黃海海域漂浮滸苔的生理特性

摘要：研究溫度、鹽度、光強等重要環(huán)境因子對黃海海域漂浮滸苔PSⅡ活性（有效光化學效率ΔF/Fm′，Yield；最大光化學效率Fv/Fm）和光合放氧速率的影響。對藻體的光合生理活性而言，20～30 ℃是最適范圍，25 ℃下PSⅡ活性和光合放氧速率都較平穩(wěn)；在高溫（35 ℃）下培養(yǎng)時，漂浮滸苔很敏感，不能正常生長。當鹽度為0時，藻體的PSⅡ活性和光合放氧速率均大幅下降，轉(zhuǎn)入正常鹽度3%后，藻體的PSⅡ活性都有所回升；大多數(shù)樣品對本試驗的高鹽度（4%）都有較好的耐受性。在試驗光強范圍內(nèi)，漂浮滸苔PSⅡ活性在400 μmol/（m2·s）下的降幅較大，而 160 μmol/（m2·s） 下的活性較強且較平穩(wěn)；光合放氧速率表現(xiàn)出隨培養(yǎng)光強增大而增大的趨勢。

關(guān)鍵詞：漂浮滸苔；光合活性；溫度；鹽度；光強

中圖分類號： Q945.79文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0355-03

收稿日期：2014-03-17

基金項目：國家海洋公益性行業(yè)科研專項（編號：201205010）；江蘇省高校青藍工程資助項目（編號：蘇教師[2010]27號）。

作者簡介：姜紅霞（1977—），女，湖北武漢人，博士，副教授，主要從事藻類生理生態(tài)學研究。E-mail： hxjiang10@163.com。

通信作者：朱建一，教授，主要從事海藻生物學研究。E-mail： xupu666@163.com。2008年以來，我國黃海海域的漂浮滸苔大規(guī)模暴發(fā)，嚴重破壞了我國黃海近海海洋生態(tài)環(huán)境，已引起國內(nèi)外高度關(guān)注，并一時成為研究熱點[1-3]。從滸苔發(fā)生、發(fā)展的季節(jié)和區(qū)域分布可以看出，環(huán)境因素對海面漂浮滸苔的表觀景象有重要影響。對2008年青島海區(qū)漂浮滸苔的相關(guān)研究結(jié)果顯示，在5～25 ℃、光強10～40 μmol/（m2·s）條件下，藻體生長速率隨溫度升高而增大。其中，在15～25 ℃下，生長速率隨光強增大而增大；但在低溫（5、10 ℃）條件下，不同光強間的生長速率差異不顯著。有人認為，在試驗范圍內(nèi)，溫度對漂浮滸苔的生長影響更明顯[1]。滸苔的廣泛分布與其很好的鹽度適應(yīng)性密切相關(guān)，有研究表明，鹽度從3%降為0.5%不會顯著改變滸苔的光合作用速率[4]；腸滸苔從自然鹽度海水（3.5%）轉(zhuǎn)入3倍鹽度的海水后，其光合放氧速率在2 min 后降低60%，但之后又開始逐漸恢復，48 h后光合活性完全恢復，而且藻體內(nèi)起滲透調(diào)節(jié)作用的有機溶質(zhì)也同時顯著增多，表明腸滸苔對高鹽環(huán)境具有較強的自我調(diào)節(jié)能力[5]。以上研究尚未設(shè)置脅迫條件，無法探討其生理閾值。因此，本試驗對江蘇省沿海主要漂浮滸苔的生理特性展開研究，分析重要環(huán)境因子對其光合生理參數(shù)及生長的影響作用，為建立黃海綠潮藻早期預警技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

1材料與方法

1.1材料

滸苔樣品由國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項組成員出海采集后帶回實驗室，分別于2012年5月采自南通海區(qū)、2012年7月采自連云港海區(qū)、2013年5月采自南通海區(qū)，在實驗室進行挑選分離。

1.2試驗方法

挑取單枝藻體0.15～0.20 g，于60 mL的消毒海水中培養(yǎng)。溫度試驗設(shè)置7個梯度：5、10、15、20、25、30、35 ℃，鹽度3%；鹽度試驗通過加入不同量NaCl來調(diào)節(jié)鹽度，設(shè)置5個梯度：0、1%、2%、3%、4%，溫度為20 ℃，均培養(yǎng)于光強 80 μmol/（m2·s） 的光照培養(yǎng)箱（MLR-351，日本）內(nèi)。光強試驗在低溫強光照培養(yǎng)箱（SII 300，美國）內(nèi)進行，設(shè)置4個梯度：40、80、160、400 μmol/（m2·s），鹽度3%，溫度20 ℃。所有試驗的光周期都為12 L/12 D，每種處理設(shè)置3個重復，每天更換培養(yǎng)液。

