不同濃度氮、磷對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)的影響

王 俊，馬玉心，崔大練，范彩彩

(浙江海洋學(xué)院海洋科學(xué)學(xué)院，浙江舟山 316000)

微藻作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中的主要初級(jí)生產(chǎn)力，具有生長(zhǎng)迅速和對(duì)生態(tài)環(huán)境因子敏感等特點(diǎn)，是研究環(huán)境因子對(duì)生物脅迫影響的理想模式生物。杜氏鹽藻Dunaliella salina是鹽藻屬的模式種，有較強(qiáng)的抗鹽性，是重要的餌料和經(jīng)濟(jì)微藻，具有較好的研究和開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[1]，其營(yíng)養(yǎng)代謝及生理研究受到越來(lái)越多生理生態(tài)學(xué)家的關(guān)注。它們通過(guò)光合作用把攝取的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物供自身生長(zhǎng)需要，也為海洋中其它的魚(yú)類等生物提供了食物[2]。N、P是影響和限制單細(xì)胞微藻生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)鹽元素，也是水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要來(lái)源[3]。有專家認(rèn)為c(N)/c(P)=16:1是單細(xì)胞藻類維持正常生長(zhǎng)和生理平衡最適c(N)/c(P)[4-5]，但由于各種浮游單細(xì)胞藻類對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求不相同，所需c(N)/c(P)也會(huì)受培養(yǎng)環(huán)境條件的影響而不同[6]。多種藻類聚集會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化水華或赤潮等現(xiàn)象，促使其異常增殖積累的前提條件是充分的N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽[7]，過(guò)多的N、P不僅影響藻類的生長(zhǎng)還影響水體中養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)動(dòng)物。關(guān)于不同N、P營(yíng)養(yǎng)鹽濃度對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)影響的研究，目前未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。通過(guò)對(duì)不同N、P營(yíng)養(yǎng)鹽濃度對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)影響的研究，探討杜氏鹽藻細(xì)胞的適宜生長(zhǎng)條件，為養(yǎng)殖水體生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 藻種與培養(yǎng)基

杜氏鹽藻由中國(guó)海洋大學(xué)藻種室提供，試驗(yàn)時(shí)取指數(shù)生長(zhǎng)期的藻液，按1:3進(jìn)行接種。實(shí)驗(yàn)所用海水取自東海沿岸(鹽度33，pH 7.5)，經(jīng)沉淀砂濾、煮沸消毒、靜置1 d后備用。實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)基為：f/2海水海水培養(yǎng)基，其中的N、P濃度按實(shí)驗(yàn)要求添加。

1.2 培養(yǎng)條件

藻種培養(yǎng)用250 mL的錐形瓶，取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻種接種，置于光照搖床進(jìn)行一次性培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度(25±1)℃，搖床轉(zhuǎn)速100 r/min，培養(yǎng)箱設(shè)置光照強(qiáng)度為3 000 lx，光暗比L:D為12 h:12 h。實(shí)驗(yàn)用培養(yǎng)基為：f/2海水海水培養(yǎng)基。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以f/2培養(yǎng)基為基礎(chǔ)，N、P濃度按試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求添加，N、P濃度分別設(shè)置5個(gè)水平，每水平2組重復(fù)(表1)。添加的氮源為：NaNO3，添加的磷源為：KH2PO4。

表1 氮、磷濃度梯度設(shè)置Tab.1 The established gradient of nitrogen and phosphorus concentrations

1.4 生長(zhǎng)曲線的測(cè)定

每天定時(shí)在顯微鏡下用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)，每瓶計(jì)數(shù)3次，取平均值，記錄13 d，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，每1 mL藻液中的細(xì)胞數(shù)為縱坐標(biāo)，繪制生長(zhǎng)曲線。

1.5 生長(zhǎng)率曲線

生長(zhǎng)率的計(jì)算公式為：u=(lnN2-lnN1)/(t2-t1)，其中t1、t2是培養(yǎng)時(shí)間；N1和N2分別是培養(yǎng)t1和t2時(shí)間的細(xì)胞密度[8]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用軟件SPSS18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同N濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)曲線

