不同溫度條件下條斑紫菜葉綠素的熒光特征

2014-07-18 14:57:27李家富張濤陸勤勤胡傳明鄧銀銀朱

江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年1期

李家富　張濤　陸勤勤　胡傳明　鄧銀銀　朱建

摘要：通過水樣調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x對大連（DL WT）、南麂島野生條斑紫菜（NJ WT）及江蘇條斑紫菜栽培品系（SY、SL、ST），對在不同溫度條件下葉綠素?zé)晒馓卣鬟M(jìn)行研究。結(jié)果表明：不同條斑紫菜樣品在溫度處理前Fv/Fm差異不顯著；溫度處理后3 d，15、10 ℃處理樣品Fv/Fm略高于5 ℃處理，且顯著高于20 ℃處理。實(shí)際量子效率（ΔF/Fm′）隨光照時(shí)間延長而逐步降低，20 ℃處理SY、SL和DL WT樣品的ΔF/Fm′顯著低于其他溫度處理，而NJ WT樣品未表現(xiàn)出明顯差異。快速光曲線測定結(jié)果與ΔF/Fm′一致。葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠反映不同野生種群及栽培品系在不同溫度條件下的光能利用特征，為條斑紫菜的育種提供種質(zhì)資源評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：條斑紫菜；葉綠素；熒光特征；溫度

中圖分類號：S917.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0200-04

收稿日期：2013-05-13

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：41206156、31272664）；國家科技支撐計(jì)劃（編號：2011BAD13B0902）；國家海洋局公益性行業(yè)專項(xiàng)（編號：201105023）；江蘇省科技支撐計(jì)劃（編號：BE2012420）；江蘇省南通市科技計(jì)劃（編號：HL2012011）。

作者簡介：李家富（1989—），男，江蘇泰州人，碩士研究生，從事海洋生物學(xué)研究。Tel：（0512）52251565；E-mail：jiafuli1987@126.com。

通信作者：張濤，助理研究員，從事海藻生物學(xué)研究。E-mail：zhangtofy@126.com。紫菜屬（Porphyra）植物作為一類原始大型海洋紅藻，在世界范圍內(nèi)有著廣泛的分布[1]。經(jīng)濟(jì)種類條斑紫菜和壇紫菜是我國主要的栽培物種，其中條斑紫菜（P. yezoensis）分布于遼東半島至浙江嵊泗島[2]，主要栽培區(qū)域?yàn)槲覈L江以北沿海區(qū)域。紫菜具有明顯的2個(gè)生長世代，葉狀體（配子體）為宏觀世代，而絲狀體（孢子體）是微觀世代，葉狀體世代生長期主要在10月至次年4月，而絲狀體世代生長期主要處于溫度相對較高的月份，是度夏的基本形態(tài)[3]，2個(gè)生活世代外觀完全不同，生長環(huán)境也有明顯差異[4-5]。

