不同氮、磷濃度及配比對銅藻(Sargassum horneri)幼苗生長的影響*

李 慧 丁 剛 辛美麗 劉 瑋 馬增嶺 李大鵬① 郭 文

(1. 溫州大學生命與環境科學學院 溫州 325035; 2. 山東省海洋生物研究院 青島 266104)

銅藻(Sargassum horneri), 屬于褐藻門(Phaeophyta)的墨角藻目(Fucales)、馬尾藻科(Sargassaceae)、馬尾藻屬(Sargassum), 主要分布于遼寧、山東、浙江、福建、廣東等地, 生長在潮流通暢、風浪較為平靜的海灣大干潮線以下至–4m淺海巖礁上, 漂浮海面形成海藻場(南春容等, 2014)。銅藻是中國暖溫帶海域淺海區海藻場的主要連片大型褐藻物種, 是淺海生態修復的保護物種(孫建璋等, 2008)。它是藻膠工業的優質原料, 因富含有益的生源要素而被廣泛應用到醫藥、食品、飼料和有機肥料方面(孫建璋等, 2009)。近年來, 隨著其生態價值和經濟價值的不斷發現而備受關注, 社會需求量也大幅增加。然而, 由于銅藻的自然資源極度匱乏, 對其進行大規模種苗培育已成為目前亟待解決的問題。

營養鹽是植物維持正常生長所必需的, 不同藻類在其生長過程中, 對營養鹽的需求不同(曹春暉等,2010)。適當的營養鹽可以控制藻類的生長、生物量以及種群結構(Caron et al, 2000; Duarte et al, 2000;丁剛等, 2014)。藻類生長發育需要碳、氫、氧、氮、磷、鉀等數十種大量元素以及一些微量元素, 但限制藻類生長的營養元素主要是氮和磷(董娟等, 2012)。不同氮磷質量濃度及配比的差異對藻類的生長、形態有很大影響(張瑩等, 2010)。目前, 關于環境因子對銅藻生長影響的研究較多, 而有關不同營養鹽對銅藻幼苗生長速率的研究尚未見報道。筆者進行了銅藻人工幼苗的養殖實驗, 以生長速率為監測指標, 研究并探討了銅藻幼苗的生長發育對氮、磷質量濃度及配比的響應, 旨在為銅藻人工幼苗產業化養殖的營養鹽調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與培養條件

試驗在山東省海洋生物研究院海藻養殖與修復實驗室進行。試驗所用材料為山東省海洋生物研究院王哥莊基地人工培育的銅藻幼苗。藻體長度范圍為6.5—8.9mm。選擇藻體完整、無損傷腐爛、規格均一的銅藻幼苗(見圖 1), 用消毒海水反復沖洗后, 在(15±0.5)℃、光照強度為 95μmol/(m2·s)和光暗周期為12h︰12h的條件下用過濾后的滅菌天然海水(鹽度30±1)暫養2天。試驗時選取20株幼苗為一組, 選取質量相近的為試驗組, 在相同條件下于智能光照培養箱中充氣培養, 期間每天更換海水, 試驗周期為8d。

圖1 試驗使用的銅藻幼苗Fig.1 S. horneri seedlings used in the experiments

1.2 氮磷濃度及其不同比值培養液的配制

在單因子試驗中, 氮的質量濃度分別為0、2、4、6、8、10mg/L, 磷的質量濃度分別為 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L。

雙因子試驗氮、磷各選擇4個質量濃度, 試驗因子水平見表1。

表1 雙因子試驗氮磷水平Tab.1 The different concentrations of N and P

氮、磷質量濃度比試驗中氮:磷分別為5︰1、10︰1、15︰1、20︰1、25︰1、30︰1、35︰1、40︰1, 其中磷質量濃度為0.4mg/L。

1.3 鮮重的測定

用鑷子將浮萍從培養水體中撈出, 用蒸餾水清洗3遍, 然后平鋪在濾紙上3 min后稱重。

1.4 比生長速率的計算

藻的生長用特定生長率表示, 通過試驗前后藻體的濕重變化得出。計算公式為: 特定生長率(%)=(lnmt–lnm0)/t×100%, 其中m0為初始藻的鮮重(g);mt為試驗結束時藻的鮮重(g);t為試驗持續的天數(d)。

