溫度脅迫對海帶孢子體生長的影響

孫蓓蓓　韓龍江　潘玉龍　宋文鵬　李繼業　劉一霆　趙升

摘要 將實驗室內培養的海帶置于5、10、15、20 ℃ 4個溫度梯度下培養，測定其生長率，檢測其藻體光合參數，以研究海帶生長對不同溫度條件的響應。結果表明，3 d以后4個溫度梯度下的海帶生物量均有所增加，且生物量增加情況比較接近，5、10、15 ℃ 3個溫度梯度下海帶相對生長率維持在30%左右，20 ℃條件下的相對生長率達到了60%以上。10 d以后，海帶相對生長率最高的溫度為10 ℃，其生物量增長了80.3%；其次為5 ℃，生物量增長了64.9%；15 ℃條件下海帶的生物量比試驗前增長了44.2%；20 ℃第10天的生物量相對于第3天下降較多。葉綠素熒光活性試驗表明，試驗開始時海帶葉綠素光合活性平均值均大于0.7，且Fv /Fm值較接近；3 d后20 ℃時的光合活性最強；10 d以后20 ℃條件下的海帶光合活性顯著降低，為4個溫度梯度的最低值，10 ℃試驗組光合活性最高，其次為15 ℃試驗組。由此表明，石島灣主要養殖品系東方六號海帶幼孢子體的適宜生長溫度為5～15 ℃，環境溫度長時間超過20 ℃會明顯抑制海帶幼孢子體的生長速度以及光合活性。

關鍵詞 海帶；孢子體；生長率；光合活性；溫度

中圖分類號 S968 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）20-0177-02

榮成市位于山東半島最東端，海域面積約5 000 km2，擁有得天獨厚的水產養殖條件，素有“中國海帶之鄉”的美譽。榮成市附近海域有260余家從事海帶育苗、養殖的企業，養殖面積4萬hm2，年產量逾50萬t，產值超過20億元，產量占山東省總產量的80%左右，占全國總產量的50%左右，養殖面積、產量均居全國縣級第1位[1-2]。海帶早期的發育一直受到研究者的關注，主要涉及溫度、光照、營養鹽、植物激素等因素對海帶配子體及孢子體的影響[3-8]。海帶幼孢子體的發生和發育在冬季和初春進行。近年來，榮成市海區海帶種苗幼孢子體出現了畸形率偏高的現象[9-11]，導致其無法進行正常分裂而死亡，造成人力、物力的大量浪費，制約了海帶產業鏈的健康發展。影響榮成市海帶生長發育最敏感的環境因子為溫度[12]。

石島灣核電站工程項目位于山東省威海市榮成石島灣，全機組規劃容量為1×200 MW+4×1 250 MW+2×1 400 MW，數值模擬計算結果表明，全機組運行時冬季2 ℃溫升最大離岸影響距離約3.0 km，順岸影響距離約6.9 km，冬季1 ℃溫升最大影響面積為47.4 km2。2016年，國家海洋局北海環境監測中心承擔了石島灣核電廠址鄰近海域水生生態調查項目，在主要經濟物種適溫、適鹽性調查過程中查閱了大量文獻和資料，發現目前尚沒有關于石島灣海域海帶（東方六號）生理生化指標對溫度脅迫響應的研究。因此，國家海洋局北海環境監測中心利用生態效應實驗室開展了溫度脅迫對海帶孢子體生長的影響研究，以期為核電站運行和決策提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

海帶孢子體采自山東省榮成市石島灣海帶養殖區，海帶品系為東方六號，為石島灣附近主要養殖品系（圖1）。試驗用海水采用海水晶（海寶牌，鹽度為30‰，pH值7.8）人工配制，試驗用水采用RO機過濾自來水。

1.2 試驗方法

為研究不同溫度對海帶生長的影響，將實驗室內培養的海帶置于不同溫度條件下培養。根據2016年石島灣核電廠址鄰近海域水生生態調查結果，取、排水口附近海域冬季最高溫度為2.94 ℃，春季最高溫度為14.18 ℃，結合核電機組運行時的升溫數值模擬結果，本次試驗設置了4個溫度梯度（5、10、15、20 ℃），每個溫度設置3個平行樣，實驗室內采用流動循環溫控系統，光強3 500 lx，添加營養鹽，使NO3-N質量濃度達到3 mg/L，PO4-P質量濃度達到0.3 mg/L，光照周期設為12L∶12D，定期稱量海帶生長狀況以計算其生長率；采用葉綠素熒光測定儀Phyto-pam檢測藻體光合參數。試驗周期4周，每隔5 d換1次人工海水，每隔3 d添加1次營養鹽并觀察生長狀況。