由不同N質(zhì)量濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)曲線(圖1)和生長(zhǎng)率可以看出，高質(zhì)量濃度氮對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)的影響最大，對(duì)各個(gè)N濃度梯度下杜氏鹽藻的最大細(xì)胞密度均值的統(tǒng)計(jì)分析表明，N濃度為0.8、1.0、1.2 g/L時(shí)的最大細(xì)胞密度與對(duì)照組差異極顯著(P＜0.01)，而N濃度為0.1、0.4 g/L時(shí)兩組的最大細(xì)胞密度與對(duì)照組相比無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。由低到高濃度N實(shí)驗(yàn)組中杜氏鹽藻指數(shù)生長(zhǎng)回歸曲線方程見(jiàn)表2。不同N質(zhì)量濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)率K曲線(圖2)和生長(zhǎng)率K回歸指數(shù)表明：當(dāng)N濃度為1.2 g/L時(shí)，生長(zhǎng)率K下降最快，但各N濃度杜氏鹽藻生長(zhǎng)率K之間無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。由低到高N濃度中杜氏鹽藻生長(zhǎng)率K的回歸曲線方程見(jiàn)表3。

表2 不同N濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)回歸曲線方程Tab.2 The growth regression curve equation of Dunaliella salina under different concentrations of nitrogen

表3 不同N濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)率K回歸曲線方程Tab.3 The growth rate regression curve equation of D.salina under different concentrations of nitrogen

圖1 不同N濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)曲線Fig.1 The growth curves of Dunaliella salina under different concentrations of nitrogen

圖2 不同N濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)率K的變化Fig.2 The variation of growth rate of D.salina under different nitrogen concentrations

2.2 不同P濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)

由圖3可知，各實(shí)驗(yàn)組杜氏鹽藻生長(zhǎng)曲線走勢(shì)相似。當(dāng)P濃度為0.025 g/L和0.030 g/L時(shí)，這兩組杜氏鹽藻終培養(yǎng)密度值最高，0 g/L時(shí)最低。從第7天開(kāi)始，各組相繼進(jìn)入生長(zhǎng)穩(wěn)定期，當(dāng)P濃度為0.045 g/L時(shí)，穩(wěn)定期初期的細(xì)胞密度最大；第10天時(shí)當(dāng)P濃度為0.025 g/L時(shí)細(xì)胞密度最大；培養(yǎng)末期時(shí)，P濃度為0.025 g/L細(xì)胞密度最大。由回歸方程的相對(duì)生長(zhǎng)常數(shù)及圖3可知，在P濃度為0.025 g/L時(shí)，杜氏鹽藻最大細(xì)胞密度與對(duì)照組差異顯著(P＜0.05)，在培養(yǎng)末期終細(xì)胞密度最大。由低到高不同P濃度下杜氏鹽藻生長(zhǎng)回歸曲線方程見(jiàn)表4。由圖4可知，不同N濃度下杜氏鹽藻生長(zhǎng)率K呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)P濃度為0.025 g/L時(shí)，杜氏鹽藻平均生長(zhǎng)率K高于其他組，并且下降緩慢，當(dāng)P濃度為0 g/L時(shí)，杜氏鹽藻的平均生長(zhǎng)率K下降最迅速。不同P濃度下，杜氏鹽藻由低到高生長(zhǎng)率K的回歸曲線方程見(jiàn)表5。

表4 不同P濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)回歸曲線方程Tab.4 The growth regression curve equation of D.salina under different concentrations of phosphorus

表5 不同P濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)率K回歸曲線方程Tab.5 The growth rate regression curve equation of D.salina under different concentrations of phosphorus

圖3 不同P濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)曲線Fig.3 The growth curves of D.salina under different concentrations of phosphorus

圖4 不同P濃度下杜氏鹽藻的生長(zhǎng)率曲線的變化Fig.4 The growth variation rate of D.salina under different phosphorus concentrations

2.3 不同c(N)/c(P)對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)的影響

當(dāng)培養(yǎng)液中其他營(yíng)養(yǎng)因子一致時(shí)，杜氏鹽藻的生長(zhǎng)主要受N、P的影響。當(dāng)c(N)/c(P)為40時(shí)，杜氏鹽藻的終細(xì)胞濃度和平均生長(zhǎng)率K具有最大值，表明c(N)/c(P)=40最適合杜氏鹽藻的生長(zhǎng)(圖5)。通過(guò)單因素方差分析表明杜氏鹽藻的生長(zhǎng)受高N低P或低N高P的影響，其中以低氮濃度高磷濃度最為顯著(P＜0.05)。