PSⅡ活性的測定：每天中午用便攜式葉綠素熒光儀（PAM-Water，德國）測定光適應(yīng)樣品PSⅡ的有效光化學效率（ΔF/Fm′，Yield）[6]，暗適應(yīng)20 min以上再測定其最大光化學效率（Fv/Fm）。溫度和鹽度試驗連續(xù)若干天后，待樣品的Yield下降至0.1左右，再將前者轉(zhuǎn)入20 ℃、后者轉(zhuǎn)入鹽度3%的海水（接近自然海水）中進行恢復培養(yǎng)并跟蹤測定PSⅡ活性。

光合放氧速率：用溶氧測定儀（YSI 5300A，美國）進行測定，溫度、光強、反應(yīng)槽內(nèi)海水鹽度與待測藻體培養(yǎng)時的條件保持一致。

1.3數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用“平均值±標準差”（n=3～6）表示，處理間的數(shù)據(jù)結(jié)果用方差分析（ANOVA）進行差異顯著性檢驗，以α=0.05 為差異顯著水平。

2結(jié)果與分析

2.1環(huán)境因子對藻體PSⅡ活性的影響

2.1.1溫度對藻體PSⅡ活性的影響由圖1-a可知，溫度對漂浮滸苔藻體的生理影響較大，在20～30 ℃溫度的培養(yǎng)期間，藻體Yield保持了相對較穩(wěn)定且較高的水平，特別是 25 ℃ 下，藻體Yield始終能維持在初始水平而沒有降低；其余溫度下，藻體Yield都在培養(yǎng)后1 d就顯著降低了，之后稍有波動，或稍有回升或繼續(xù)降低，其中在35 ℃下時，培養(yǎng)后 4 d 大幅降低，但培養(yǎng)后5 d并沒有進一步降低，之后藻體轉(zhuǎn)入20 ℃進行恢復培養(yǎng)（圖1中的陰影部分），回升到其他溫度下的水平。藻體的Fv/Fm變化趨勢大體與Yield相似（圖1-b），也以25 ℃下總體水平相對較高；35 ℃下持續(xù)降低，后期也能恢復。

2.1.2鹽度對藻體PSⅡ活性的影響當鹽度為0時，藻體的PSⅡ活性均大幅減弱，藻體的Yield在培養(yǎng)后1 d就顯著降低了，僅為初始值的35%，之后有所波動，但沒有進一步降低（圖2），F(xiàn)v/Fm與Yield的變化趨勢相似。之后用2013年5月采集的藻體補充了鹽度0脅迫后的恢復試驗，發(fā)現(xiàn)PSⅡ活性在降低至0.1左右后（培養(yǎng)后8 d），再轉(zhuǎn)入鹽度3%下培養(yǎng)2～3 d，藻體的Yield和Fv/Fm分別回升到初始值的80%和71%。endprint

2.1.3光強對藻體PSⅡ活性的影響光強試驗結(jié)果（圖3）顯示，藻體的Yield值均在培養(yǎng)后1 d顯著降低了，之后稍有波動；其中以光強為400 μmol/（m2·s）的處理下降幅較大，培養(yǎng)后1 d就比其他光強處理低22%～29%，但隨后差距減小，在培養(yǎng)后5d時只比其他光強處理低7%～16%。藻體Fv/Fm的變化大體相似，在光強為400 μmol/（m2·s）時顯著降低，光強為160 μmol/（m2·s）的Fv/Fm的值明顯較高且較為平穩(wěn)。

2.2環(huán)境因子對藻體光合放氧速率的影響

培養(yǎng)后2 d，在鹽度為0的條件下藻體的光合放氧速率顯著低于其他鹽度條件，降低了59%～64%，其他鹽度間差異不顯著（圖4-a）；培養(yǎng)后8 d，在鹽度為0的條件下藻體的光合放氧速率甚至降為負值。由圖4-b可知，隨光強的增大，藻體的光合放氧速率增大；培養(yǎng)后3 d，光強為 40 μmol/（m2·s） 處理的光合放氧速率比其他光強處理低38%～63%，光強為80 μmol/（m2·s）處理的光合放氧速率比其他較高光強處理低28%～40%。溫度試驗結(jié)果（圖4-c）顯示，培養(yǎng)后2 d，35 ℃下的藻體幾乎全變白；培養(yǎng)后8 d，大多數(shù)溫度下藻體的光合放氧速率都較初始值有所降低，僅25 ℃下較平穩(wěn)，且比其他溫度下的高49%～80%。

