不同溫度與營養(yǎng)鹽條件對滸苔（Ulva prolifera）和腸滸苔（Ulva intestinalis）的生長影響

何進 ，石雅君 ，王玉玨 ，邵紅兵 ，劉東艷

（1．中國科學院煙臺海岸帶研究所 中國科學院海岸帶環(huán)境過程與生態(tài)修復重點實驗室（煙臺海岸帶研究所）山東省海岸帶環(huán)境過程重點實驗室 山東 煙臺 264003；2．中國科學院大學，北京 100049）

“綠潮”（Green tide）是一種在世界沿岸國家普遍發(fā)生的、通常是由海洋綠藻大量增殖引起的有害藻華現(xiàn)象（Back et al， 2000；Blomster et al，2002）。目前，已知形成綠潮的物種主要來自石莼屬（Ulva）、剛毛藻屬（Cladophora）與硬毛藻屬（Chaetomorpha）（Fletcher，1996）。綠潮爆發(fā)會帶來一系列的環(huán)境危害，如：藻體腐敗散發(fā)難聞氣味，污染空氣；藻類堆積可能為有害昆蟲提供繁殖條件，引起害蟲爆發(fā)；藻類沉積在海底，會引起缺氧和底質腐敗，改變沉積物的理化性質，導致水生生物缺氧死亡等（Villares et al，1999；Hiraoka et al，2004；Lapointe et al，2005a，b）。

2008年，我國黃海海域形成了由滸苔（Ulva prolifera）引發(fā)的大規(guī)模綠潮，給山東省造成了巨大的經(jīng)濟損失（喬方利 等，2008；Liu et al，2009；Ye et al，2011）。已有的研究發(fā)現(xiàn)，在由滸苔（U.prolifera）引發(fā)的綠潮事件中，往往混有其他綠藻物種，如腸滸苔（U.intestinalis）等（Fletcher， 1974；Coleman et al， 1979；Briand et al，1987）。我國發(fā)生的綠潮事件也具有這樣的特點（Wang et al，2012）。

綠潮原因物種的快速生長與溫度和營養(yǎng)鹽濃度往往存在密切關系（Morand et al，1996）。研究發(fā)現(xiàn)，滸苔（U.prolifera）是一種廣溫性海藻（Taylor et al，2005）生態(tài)幅較寬，其對溫度的適應范圍為：10℃～35℃（Moll et al，1995；Komatsu et al，1997；Kamer et al， 2001；吳洪喜 等，2000；張寒野等，2006；王建偉等，2007）。腸滸苔（U.intestinalis）在5℃～30℃范圍內都可以存活，在水溫5℃時種群開始增長，在10℃左右孢子萌發(fā)率迅速增加，溫度為15℃時生長速率最大（Kim et al，1996；Lotze et al，1999）。

然而，在我國黃海發(fā)生的綠潮事件中，滸苔（U.prolifera）最終取代其他物種，成為優(yōu)勢種群。因此，需要解答滸苔（U.prolifera）與其他滸苔物種之間的競爭關系。本研究在以往學者的研究的基礎上，對蘇北沿岸潮間帶優(yōu)勢物種：滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在不同溫度和營養(yǎng)鹽交叉條件下的生長情況開展了研究。目的是探索不同滸苔物種的生長特性，解釋其在綠潮爆發(fā)中的競爭機制。

1 材料和方法

1.1 材料來源

滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）樣品于2010年4月取自江蘇省南通市如東縣長沙鎮(zhèn)紫菜養(yǎng)殖筏架（E121°19′58.1″-E121°21′32.4″；N32°28′13.7″-N32°29′38.3″），滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在筏架上的生物量（干重）比例約為2∶1（個人數(shù)據(jù)，發(fā)表中）。采集到的兩種滸苔樣品放在冰盒中帶回實驗室，用GF/F玻璃纖維濾膜過濾過的自然海水反復清洗多次后，置于過濾過的消毒海水中培養(yǎng)、純化。

1.2 實驗設計

將兩種滸苔置于光照培養(yǎng)箱（BSG-800）中培養(yǎng)，光暗比為12 h∶12 h，光照度8 000 lx。將GF/F膜過濾過的自然海水，置于1 000 mL的燒杯中，培養(yǎng)水體為1 000 mL。自然海水取自煙臺棧橋近岸，通過添加NH4NO3和KH2PO4設置6個實驗組，各組氮、磷營養(yǎng)鹽的初始濃度如表1所示。培養(yǎng)溫度分別設定為：10℃，15℃，20℃和25℃。