1.2.1 處理步驟。將海帶孢子體采集回實驗室后放置到與石島灣自然海區相同溫度、鹽度的海水中馴養3 d，然后進行如下處理：①將長（55.330 0±0.479 5）cm、寬（10.500 0±0.144 9）cm的海帶仔細清洗干凈，在黑暗條件下置于過濾海水中一晝夜；②海帶放入水缸前測定其長、寬、濕重，并取同批海帶測定其Fv /Fm值。③將已加入人工海水的12個800 L循環水玻璃水缸分為4組，每個水缸上面放置4根燈管，使其光照強度達到3 500 lx，每組水缸溫度分別設為5、10、15、20 ℃，并保持恒定，光照強度一致，海水鹽度為31.920%。④在試驗組水缸中，將所選的18株海帶等間距（5 cm）夾于比較松弛的線繩上，懸浮在水缸中；⑤試驗開始3 d后測定每缸18株海帶的Fv /Fm值，同時測定海帶濕重。

1.2.2 濕重測定。先用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干海帶表面的水分后稱濕重。儀器選用LIBROR AEG-220G電子分析天平，精確到0.001 g。相對生長率的計算公式如下：

RGR（%）=（Wt-W0）/W0×100，其中W0為藻的初始鮮重（g），Wt為第t天時藻的鮮重（g），t為試驗持續的時間（d）。

1.2.3 光合活性的測定。使用葉綠素熒光測定儀Phyto-pam（德國 walz）測定海帶Fv /Fm，可以反映光系統Ⅱ（PSⅡ）量子產量。一般情況下，Fv /Fm是一個很穩定的值，有學者認為綠藻的Fv /Fm介于0.70～0.75之間時，綠藻的生理狀態較為正常。因此，該參數可以作為表征植物體生長狀態的一個重要物理量[13-16]。

2 結果與分析

2.1 不同溫度下海帶的生長狀況

3 d以后，4個溫度梯度下的海帶生物量均有所增加，且生物量增加情況比較接近，5、10、15 ℃ 3個溫度梯度下相對生長率維持在30%左右，20 ℃條件下的相對生長率達到了60%以上，說明短時間內溫度升高對海帶生長有刺激作用。10 d以后，相對生長率最高的溫度為10 ℃，其生物量增長了80.3%；其次為5 ℃，生物量增長了64.9%；15 ℃條件下海帶的生物量比試驗前增長了44.2%；20 ℃時第10天的生物量相對于第3天下降較多，說明該溫度條件明顯抑制了海帶的生長（圖2、3）。

綜上所述，石島灣東方六號海帶最適生長溫度為5～10 ℃，環境溫度長時間超過20 ℃會明顯抑制海帶的生長。

2.2 不同溫度下海帶的葉綠素光合活性（Fv /Fm值）

試驗開始時，4個溫度處理的葉綠素光合活性平均值均大于0.7，說明起始時各處理海帶健康狀況較好，且Fv /Fm值較接近；3 d后的測定結果表明，20 ℃時的光合活性最強，表明高溫短時間內刺激了海帶的生長，這也是3 d后20 ℃條件下的海帶生物量相對增長率最高的原因；然而10 d以后，20 ℃條件下的海帶光合活性顯著降低，為4個溫度梯度試驗組的最低值，10 d后光合活性最高的為10 ℃試驗組，其次為15 ℃試驗組，這與生物量相對增長率的結果基本一致（圖4）。

3 結論與討論

通過測定海帶生物量相對增長率以及葉綠素光合活性2個參數表明，石島灣主要養殖品系東方六號海帶幼孢子體的適宜生長溫度為5～15 ℃，環境溫度長時間超過20 ℃會明顯抑制海帶幼孢子體的生長速度以及光合活性。海帶幼孢子體在春季處于生長旺季，附近海域春季海水溫度最高為14.18 ℃。因此，石島灣核電機組運行時，會對一定范圍內的海帶孢子體生長產生不利影響。

相關研究表明，在10～15 ℃條件下，掌狀海帶幼苗具有較高的生長速率[14]，隨著溫度升高，RGR逐漸降低，20 ℃時海帶幾乎完全分解。研究表明，高溫脅迫會降低光合反應速率，對PSⅡ中心有瞬時鈍化作用[15]。因此，高溫條件下，海帶幼苗的生長勢必會受到影響。

葉綠素熒光技術能夠實時準確地反映植物自身光合特性以及環境適應能力[15-18]。在正常的生理狀態下，藻類PSⅡ的Fv /Fm約為0.65，但當受到脅迫時，該值顯著下降。相對電子傳遞速率（rETR）是快速光曲線測定過程中反映實際光強下的表觀電子傳遞速率[19-20]。本試驗中，5、20 ℃處理下，海帶孢子體的Fv /Fm值明顯下降，10 d后達到最小，說明溫度過低或過高均能使海帶幼苗光合能力和光合活性下降。光合色素和電子傳遞鏈是植物細胞類囊體膜的重要組成部分，高溫可導致其結構改變，勢必影響光合作用[21]。本試驗中，10 ℃處理組的海帶孢子體Fv /Fm整體呈現較為平穩的趨勢，表明該條件下海帶孢子體光合電子傳遞過程沒有受到抑制。已有研究表明，多種藻類在高溫脅迫下會受到損傷，而可溶性蛋白在抵御溫度逆境脅迫過程中起到了非常重要的作用[22-26]。

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