3 討論

本試驗(yàn)以f/2營(yíng)養(yǎng)液為基本配方，設(shè)定不同的N、P濃度水平，通過(guò)N、P營(yíng)養(yǎng)鹽限制下與杜氏鹽藻的生長(zhǎng)關(guān)系的研究表明：杜氏鹽藻對(duì)N、P依賴性較強(qiáng)，不同N質(zhì)量濃度梯度對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)具有顯著性影響(P＜0.05)，但對(duì)杜氏鹽藻生長(zhǎng)率 K的影響不顯著(P＞0.05)。添加 N 和P都可以明顯促進(jìn)杜氏鹽藻的生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度越高，生長(zhǎng)速度越高，在實(shí)驗(yàn)初期生物量增加較快，但隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加，生物量的增加幅度比實(shí)驗(yàn)初期減小。隨著P濃度的提高杜氏鹽藻增長(zhǎng)速度差異比較明顯，添加不同的P濃度對(duì)杜氏鹽藻的生長(zhǎng)影響比不同N濃度的影響明顯，這說(shuō)明杜氏鹽藻的生長(zhǎng)更易受P濃度變化的影響，這可能是由于綠藻對(duì)P的要求比N高的原因所致[9]。

N、P是藻類生長(zhǎng)最重要的控制因素，存在著交互作用，若c(N)/c(P)大于16，P起主要作用；當(dāng)c(N)/c(P)小于10時(shí)，N起主要作用；當(dāng)c(N)/c(P)為10～20時(shí)，限制因子不確定[10]。結(jié)果表明，杜氏鹽藻在低N、P條件下的生長(zhǎng)狀況好，最適宜c(N)/c(P)是40，要清楚了解杜氏鹽藻與營(yíng)養(yǎng)鹽之間的關(guān)系，還需要做進(jìn)一步的深入研究。

圖5 不同c(N)/c(P)對(duì)杜氏鹽藻平均生長(zhǎng)率的影響Fig.5 The effects of different c(N)/c(P)on the growth of the average growth rate of D.salina

[1]BEN－AMATZ A,AVRON M.The potential use of Dunaliella for the production of glycerol,β－carotene and high－protein feed[M]//SAM PIETRO A,ed.Biosaline research:A look to the future.New York:Plcnum publishing corporation,1982:207－214.

[2]林貞賢.環(huán)境因子和營(yíng)養(yǎng)鹽限制對(duì)龍須菜氮吸收及生化組分的影響[D].青島:中國(guó)海洋大學(xué),2005:1－61.

[3]張正斌,林 彩,劉春穎,等.一氧化氮對(duì)海洋浮游植物生長(zhǎng)影響的規(guī)律及其化學(xué)特征研究[J].中國(guó)科學(xué)B輯化學(xué),2004,34(5):393－401.

[4]BONIN D J,BONIN M C,BERMAN T.Experimental evidence of nutrients limiting the production of micronarroplankton and ultraplankton in the coastal waters of the eastern Mediterranean ocean(Haifa,Israel)[J].Aquaculture Science,1989,51(2):129－152.

[5]RHEE G Y.Effects of N:P atomic ratios and nitrate limitation on algal growth,cell composition and nitrate uptake[J].Limnology and Oceanography,1978,23(1):10－25.

[6]孫 凌,金相燦,鐘 遠(yuǎn),等.不同氮磷比條件下浮游藻類群落變化[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(7):1 218－1 223.

[7]HODGKISS I J,HO K C.Are changes in N:P ratios in coastal waters the key to increased red tide blooms[J].Hydrobiologia,1997,352(1/3):141－147.

[8]LOBBAN C S,CHAPMAN D J,KREMER B P.Experimental Phycology:A Laboratory Manual[M].Cambridge:Cambridge University Press,1988:16－22.

[9]TILMAN D,STERNER R W.Invasions of equilibria:Tests of resource competition using two species of algae[J].Oecologia,1984(61):197－200.

[10]LI R X,ZHU M Y,CHEN S,ET AL.Response of phytoplankton to phosphate enrichment in mesocosm experiments[J].Acta Ecologica Sinica,2001,21(4):603－607.