溫度及光照對4種餌料微藻生長的影響

李騰騰， 王紫薇， 任鵬， 藍天一， 邵艷卿， 方軍*

(1.浙江省海洋水產養殖研究所浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室 溫州市海洋生物遺傳育種重點實驗室中國水產科學研究院海洋貝類工程技術研究中心，浙江 溫州 325005； 2.寧波大學，浙江 寧波 315211)

近年來，我國貝類、蝦類等養殖快速發展，苗種需求旺盛。2017年我國蝦類育苗量為12 518億尾，比2016年(10 752億尾)同比增長16.42%，其中南美白對蝦2017年為9 552億尾，比2016年(8 028億尾)同比增長18.97%；2017年貝類育苗量248 406億粒，比2016年同比增加4%[1]。蝦類和貝類育苗過程中的關鍵因素是水質和餌料[2]，而水質受地理環境、氣候變化和經濟活動等的影響，人為調控能力較弱，因此，餌料微藻的選擇及培養關系著蝦、貝苗種繁育和養殖生產。

微藻幾乎是貝類幼苗唯一的餌料選擇[3]，影響著貝類的營養、生理和繁殖[4]。微藻是體形微小(2～30 μm)、能進行光合作用的低等植物的總稱，具有可利用光能、生長繁殖快、對環境適應性強和易培養等特點[5]。常見的餌料微藻約有20多個屬、40多個種，包括硅藻、金藻和綠藻等種類，除應用在貝類和蝦類的育苗過程外，還廣泛應用于浮游動物如輪蟲、橈足類等的培養[6]。不同種類的微藻有著不同的適宜培養條件，目前國內外關于環境因素對微藻生長影響的研究很多[7-10]，但大多停留在試驗室階段，生產培養相關方面的研究鮮有報道。

本試驗選取威氏海鏈藻9021(Thalassiosiraweissflogii)、牟氏角毛藻(Chaetocerosmuelleri)、湛江叉鞭金藻(Dicrateriazhanjiangensis)以及亞心形扁藻(Platymonassubcordiformis)4種生產培養上較為常見的餌料微藻進行二級擴大性培養，探究培養水體溫度和外界光照強度對餌料微藻繁殖生長的影響，以期為浙江沿海地區蝦、貝等水產經濟動物的人工育苗提供餌料微藻培養的堅實依據，為不同季節、梅雨、高溫、臺風等惡劣天氣條件下微藻種類選擇及培養策略提供技術性指導。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用藻種威氏海鏈藻9021株系由寧波大學海洋學院提供，牟氏角毛藻、湛江叉鞭金藻和亞心形扁藻株系由浙江省海洋水產養殖研究所清江試驗基地藻種庫提供。

1.2 培養方法與條件

培養液母液配置按“寧波大學3號”配方配置，NaNO3100 g，K2HPO410 g，FeSO4250 mg，MnSO425 mg，Na2EDTA 10 g，VB10.6 mg，VB125 μg，海水1 000 mL。

試驗所用海水為二級沙濾海水，經10 g·m-3漂白粉清洗并暗處理至少24 h進行消毒。接種前加入3 g·m-3的Na2S2O3并充分曝氣，使用余氯試劑盒檢測水體中余氯殘留，待水體中有效氯完全中和后接種。試驗使用容器為50 L塑料桶，先用高錳酸鉀溶液消毒，再經消毒水沖洗2～3次干燥后備用，尼龍薄膜和充氣管煮沸高溫消毒。

在50 L塑料白桶中加入30 L已完全中和的消毒海水，并加入50 mL培養液母液，取處于對數生長期的藻種接種，同時設置3個平行組，并測定微藻的起始培養濃度。然后用透明尼龍薄膜封口，自然光照下，充氣一次性培養，每天使用溫度計和照度計監測水溫與光照強度變化，及時調節溫度(通過移位至陰涼通風處或用加熱棒升溫)和光照強度(通過調節遮陰網以達到試驗要求)。

1.3 溫度試驗

設置5個溫度梯度：17～20 ℃、20～23 ℃、23～26 ℃、26～29 ℃、29～32 ℃。光照強度為10 000～20 000 lx，海水鹽度為18‰，pH為8.1～8.3。