1.5 數據處理

所有實驗數據均為平均值±標準誤(X±SD)表示,數據采用 Excel和SPSS進行整理和分析, 采用單因素方差分析(one-way ANOVA)并應用Duncan多重比較對各實驗結果進行差異顯著性檢驗和分析, 差異顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度氮對銅藻幼苗生長速率的影響

銅藻幼苗在不同質量的氮濃度(0、2、4、6、8、10mg/L)下培養 8d的特定生長率見圖 2: 在氮質量濃度為 2—8mg/L時, 該藻幼苗的特定生長率隨氮濃度的增加而增加; 在8mg/L時, 特定生長率達到最大值30.87%; 而后氮濃度的進一步增加呈降低趨勢。并且在實驗過程中觀察到: 當氮質量濃度為 10mg/L時, 培養的銅藻幼苗出現葉片腐爛的現象。方差分析表明, 不同氮質量濃度對銅藻幼苗特定生長率的影響極顯著(P<0.01)。

圖2 不同質量濃度氮對銅藻幼苗特定生長速率的影響Fig.2 Effects of different mass concentrations of nitrogen on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.2 不同質量濃度磷對銅藻幼苗生長速率的影響

銅藻幼苗在不同質量的磷濃度(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/L)下培養8d藻體的特定生長率見圖3: 該藻幼苗在磷質量濃度為 0.4—0.8mg/L時生長較好,在 0.4mg/L時特定生長率最大為 19.32%。方差分析表明, 不同磷質量濃度對銅藻幼苗特定生長率的影響極顯著(P<0.01)。

圖3 不同質量濃度磷對銅藻幼苗特定生長速率的影響Fig.3 Effects of different mass concentrations of phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.3 不同質量濃度氮、磷對銅藻幼苗生長速率的交互影響

不同質量濃度氮、磷對銅藻幼苗生長速率的交互影響結果見圖 4。經統計分析得出: 當磷質量濃度一定時, 改變氮的質量濃度, 銅藻幼苗特定生長率之間存在顯著差異(P<0.05); 反之, 差異不顯著(P>0.05)。因此, 不同質量濃度氮、磷之間不存在交互作用。對各組間進行兩兩比較得出: 不同質量濃度氮為主效應, 即當兩種營養鹽均存在時, 不同質量濃度氮對銅藻幼苗的特定生長率影響極顯著(P<0.01)。

圖4 氮、磷不同質量濃度對銅藻幼苗特定生長速率的影響Fig.4 Effects of different mass concentrations of nitrogen and phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

2.4 氮、磷不同質量濃度比對銅藻幼苗生長速率的影響

銅藻幼苗在不同氮磷質量濃度比(5︰1、10︰1、15︰1、20︰1、25︰1、30︰1、35︰1、40︰1)條件下培養8d藻體的特定生長率見圖5, 該藻幼苗在氮磷質量濃度比為 10︰1時, 特定生長率達到最大26.11%。方差分析表明, 不同氮磷質量濃度比對銅藻幼苗特定生長率的影響極顯著(P<0.01)。

圖5 氮、磷不同質量濃度比對銅藻幼苗特定生長速率的影響Fig.5 Effects of different ratios of nitrogen and phosphorus on specific growth rate of S. horneri seedlings

3 討論

3.1 氮、磷不同質量濃度對銅藻幼苗生長發育的影響

氮和磷是藻類生長所必需的主要元素, 氮在細胞代謝中是形成氨基酸、嘌呤、氨基糖和胺類化合物的基本元素; 磷直接參與光合作用的各個環節, 包括光能吸收與同化、卡爾文循環以及對一些酶的活性起調節作用等(曹春暉等, 2010)。本試驗結果表明, 氮和磷對銅藻幼苗的生長均有極顯著影響(P<0.01), 這與眾多研究結果一致(李雅娟等, 1998; 梁英等, 1999;林霞等, 2000; 丁剛等, 2014)。雙因子方差分析表明,不同濃度的氮和磷之間不存在交互作用, 并且銅藻幼苗的生長對氮濃度變化更敏感。由單因子試驗也可看出, 在不同質量濃度氮影響下銅藻幼苗的最大特定生長率高達 30.87%, 遠遠高于不同質量濃度磷影響下的最大特定生長率(19.32%)。而南春容等(2014)在對南麂列島銅藻氮磷吸收特征進行研究時得出,銅藻生長及繁殖期對環境中磷水平要求較高。猜測原因可能是: 本試驗采用的是銅藻幼苗, 處于快速生長期, 細胞代謝快, 但葉片面積小, 因此光合作用較弱。進而導致銅藻幼苗對氮濃度的變化更敏感。