表1 各營養(yǎng)鹽組初始濃度

1.3 滸苔含水率的計算

分別取出5份10 g的兩種滸苔，將藻體用濾紙吸干后，在80℃下烘干至恒重，測藻體的含水率，再將滸苔含水率分別加和計算平均值。

1.4 相對生長率的計算

每天取出全部藻體，再將藻體用濾紙吸干，測量藻體濕重，計算相對生長率，再將生長期內每次的計算結果加和計算平均值，連續(xù)測定10天。計算公式如下：

式中，Ki代表從第1天到第（i+1）天的相對增長速率；Wi+1代表第（i+1）天測定的濕生物量；W0代表開始培養(yǎng)時的濕生物量；i代表第i天取樣；N代表總取樣次數(shù)；代表兩種滸苔生長期平均每天的相對增長速率；a為兩種滸苔平均含水率。

1.5 營養(yǎng)鹽的測定

將每種初始培養(yǎng)液以及培養(yǎng)10天后的每個燒杯的培養(yǎng)液經(jīng)過GF/F膜過濾后，使用營養(yǎng)鹽自動分析儀（Seal AA3，Germany）測定培養(yǎng)液中的氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N），硝酸鹽（NO3--N），總溶解態(tài)氮（TDN）和溶解無機磷含量。溶解性無機氮（DIN）為氨氮（NH4+-N）、亞硝酸鹽（NO2--N）和硝酸鹽（NO3--N）的總和（海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析GB17378.4-2007）。

1.6 數(shù)據(jù)處理

應用SPSS 11.5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。藻體生長率等參數(shù)應用“one-way ANOVA”的方法進行多重比較，以P<0.05作為差異顯著性水平，所得數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。營養(yǎng)鹽消耗量為營養(yǎng)鹽初始濃度與最終濃度之差。

2 結果

2.1 腸滸苔（U.intestinalis）和滸苔（U.prolifera）的生長情況

圖1表明，不同溫度條件下，腸滸苔（U.intestinalis）相對生長率變化趨勢大致相同，每個營養(yǎng)鹽組中不同溫度條件下相對生長率的差異不顯著（P>0.05），即從第1天至第8天均呈明顯上升趨勢，在第8天相對生長率達到最大，而從8天后開始快速下降。

圖1 腸滸苔（U.intestinalis）在6組營養(yǎng)鹽環(huán)境中不同溫度下的相對生長率

圖2 滸苔（U.prolifera）在6組營養(yǎng)鹽環(huán)境中不同溫度下的相對生長率

圖2 顯示，滸苔（U.prolifera）相對生長率也呈現(xiàn)出先增后降的變化趨勢。各實驗條件下，滸苔（U.prolifera）相對生長率在第1-7天均呈明顯上升趨勢，并且，最大相對生長率均出現(xiàn)在第7天。經(jīng)方差分析，每個營養(yǎng)鹽組在不同溫度下的相對生長率差異不顯著（P>0.05）。

從圖1和圖2的對比可以看出，在相同溫度條件下，腸滸苔（U.intestinalis）在第Ⅰ組營養(yǎng)鹽環(huán)境中的相對生長率明顯高于其他組，而滸苔（U.prolifera）在第Ⅵ組營養(yǎng)鹽環(huán)境中的相對生長率，在20℃、25℃時明顯高于其他組，但在10℃和15℃時，各組增長水平大致相同，說明高溫、高營養(yǎng)鹽利于滸苔（U.prolifera）的快速生長。

根據(jù)表2中兩種滸苔相對生長率的最大值出現(xiàn)的溫度和營養(yǎng)鹽組情況可以看出，腸滸苔（U.intestinalis）的最大相對生長率出現(xiàn)在15℃時第Ⅰ組中，滸苔（U.prolifera）的最大相對生長率則出現(xiàn)在溫度為25℃時，DIN濃度最大的第Ⅵ組，說明滸苔（U.prolifera）對營養(yǎng)鹽與溫度的耐受程度比較高。此外，各組中滸苔（U.prolifera）的最大相對生長率出現(xiàn)較早（第7天）且持續(xù)時間至第9天，顯示了優(yōu)于腸滸苔（U.intestinalis）的生長特征。

2.2 腸滸苔（U.intestinalis）和滸苔（U.prolifera）對營養(yǎng)鹽的消耗情況

根據(jù)表3中兩種滸苔的最大營養(yǎng)鹽消耗量，可以看出，第Ⅲ組中腸滸苔（U.intestinalis）在10℃時對硝酸鹽的消耗量最大，第Ⅵ組中腸滸苔（U.intestinalis）在15℃時對硝酸鹽和DIP的消耗量最大。結合表2中兩種滸苔最大相對生長率出現(xiàn)的組別，可以看出，腸滸苔（U.intestinalis）在上述溫度和營養(yǎng)鹽組中相對生長率也最大。

第Ⅲ組中滸苔（U.prolifera）在10℃時對氨鹽的消耗量最大，第Ⅳ組中滸苔（U.prolifera）在25℃時對氨鹽的消耗量最大，第Ⅵ組中滸苔（U.prolifera）在25℃時對硝酸鹽和DIP的消耗量最大。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，與腸滸苔（U.intestinalis）相同，滸苔（U.prolifera）在上述溫度和營養(yǎng)鹽組中其相對生長率也達到了最大。