我國紫菜栽培有著悠久的歷史，近年來，隨著栽培規(guī)模的不斷擴(kuò)大，紫菜栽培密度也逐步增大。目前，條斑紫菜生產(chǎn)上栽培的主要品系是在野生型種質(zhì)篩選的基礎(chǔ)上獲得的，群體內(nèi)的近交及后代篩選范圍減少等原因?qū)е聴l斑紫菜產(chǎn)量和品質(zhì)不同程度的下降，此外，隨著全球氣候的變暖和沿海的不斷開發(fā)，傳統(tǒng)條斑紫菜栽培海區(qū)環(huán)境條件較以往發(fā)生了明顯改變，海水溫度變化幅度加劇，尤其是殼孢子采苗后1個(gè)月左右海水溫度有所回升，影響了藻體的生長，并導(dǎo)致產(chǎn)量下降，對溫度適應(yīng)能力強(qiáng)的栽培品系篩選和培育已成為條斑紫菜育種工作的重要內(nèi)容?？蒲腥藛T對紫菜尤其是壇紫菜的高溫適應(yīng)性品系篩選已進(jìn)行了研究，殼孢子成活率、分裂率及藻體腐爛程度等，結(jié)果表明壇紫菜耐高溫品系較對照品系有明顯優(yōu)勢[6-7]。陳昌生等對絲狀體的生長發(fā)育、葉狀體生長情況等測定也篩選出具有耐高溫性狀的壇紫菜品系[8]。在紫菜溫度適應(yīng)能力研究中，除了對形態(tài)及生長速率等指標(biāo)測定外，光合作用研究也一直是研究的重點(diǎn)，通過對光合放氧及呼吸作用等參數(shù)測定，能夠比較出不同紫菜物種如廣東紫菜和壇紫菜[9]，條斑紫菜、壇紫菜和皺紫菜絲狀體[10]對高溫的耐受能力，何培民等也提出通過研究對條斑紫菜葉狀體的光合作用有助于篩選耐高溫品系[11]。隨著光合作用研究技術(shù)的發(fā)展及在海藻生物上的應(yīng)用，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)以快速、準(zhǔn)確、無損傷等特點(diǎn)迅速成為研究不同環(huán)境因子對藻類光合作用影響的重要技術(shù)[12-14]，通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)Πㄗ喜嗽趦?nèi)的經(jīng)濟(jì)海藻環(huán)境適應(yīng)能力進(jìn)行更深入有效的研究[15]。

本研究對采自浙江南麂島、大連沿海、江蘇紫菜栽培區(qū)的野生及栽培條斑紫菜品系進(jìn)行不同溫度培養(yǎng)，通過調(diào)制葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)測定光能利用效率，探討野生種質(zhì)及選育品系的溫度適應(yīng)能力和差異，為條斑紫菜育種生產(chǎn)提供可利用的種質(zhì)資源評估基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

條斑紫菜栽培品系ST、SL、SY、浙江南麂島及大連海區(qū)自然生長種群條斑紫菜保存種質(zhì)均取自江蘇省海洋水產(chǎn)研究所國家紫菜種質(zhì)庫（表1），絲狀體5月初接種貝殼后按照常規(guī)生產(chǎn)條件培養(yǎng)，9月下旬采集殼孢子并培養(yǎng)于江蘇南通條斑紫菜栽培海區(qū)。葉狀體采集時(shí)間為次年1月，材料于4 h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，挑選健康藻株并置于暗沉淀處理海水培養(yǎng)，溫度10 ℃，光照強(qiáng)度30 μmol/（m2·s），第2天用于試驗(yàn)。

1.2試驗(yàn)條件

溫度設(shè)定為5、10、15、20 ℃ 4個(gè)梯度，光源為白光熒光燈，光周期12 L ∶12 D（Sanyo MLR-351型光照培養(yǎng)箱）。樣品培養(yǎng)采用250 mL三角瓶，加入200 mL PES培養(yǎng)液[16]，加入2～3片1 cm×3 cm葉狀體材料，每天更換新鮮培養(yǎng)液，設(shè)置5個(gè)平行重復(fù)。

1.3葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

1.3.1最大量子效率測定為確保樣品PSⅡ處于完全開放表1試驗(yàn)材料基本情況

材料編號1類型1育種及保存單位SY1江蘇南通選育栽培品系1江蘇省海洋水產(chǎn)研究所國家級紫菜種質(zhì)庫SL1高光脅迫篩選江蘇連云港培育品系1常熟理工學(xué)院海藻遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室ST1高光脅迫篩選江蘇南通培育品系1常熟理工學(xué)院海藻遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室DL WT1大連野生型條斑紫菜1江蘇省海洋水產(chǎn)研究所國家級紫菜種質(zhì)庫NJ WT1浙江南麂島野生型條斑紫菜1江蘇省海洋水產(chǎn)研究所國家級紫菜種質(zhì)庫

狀態(tài)，測定在暗周期10 h后進(jìn)行，將水樣PAM儀的光纖探頭直接置于藻體表面進(jìn)行測定。首先打開測量光[約0.3 μmol/（m2·s）]，測得最小熒光值（Fo），隨后提供0.8 s約4 000 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度的飽和脈沖光，測得最大熒光值（Fm），最大量子效率（Fv/Fm）按以下公式計(jì)算：