早在2008年, 豐茂武等(2008)便研究得出: 氮磷營養鹽是藻類生長過程中的重要影響因子, 藻類的生長取決于氮的質量濃度, 這與本實驗結果相符。孫修濤等(2006)在對鼠尾藻(Sargassumthunbergii)新生枝條的室內培育條件優化的研究中, 發現氮和鹽度對鼠尾藻新生枝條的影響不明顯, 低于溫度和光照的影響。國外有學者研究發現: 綠藻對磷有較高的需求, 而甲藻和羽紋目硅藻對氮的需求比較高(Tilmanetal, 1984)。由此可見藻類對氮、磷營養鹽的敏感程度隨著其種類及生長階段的不同而存在差異。隨著銅藻幼苗的生長, 其對氮、磷營養鹽的敏感程度是否保持不變, 仍需進一步研究。

3.2 不同氮、磷配比對銅藻幼苗生長速率的影響

營養鹽的濃度及配比通常被認為是影響海藻種群季節性變化的重要因素(Lüningetal, 1989)。對多種藻類的研究表明, 不同氮、磷比對藻類的生長影響顯著(Austinetal, 1990; 于瑾等, 2006; 丁剛等, 2014)。本實驗中, 銅藻幼苗在氮磷比為10︰1時, 獲得了較好的生長。盡管海洋浮游植物的氮磷比通常遵循Redfield(1958)比值(16︰1), 但豐茂武等認為Redfield定律有其適用的范圍。孫軍等(2004)研究發現, 新月柱鞘藻(Cylindrotheca closterium)在N ∶ P =160︰1時細胞比生長速率最快, 而青島大扁藻(Platymonas helgolandica var. tsingtaoensis)和米氏凱倫藻(Karenia mikimotoi)分別在 4︰1 和 80︰1 的條件下生長速率最快?？笛嘤竦?2006)研究發現, 裸甲藻(Gymnodinium sp.)生長的最佳營養鹽條件是 N︰P=6︰1。楊彬等(2013)研究表明, 在氮磷質量比例為15︰1時最適合莫氏馬尾藻(Sargassum mcclurei)的生長, 并且認為藻體對氮、磷比例可能存在一個飽和點,當達到這個飽和點時藻體的生長速度最快。由此可見,影響藻類生長的氮、磷比應根據藻類的生長階段及生長環境進行綜合考慮。筆者也將延長實驗周期、優化實驗設計, 全面探討銅藻幼苗生長過程中的最適氮、磷比。

3.3 不同營養鹽水平研究的意義

首先, 不同營養鹽水平的研究為銅藻幼苗培育提供了理論依據。通過本研究發現, 合理調節營養鹽的濃度和配比可以提高銅藻幼苗的特定生長率。但由于幼苗的生長不僅受到營養鹽的影響, 對水溫、光照和水流等也有嚴格的要求, 因此如何協調各個環境因子使其特定生長率達到最大仍需探究。

其次, 不同營養鹽水平的研究在培育優質的銅藻幼苗以及更大程度的實現其應用價值方面有極其重要的意義。由于銅藻體內含有豐富的營養成分(例如礦物質元素、蛋白質和氨基酸等), 因此被廣泛應用到飼料、有機肥料、食品和醫藥等方面。而藻體內營養成分的組成和含量均受到養殖水體中營養鹽種類及水平的影響, 進一步關系到所培育的藻的質地。不同質量濃度的營養鹽及配比培養的藻體內營養物質含量和組成不同, 徐怡等(2011)在研究不同氮磷濃度培養的普通小球藻(Chlorella vulgaris)對透明 溞 (Daphnia hyalina)生長和繁殖的影響時發現, 低磷且高 N︰P的培養基不能使小球藻較好的吸收營養鹽, 以致種群增長緩慢, 最高藻密度較低。以其為食物投喂透明 溞 時, 食物質地相對較低, 對 透明溞的生長、繁殖等產生了負面影響。因此, 可以通過養殖水體中營養鹽的調節來實現銅藻幼苗的最大利用價值。

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