1.4 光照試驗

光強過高會造成微藻的死亡，結合浙江當地降雨情況(陰雨天實際光照強度為980～10 180 lx，晴天實際光照強度為9 700～76 600 lx)，通過調節遮陰網的密度將光照調控在20 000 lx左右，將光照分為兩個梯度，陰天為1 000～10 000 lx，晴天為10 000～20 000 lx，水體溫度26～29 ℃，海水鹽度為18‰，pH為8.1～8.3。

1.5 溫度和光照的正交試驗

對威氏海鏈藻9021株以及湛江叉鞭金藻進行正交試驗。設置5個溫度梯度(17～20 ℃、20～23 ℃、23～26 ℃、26～29 ℃、29～32 ℃)和兩個光照強度(1 000～10 000 lx和10 000～20 000 lx)的正交試驗，海水鹽度為18‰，pH為8.1～8.3。

1.6 比生長率的計算

每天固定上午10:00取樣，用Lugol碘液固定，在顯微鏡下使用血球計數板計數并計算生物量，每個樣品計數3次，取平均值。通過公式μ=(1nXt-lnX0)·t-1計算比生長率，其中X0指初始藻類細胞數量，Xt指td后藻類細胞數量。

2 結果與分析

2.1 溫度對微藻生長的影響

不同溫度條件下4種餌料微藻的生長曲線如圖1所示。4種餌料微藻的生長周期和最大生物量均隨溫度的變化而變化，4種餌料微藻自接種第2天生物量均有顯著增長，達到最大生物量后維持幾天，之后迅速進入衰敗期。微藻與其他水生生物一樣，對水環境的溫度有一定的適應性，過高或過低的溫度均會抑制微藻的生長，水體溫度過高甚至會造成微藻的迅速死亡。有些研究者認為對于光合自養生物而言，當超出適宜溫度范圍時，溫度主要是通過控制物質與能量代謝過程中酶的動力學來影響其生長，此外，超出適溫范圍的溫度對于微藻的傷害作用可能是由于出現了不同程度的質壁分離[11]。

圖例溫度條件后無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。

從本試驗的結果可以看出，溫度對4種餌料微藻的生長有顯著影響。湛江叉鞭金藻在17～29 ℃均可正常生長，溫度高于29 ℃時，盡管比生長率獲得最大值，但其生長明顯受到抑制；牟氏角毛藻在17～32 ℃時可正常生長，因此屬于廣溫種，在26～32 ℃能快速到達平臺期，在17～26 ℃時生長則受到一定程度的抑制；威氏海鏈藻9021在17～32 ℃均可正常生長，同樣為廣溫種，在高溫和低溫下均能快速生長；亞心形扁藻在17～26 ℃能快速生長且具有較高的最大生物量，高于26 ℃時生長則受到一定程度的限制，當溫度高于29 ℃時生長明顯受到抑制。

2.2 光照強度對微藻生長的影響

光照是微藻生長必不可少的，但過高的光照會對藻細胞造成一定程度的傷害，過低的光照則很大程度上抑制藻細胞的生長。不同光照強度下4種餌料微藻的生長曲線如圖2所示。結果表明：光照強度對4種餌料微藻生長有顯著影響。隨著光照強度的增加，牟氏角毛藻、湛江叉鞭金藻和亞心形扁藻的最大生物量均有所增加，且比生長速率有顯著差異。有研究表明：光照強度越高，細胞分裂越快，生物量越大[12]。而威氏海鏈藻9021呈現出相反的現象，在陰天情況下生長要優于晴天。

圖例光照條件后無相同小寫字母者表示組間差異顯著(P<0.05)。

2.3 溫度和光照的正交試驗

湛江叉鞭金藻在1、8、9、10等3組條件下有較大比生長速率，但由于其生物量受到嚴重的抑制，達不到實際生產過程中的需求，因此，我們認為26～29 ℃、10 000～20 000 lx是湛江叉鞭金藻大規模培養的適宜條件，此時比生長速率為0.396(表1、圖3)。