Fv/Fm= （Fm-Fo）/Fm。

1.3.2實(shí)際量子效率測定將熒光儀光纖探頭伸入三角瓶內(nèi)，垂直對準(zhǔn)葉狀體表面進(jìn)行測定。樣品實(shí)際量子效率測定過程中，首先為藻體提供0.3 μmol/（m2·s）測量光和 64 μmol/（m2·s）活化光，測得該條件下穩(wěn)態(tài)熒光值，即Ft；隨后提供0.8 s約4 000 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度的飽和脈沖光，測得該光強(qiáng)下最大熒光值Fm′。將所得參數(shù)代入以下方程計(jì)算PSⅡ?qū)嶋H量子效率[17]：

ΔF/Fm′= （Fm′-Ft）/Fm′。

1.3.3快速光曲線測定依次為樣品提供0、10、40、64、80、160、309、479、714 μmol/（m2·s）9個(gè)梯度的活化光，待不同光強(qiáng)下熒光值（Ft）達(dá)到穩(wěn)定后（約15 s），提供0.8 s約 4 000 μmol/（m2·s）光照強(qiáng)度的飽和脈沖光以測得該光強(qiáng)下樣品的最大熒光值（Fm′），相對電子傳遞速率（rETR）按以下公式計(jì)算[18]：

rETR=（Fm′-Ft）/Fm′×光照強(qiáng)度×D×0.5

式中：D表示樣品的吸光系數(shù)，本試驗(yàn)中設(shè)定為0.85；0.5表示光能由2個(gè)光系統(tǒng)平均分配。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用t檢驗(yàn)分析，顯著水平設(shè)為α=0.05。

2結(jié)果與分析

2.1溫度對條斑紫菜最大量子效率的影響

在溫度處理之前不同條斑紫菜樣品的起始Fv/Fm，結(jié)果（圖1）表明，樣品間Fv/Fm差異不顯著，均維持在0.70～071。溫度處理3 d后對樣品Fv/Fm的測定結(jié)果（圖2），15、10 ℃處理下所有供試樣品的Fv/Fm沒有明顯差異，且均高于其他溫度處理；5 ℃條件下，ST品系Fv/Fm略低于其他供試材料，較15 ℃處理下降近16%，SL、SY、NJ WT和DL WT材料Fv/Fm值在0.50～0.51之間，DL WT略高于其他樣品。

20 ℃溫度處理下，所有樣品Fv/Fm均顯著低于10、15 ℃ 處理，其中NJ WT樣品的Fv/Fm最高，DL WT樣品Fv/Fm下降幅度最大，較15 ℃處理下降超過40%，而SL品系Fv/Fm較15 ℃組下降31%，ST和SY品系下降約20%。

2.2溫度對條班紫菜最大量子效率的影響

對不同溫度條件下供試材料實(shí)際量子效率（ΔF/Fm′）的測定結(jié)果見圖3，在溫度處理的1 d（圖3-A），所有材料ΔF/Fm′均隨光照時(shí)間的延長而逐步降低，20 ℃處理?xiàng)l件下降幅度最明顯，不同樣品在照光8 h后較照光2 h時(shí)低 30%～40%，QD WT下降幅度最明顯，而NJ WT藻體ΔF/Fm′值要高于其他品系。溫度處理后3 d（圖3-B），供試品系藻體 ΔF/Fm′隨光照時(shí)間的延長也呈下降趨勢，但不同品系在不同處理溫度下存在差異，SY品系ΔF/Fm′先下降后上升，5、10、15 ℃處理在光照5 h左右降至起始值的85%左右，20 ℃下降幅度最大，約為起始值的60%，之后藻體ΔF/Fm′又有所回升。不同溫度處理SL品系藻體ΔF/Fm′隨光照時(shí)間逐步降低，5、10、15 ℃處理在光照8 h后較起始值低5%～18%左右，而20 ℃處理組下降更為明顯，較照光初始時(shí)約降低了45%，20 ℃處理組ΔF/Fm′顯著低于其他溫度處理。ST品系ΔF/Fm′變化趨勢與SL品系相似，5 ℃處理組ΔF/Fm′較起始值約下降11%，20 ℃處理組下降22%左右，20 ℃處理組 ΔF/Fm′ 在光照8 h后顯著低于其他處理。DL WT和NJ WT樣品ΔF/Fm′也隨光照時(shí)間而逐步降低，DL WT樣品20 ℃處理組ΔF/Fm′顯著低于其他溫度，而NJ WT樣品各溫度處理組間ΔF/Fm′沒有顯著差異。

