溫度、光照強度和鹽度對海柏果孢子放散與附著的影響

鄧 璐, 曹翠翠, 王宏偉

(遼寧師范大學 生命科學學院, 遼寧 大連116081)

大型海藻是重要的海洋自然資源, 可食用并可作為飼料、工業原料和有機肥料, 具有較高的經濟價值[1]。隨著我國人口、經濟、社會的發展, 國民對“藍色農業”的需求和依賴程度不斷增高, 發展海藻養殖已成為一種必然。盡管我國在海藻養殖技術領域已處于世界領先地位, 是世界第一海藻養殖大國, 但主要養殖海藻的種類目前僅有10余種, 可進行人工養殖的種類僅占能夠利用的海藻中的一小部分[2]。因此, 為了防止資源枯竭, 豐富海藻養殖種類, 高效利用資源, 滿足工業發展要求, 研究應用價值高的新型海藻的人工養殖的適宜條件勢在必行。

海柏(Polyopes polyideoides)隸屬于紅藻門(Rhodophyta)杉藻目(Gigartinales)海膜科(Halymeniaceae)海柏屬(Polyopes), 藻體深紫紅色, 直立, 叢生, 基部以圓盤狀固著器固著, 亞二叉式分枝, 分枝基部縊縮或略細, 枝端鈍形, 藻體上常有較輕微的縊縮處, 并偶有小育枝。為北太平洋西部特有的暖溫帶性海藻, 生長于潮間帶石沼中或巖礁上, 除大連外, 在我國的福建、臺灣均有分布, 并在日本和澳大利亞也有分布[3]。海柏具有重要的經濟價值, 可作為制造瓊膠的輔助原料, 也可作為飼料[3]。

海柏的生活史由同型的配子體、四分孢子體和果孢子體(囊果)三相世代組成[1]。果孢子從果孢子體(囊果)中的放散是生活史過程的重要環節。囊果在雌配子體上大量形成并且突出藻體表面, 與在四分孢子體上形成的四分孢子囊相比較容易觀察, 因而大量采集果孢子進行孢子體的培養。但是有關于海柏果孢子放散及附著條件的研究國內外尚未見報道。本文在對海柏外部形態和果孢子萌發類型[4]的研究基礎上, 通過研究溫度、光照強度以及鹽度等環境因子對海柏果孢子放散與附著的影響, 旨在了解海柏果孢子放散與附著的適宜條件及其規律, 為海柏育苗、種質保存、人工養殖和資源的開發利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及預處理

實驗所用材料采自大連市星海公園潮間帶的巖石上或石沼中。選取具有成熟囊果的海柏藻體, 將藻體表面的污垢及雜物用軟毛刷輕輕刷除, 用滅菌海水沖洗數次, 暫養在滅菌海水內, 藻體的培養溫度控制在 18℃, 光照強度為 80 μmol/(m2·s), 光照周期為12L/12 D。

將已滅菌的玻璃培養缸(18 cm×20 cm)編號, 并在其底部鋪滿已滅菌的載玻片, 且各載玻片不重疊。選取用滅菌海水沖洗干凈的藻體放在載玻片上, 注入滅菌海水, 深度以剛剛沒過藻體為宜。將玻璃培養缸放入光溫控制的培養箱中進行培養。

1.2 實驗設計

1.2.1 溫度實驗

分別設置 5、10、14、18、22、26、30℃ 7個溫度梯度(每個梯度設置 3個平行樣)。光照強度為80 μmol/(m2·s), 鹽度為 29, 光照周期為 12L/12D。

1.2.2 光照強度實驗

分別設置為 50、80、110、140、170 μmol/(m2·s)5個光照強度梯度(每個梯度設置3個平行樣)。溫度為18℃, 鹽度為29, 光照周期為12L/12D。

1.2.3 鹽度實驗

分別設置為8、15、22、29、36 5個鹽度梯度(每個梯度設置3個平行樣)。溫度為18℃, 光照強度為80 μmol/(m2·s), 光照周期為 12L/12D。

1.3 實驗檢測及統計方法

不同生態因子的實驗均采用如下檢測方法: 分別在實驗的第6、12、24、36、48 h從每個培養缸中隨機取出一個載玻片, 放在10×10倍顯微鏡下觀察,每一載玻片隨機檢測 10個視野(視野半徑r＝0.85 mm), 分別記錄觀察到的每視野果孢子的個數,取三個平行樣的平均值(平均值記為A), 以減小實驗誤差, 使數據更加科學精準。果孢子放散量的計算公式為:果孢子放散量(個/mm2)=A/3.14×r2。根據觀察到的每視野果孢子的密度來判斷果孢子放散附著的狀況。

2 結果

2.1 溫度對海柏果孢子放散附著的影響

圖1所示, 在溫度對海柏果孢子放散附著的影響實驗中, 果孢子放散附著量隨時間延長而增多,果孢子放散附著量增長最快的時期為 12～24 h這一階段, 24 h后增長緩慢, 36 h后基本保持不變。溫度10～26℃范圍內, 海柏果孢子均能放散附著, 其中,最適宜海柏果孢子放散附著的溫度為 18℃。在最初的6 h, 放散附著量已經高達15.8個/mm2, 在6～24 h內放散附著量增加近一倍, 達到最大放散附著量34.9個/mm2。而 5℃和 30℃時, 由于溫度過低和過高, 海柏果孢子的放散附著受到低溫和高溫脅迫,放散附著量極低, 幾乎不放散附著。