表1 正交試驗中湛江叉鞭金藻的比生長率

圖3 湛江叉鞭金藻的最大生物量

威氏海鏈藻在溫度26～29 ℃、光照強度1 000～10 000 lx試驗組生長狀況最好，比生長速率最大(μ為0.291)(表2、圖4)，據此我們可以認為這是威氏海鏈藻9021的適宜培養條件。

表2 正交試驗中威氏海鏈藻9021的比生長率

圖4 威氏海鏈藻9021最大生物量

3 討論

3.1 溫度對微藻生長的影響

溫度是影響微藻生長和繁殖的重要環境因子之一，微藻對溫度的耐受能力因種類不同而存在巨大差異，各種藻類對溫度的要求不同，有其各自的適應范圍[13]。主要通過影響微藻細胞生理活動的活性和其對水體營養物質的利用率，這兩種影響方式并存，是共同作用又相互競爭的關系[14]。申哲民等[15]研究表明，年均氣溫每增加1.0 ℃，年均藻類生物量會增加0.145倍，且水體富營養化程度越顯著，溫度升高對藻類生長的影響越大。從本試驗的結果來看，雖然生產性培養的餌料微藻有些為廣溫性藻類，但生產中需要快速、高效地提供高濃度的藻液。因此，盡管有部分試驗結果表明在29～32 ℃條件下湛江叉邊金藻具有很高的比生長率，但達不到大規模培養所需要的生物量，因此，該條件并不是大規模生產的最佳培養條件。本研究發現，在26～29 ℃，10 000 lx～20 000 lx條件下湛江叉鞭金藻獲得較大的比生長速率，同時具有較高的最大生物量，為大規模培養的最佳條件。春秋季的水溫為17～26 ℃，適宜于大規模培養湛江叉鞭金藻、威氏海鏈藻9021以及亞心形扁藻作為水產苗種的餌料，牟氏角毛藻少量培養搭配使用。夏季高溫期水溫為26～32 ℃，適宜大規模培養威氏海鏈藻9021和牟氏角毛藻作為苗種的餌料。這與陳貞奮[16]關于牟氏角毛藻的研究結果相同，湛江叉鞭金藻可作為開口餌料小規模少量培養。

3.2 光照強度對微藻生長的影響

光照是單細胞藻培養中最重要的影響因子之一，浮游植物需要通過光合作用制造有機物維持自身生長、繁殖。浮游藻類生產量的季節變化與光照條件的季節差異有著直接關系，水生藻類光合作用的強弱，取決于透入水中的光照強度和光質[17]。對于光能自養的浮游植物而言，光能是一個不斷變化的資源；很多種類浮游植物都表現出對光照相同的生理適應，即其生長速率隨著光照強度從零到某一個適宜光照強度的增加而相應地增加[18]。本試驗中湛江叉鞭金藻、牟氏角毛藻和亞心形扁藻在強光條件下(10 000～20 000 lx)的比生長率均明顯大于弱光條件(1 000～10 000 lx)，而威氏海鏈藻9021在弱光條件下的比生長率明顯大于強光條件，故為喜陰種，但最大生物量較高光組低，可能是由于隨著生物量的增加，水體透光性降低，藻細胞對光的利用降低，減緩了細胞分裂[19]，從而抑制了生長。因此，威氏海鏈藻9021是一種在弱光條件下比較容易培養的餌料微藻，在江浙地區梅雨季節，連續陰雨天無法提供充足光照的條件下可以很好地替代角毛藻作為水產經濟苗種中后期培育的餌料。

綜上所述，溫度和光照的變化會影響餌料微藻的比生長率和最大生物量，在適宜的溫度、光照條件下培養合適的餌料微藻可以極大程度上加快餌料微藻的提供效率，從而減輕餌料供應不足的壓力。據統計，浙江沿海一帶春季陰冷多雨，平均溫度維持在13～18 ℃，夏季為梅雨季，降水量充足，氣溫25～30 ℃；秋季氣溫變化較大，氣溫16～21 ℃，降雨量較少；冬季晴冷少雨，氣候較干燥，氣溫3～9 ℃。因此，在了解不同餌料微藻的適宜培養環境的情況下，關注水體溫度和光照變化，提前做好準備工作，可以有效防止餌料供應出現斷層。