1～2周,可能與-20℃條件下滸苔的冷凍失水較慢有關,吸水膨脹有利于滸苔大量釋放孢子。在 4℃與-4℃干出條件下,藻體活力很高,但孢子放散量很少,可能與其未能如20℃干出或者-20℃冷凍條件下充分失水有關。

3.5 附著孢子對不同溫度干出處理的適應性

本實驗的結果表明,與較高溫度(20℃)的沉水狀態條件相比,滸苔附著孢子對低溫和干出處理較為敏感,但仍然可以分別在20℃,4℃,-4℃和-20℃干出4 d,16 d,8 d和16 d后保持萌發能力; 說明滸苔附著孢子對干出,特別是低溫干出處理具有一定的耐受性。

與其他附著紫菜網繩的大型藻相比[13],滸苔及其附著孢子對干出與冷藏處理具有更強的適應能力,通過冷藏消除網繩附著滸苔存在一定的難度; 建議在紫菜采苗時采取措施避免滸苔孢子附著網繩,或者在苗簾下海時避開滸苔孢子放散的高峰時期,以有效預防滸苔附著病害的發生。

3.6 滸苔“綠潮”與孢子釋放的關系

本實驗的結果表明,滸苔游動孢子在正常條件下的浮游時間最長為 12 h,并且需要附著后才能萌發; 本實驗中未發現游動孢子在浮游狀態直接萌發為滸苔幼苗的情況,是否存在其他可能的滸苔游動孢子直接生成綠潮的途徑,有待進一步的考察。同時,滸苔及其孢子對干出和低溫條件的耐受性,也為滸苔的異常或異地增殖甚至導致“綠潮”形成提供了可能性,作者將在以后的實驗和野外調查過程中進行深入的研究。

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