2.2 光照強度對海柏果孢子放散附著的影響

圖2所示, 在相同的溫度和光周期下, 在 50～80 μmol/(m2·s)范圍內, 果孢子放散量隨光照強度的增強而增大; 在 80～170 μmol/(m2·s)范圍內, 果孢子放散量隨光照強度的增強而減小。80 μmol/(m2·s)為適宜光照強度, 果孢子放散附著量最高達到20.4個/mm2,明顯高于其他試驗組。

圖1 溫度對海柏果孢子放散附著的影響Fig.1 Effect of temperature on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

圖2 光照強度對海柏果孢子放散附著的影響Fig.2 Effect of irradiance on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

2.3 鹽度對海柏果孢子放散附著的影響

在鹽度實驗組中, 鹽度條件在 22～36之間都利于果孢子的放散附著, 且無明顯差異。而鹽度條件低于22則使果孢子放散附著受到抑制。由圖3可見, 鹽度低于 8, 高于 40海柏果孢子受到了鹽脅迫幾乎不放散及附著。

3 討論

圖3 鹽度對海柏果孢子放散附著的影響Fig.3 Effect of salinity on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

在紅藻果孢子放散附著的過程中溫度起著決定性因素, 目前許多研究結果都證實了這一點。例如:右田清治和陳美琴等的研究都表明, 20℃時條斑紫菜殼孢子的附著量最大[5-6]。該結果與本實驗得出的海柏果孢子放散附著的最佳溫度為 18℃的結論相近。條斑紫菜(Porphyra yezoens)與海柏(P.polyideoides)均為北太平洋西部特有的暖溫帶性海藻,這也反映出果孢子放散附著所需要的條件與其分布海域的海水溫度有關。作者有關亞洲蜈蚣藻的孢子發育的研究也證實了最適宜亞洲蜈蚣藻孢子發育及盤狀體生長的溫度為 25℃, 因該溫度與海上海藻自然生長環境下的溫度最為接近, 使其適應性更強,從而藻體的孢子發育表現最佳[7]。此外, 作者的研究結果表明, 溫度過高或過低對亞洲蜈蚣藻的孢子發育及盤狀體的生長都有明顯抑制作用[7]。有關高溫脅迫機制的研究以高等植物較多, 大型藻類的較少,武保玕 的實驗證實高溫會導致大型藻類的 PSⅡ失活,并且會使其藻膽蛋白降解[8]。本研究僅初步探討了海柏果孢子受高溫脅迫的影響, 有關高溫脅迫的機制還有待于進一步探究。

光照強度對海藻果孢子的放散附著的影響較為顯著, 如: 隅江蘺(Gracilaria cornea)果孢子釋放的理想光強在 10～25 μmol/(m2·s)[9]; 葉江蘺(G.foliifera)果孢子釋放的理想光強在 0～8 μmol/(m2·s)[10], 由于這兩種江蘺均生活在溫帶, 因此其果孢子放散所需的光照強度較弱。根據宋志民等的實驗結果可知舌狀蜈蚣藻(Grateloupia livida)果孢子的放散最適光強為 120 μmol/(m2·s)[11]。這與舌狀蜈蚣藻的生長環境及分布是密切相關的, 舌狀蜈蚣藻是一種暖溫性藻類,因此較高的光強有利于舌狀蜈蚣藻果孢子的放散及附著。而本研究觀察到海柏果孢子在50～170 μmol/(m2·s)范圍內均能完成放散及附著, 其中 80 μmol/(m2·s)為適宜光照強度, 與宋志民等的研究結果相同。這是由于海柏在4～7月繁盛, 夏季繁殖, 因此果孢子放散及附著適宜的光照強度較大。

有報道稱, 海洋藻類對鹽度的耐受程度很大程度上決定了其在潮間帶中的生態分布[12]。本研究表明, 鹽度對海柏果孢子放散及附著的影響并不顯著,接近于正常海水的鹽度條件下, 海柏果孢子均能放散附著。但是在鹽度低于8, 高于40的條件下, 果孢子放散附著受到極大的抑制作用。在張文健的研究中, 萱藻(Scytosiphon lomentaria)在較低鹽度(8～24)和較高鹽度條件下(48～56), 孢子活力以及形態極易受到很大的影響, 進而造成一定的傷害, 不利于附著后孢子的萌發以及幼苗的生長[13]。他推斷這是由于孢子原生質與環境之間滲透壓的差別造成的。而應成琦等通過對斜生柵藻(Scenedesmus obliqnus)的研究認為藻體在鹽脅迫存在時其生長受到抑制的主要原因是由于鹽脅迫使藻體的葉綠素a含量下降[14]。有關鹽脅迫對海柏果孢子放散及附著的影響機制還有待進一步研究。鹽度在 22～36之間都利于果孢子的放散附著, 這與陳利雄等有關鹽度對海蘿(Gloiopeltis furcata)孢子附著、萌發和成活的影響研究所得結論相一致: 鹽度為 23.5～36.0時海蘿種藻釋放的孢子能正常附著和萌發[15]。

本研究初步得出了海柏果孢子放散附著適宜的溫度、光照強度以及鹽度條件。希望本研究結果能為海柏的人工養殖事業做出有益的探索, 并提供一些科學數據。

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