3結(jié)論與討論

本試驗結(jié)果顯示，對于漂浮滸苔的光合生理活性而言，20～30 ℃較合適，尤其以25 ℃最理想；藻體采集期間（5—7月），當江蘇沿岸海面溫度為15～25 ℃時，正好處于滸苔適宜生長的溫度范圍內(nèi)[7-8]；筆者在實際調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，6月漂浮滸苔生長旺盛，此時水溫為20～25 ℃。藻體對高溫（35 ℃）很敏感，培養(yǎng)后2 d時已幾乎全變白，不能正常生長，PSⅡ活性持續(xù)減弱，后期轉(zhuǎn)入20 ℃雖然也能恢復到其他溫度下的活性水平，但藻體顏色沒有恢復，與之前姜紅霞等對江蘇海域沿岸漂浮滸苔的研究報道[9]也是一致的。還有研究發(fā)現(xiàn)，水溫達25 ℃以上時，藻體活性減弱[3]，逐漸沉降從而慢慢消失。室內(nèi)研究結(jié)果表明，滸苔對鹽度有很好的適應(yīng)性[7-8]，本研究顯示在1%～4%的鹽度范圍內(nèi)，漂浮藻體光合活性都能保持較高水平，盡管采集地海水鹽度只有2.8%～3.3%；姜紅霞等也發(fā)現(xiàn)，漂浮滸苔對高鹽度（6%）有較好的耐受性[9]。高鹽脅迫下，腸滸苔內(nèi)顯著增多的蔗糖和脯氨酸起到了高滲調(diào)節(jié)作用[5]。但漂浮滸苔對低鹽脅迫（0）則很敏感；報道也顯示，滸苔在鹽度為0的條件下失去了健康的綠色，活性大幅減弱，不能生長，甚至很快死亡[7-10]。本試驗中漂浮滸苔在鹽度0下只是短期脅迫，因此鹽度恢復后其PSⅡ活性也都能很快回升。

本試驗結(jié)果還顯示，漂浮藻體PSⅡ活性以160 μmol/（m2·s）下較高且較為平穩(wěn)；張曉紅報道，滸苔對光強有廣泛的適應(yīng)性，其中120 μmol/（m2·s）最適合其孢子萌發(fā)生長[11]。對于漂浮于海面的滸苔而言，本試驗光強范圍并沒有超過當?shù)厍缣熘形鐣r的海面光強，而且光合放氧速率的測定是在5～8 min內(nèi)完成的，所以光合放氧速率隨培養(yǎng)光強增大而增大是可以理解的。

參考文獻：

[1]Fu G，Yao J，Liu F，et al. Effect of temperature and irradiance on the growth and reproduction of Enteromorpha prolifera J Ag （Chlorophycophyta，Chlorophyceae）[J]. Chinese J Oceanol Limnol，2008，26（4）： 357-362.

[2]Liu D Y，Keesing J K，Xing Q，et al. Worlds largest macroalgal bloom caused by expansion of seaweed aquaculture in China[J]. Marine Pollution Bulletin，2009，58（6）：888-895.

[3]Lin A，Wang C，Qiao H，et al. Study on the photosynthetic performances of Enteromorpha prolifera collected from the surface and bottom of the sea of Qingdao sea area[J]. Chinese Sci Bull，2009，54： 399-404.

[4]Pregnall A M. Release of dissolved organic carbon from the estuarine intertidal macroalga Enteromorpha prolifera[J]. Mar Biol，1983，73： 37-42.

[5]Edwards D M，Reed R H，Chudek J A，et al. Organic solute accumulation in osmotically-stressed Enteromorpha intestinalis[J]. Mar Biol，1987，95： 583-592.

[6]Genty B，Briantais J M，Baker N R. The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence[J]. Biochimica et Biophysica Acta：General Subjects，1989，990（1）： 87-92.

[7]吳洪喜，徐愛光，吳美寧. 滸苔實驗生態(tài)的初步研究[J]. 浙江海洋學院學報：自然科學版，2000，19（3）：230-234.

[8]王建偉，閻斌倫，林阿朋，等. 滸苔（Enteromorpha prolifera）生長及孢子釋放的生態(tài)因子研究[J]. 海洋通報，2007，26（2）：60-65.

[9]姜紅霞，王云霞，許璞. 江蘇海域沿岸不同居群滸苔生長特性比較[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2012，40（6）：315-317.

[10]Edwards D M，Reed R H，Stewart W D P. Osmoacclimation in Enteromorpha intestinalis： long-term effects of osmotic stress on organic solute accumulation[J]. Mar Biol，1988，98： 467-476.

[11]張曉紅. 溫度、鹽度等環(huán)境因子對滸苔（Enteromorpha prolifera）及繁殖體生長的影響[D]. 青島：國家海洋局第一海洋研究所，2011.臧敏，邱筱蘭，姚麗芳，等. 江西三清山野生藥用植物資源分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43（2）：358-361.endprint