表2 滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）在各組中的最大相對生長率 (%)

表3 滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）的最大營鹽消耗量（μmol·L-1）

此外，從表3中可以看出，在DIN濃度最高的第Ⅵ組中，在15℃～25℃的溫度范圍內，滸苔（U.prolifera）對硝酸鹽的消耗量均最大，且均高于腸滸苔（U.intestinalis）。

3 討論

綜合比較兩種滸苔在各種條件下的相對生長率，可以看出滸苔（U.prolifera）的相對生長率在第7天時就會達到最大值，并在短暫下降后又再次升高，這表明滸苔（U.prolifera）具有短期快速吸收儲備營養(yǎng)物質的特點，與相關報道一致（Thomas et al，1987；Pedersen et al，1997）。此外結果還顯示滸苔（U.prolifera）的相對生長率達到最大值后并未立即下降，而是仍保持較高值，在持續(xù)了兩天之后才開始顯著下降。而腸滸苔（U.intestinalis）則在第8天時相對生長率最大，之后呈下降趨勢。腸滸苔（U.intestinalis）的相對生長率在達到最大值后即迅速下降，這意味著腸滸苔（U.intestinalis）以較高的生長率持續(xù)生長的能力弱于滸苔（U.prolifera），表明滸苔（U.prolifera）在大規(guī)模增殖后可能會搶占生態(tài)位，成為優(yōu)勢種。

對于滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）不同生長模式，存在兩種解釋：第一，兩種滸苔營養(yǎng)鹽利用機制存在差異；第二，兩種滸苔自身的生物適應策略不同。

從營養(yǎng)鹽利用機制來看，本實驗表明滸苔（U.prolifera）對硝酸氮的消耗能力很強，這與田千桃等（2010）的結論一致，滸苔（U.prolifera）在生態(tài)上的成功與其較強營養(yǎng)鹽利用能力密不可分，其對硝酸氮的消耗量明顯高于腸滸苔（U.intestinalis），這與Wang等（2012）的研究一致。實驗結果還表明，在高營養(yǎng)條件下，滸苔（U.prolifera）的相對生長率明顯高于腸滸苔（U.intestinalis），這與Lotze等（1999）的研究結果一致。此外，研究表明，DIN濃度的升高會限制部分石莼屬綠藻的生長，如Berglund（1969）的研究顯示緣管滸苔（U.linza）在DIN為14 μmol/L時生長情況最好，而DIN超過21 μmol/L時生長逐漸受到限制，這可能是本實驗中腸滸苔（U.intestinalis）在營養(yǎng)鹽濃度相對較高時，相對生長率較低現(xiàn)象的一種解釋。

從兩種滸苔自身的生物適應策略上來看，與腸滸苔（U.intestinalis）相比，滸苔（U.prolifera）對于不利的、多變的環(huán)境條件的響應更為敏感，更容易在短時間內引發(fā)藻華（Wang et al.，2012）。腸滸苔（U.intestinalis）與滸苔（U.prolifera）相比，則有著更強的N攝取和貯存能力（Cohen et al，2004），且具有較強的環(huán)境耐受力，即使在環(huán)境狀況不利于其生長，如鹽度下降，光照不足時，其仍會攝取并貯存N（Kamer et al，2001；Cohen et al，2004），并且在不利環(huán)境中，腸滸苔（U.intestinalis）會將光合作用提供的能量優(yōu)先用于進行滲透調節(jié)而非藻體生長（Cohen et al，2004）。這就意味著，由于其他環(huán)境因素的限制，腸滸苔（U.intestinalis）藻體中的N即使很充足且在不斷增加，其生物量也可能不會發(fā)生快速的增長。因此，在兩種滸苔共生時，滸苔（U.prolifera）更容易爆發(fā)，而腸滸苔（U.intestinalis）則更偏向于貯存能量和營養(yǎng)鹽。

4 結論

本次實驗對滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）對營養(yǎng)鹽吸收利用的生理生態(tài)學差異做了初步研究，主要結論如下：

（1）滸苔（U.prolifera）在溫度和營養(yǎng)鹽濃度較高時表現(xiàn)出較高的相對生長率，而相比之下，腸滸苔（U.intestinalis）則在較低的溫度和營養(yǎng)鹽濃度下相對生長率較高。

（2）滸苔（U.prolifera）和腸滸苔（U.intestinalis）表現(xiàn)出兩種截然不同的生長模式：滸苔（U.prolifera）達到最大相對生長率所需的時間少于腸滸苔（U.intestinalis）且持續(xù)時間長；而腸滸苔（U.intestinalis）不僅達到最大相對生長率的時間要長于滸苔（U.prolifera），而且其相對生長率在達到最大值后即迅速下降，不能持續(xù)。

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