2.3溫度對條斑紫菜快速光曲線的影響

快速光曲線（RLC）的測定結(jié)果見圖4。供試品系藻體隨光照強(qiáng)度的上升，相對電子傳遞速率（rETR）先逐步上升后達(dá)到穩(wěn)定階段。各品系藻體均是15 ℃處理組rETR高于其他溫度處理組，SL和DL WT樣品20 ℃處理組的rETR顯著低于其他溫度，而SY、ST和NJ WT樣品15、20 ℃處理組rETR差異不顯著。

3結(jié)論與討論

在紫菜栽培過程中，環(huán)境因子溫度對紫菜生長有重要的影響，對溫度有廣泛適應(yīng)性的優(yōu)良種質(zhì)選育是紫菜育種工作重點(diǎn)。研究者通過對孢子成活率、藻體生長發(fā)育及形態(tài)觀察，篩選出對高溫具一定耐受力的栽培品系[6-8]，通過對光合作用研究，探討光合生理測定手段在紫菜溫度適應(yīng)能力方面的應(yīng)用[9-11]。在藻類光合生理研究中，葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢已得到越來越廣泛的使用[19-23]。在本研究中，條斑紫菜在15 ℃溫度條件下葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm、rETR及ΔF/Fm′高于其他溫度處理，表明條斑紫菜在15 ℃左右時(shí)表現(xiàn)出較高的光能利用效率。溫度下降和上升均會(huì)引起條斑紫菜光能利用能力降低，本試驗(yàn)測定結(jié)果說明溫度上升對光能利用能力負(fù)面影響更明顯，條斑紫菜偏向較低的溫度環(huán)境，與曾呈奎等報(bào)道結(jié)果[24]一致。通過對葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，明確了紫菜在不同溫度下光能利用特征以及紫菜光合生理對環(huán)境溫度的適應(yīng)能力。

本試驗(yàn)中ND WT和NJ WT樣品分別采自我國大連和南麂島海區(qū)的野生型條斑紫菜，大連野生條斑紫菜在低溫下（5 ℃）對光能的利用效率與10、15 ℃差異不顯著，但在溫度為20 ℃條件下，ΔF/Fm′、Fv/Fm等熒光參數(shù)均顯著降低，而南麂島野生條斑紫菜在20 ℃溫度處理下，相應(yīng)熒光參數(shù)的變化幅度低于大連野生條斑紫菜，表明生長在較高緯度的大連野生條斑紫菜對光能利用能力在高溫條件下弱于生長于較低緯度的南麂島野生條斑紫菜，這可能與紫菜生長環(huán)境的海水溫度有關(guān)，在條斑紫菜生長期，南麂島海區(qū)海水溫度高于大連海區(qū)，而野生條斑紫菜適應(yīng)了所在的環(huán)境溫度，因此在不同培養(yǎng)溫度下，表現(xiàn)出各自的光能利用特征。本研究中，對同一海區(qū)不同條斑紫菜栽培品系在設(shè)定溫度下的葉綠素?zé)晒鈪?shù)也表現(xiàn)出差異，在5、20 ℃條件下，ST、SL和SY品系藻體ΔF/Fm′、Fv/Fm及rETR等葉綠素?zé)晒鈪?shù)較10、15 ℃處理均有所降低，其中ST品系在5 ℃處理降低幅度較大，而在 20 ℃ 條件下，SL和SY降低幅度更明顯，與Zhang等前期研究結(jié)論[22]相似，ST為高光脅迫篩選江蘇南通海區(qū)培育品系，而SL為江蘇連云港海區(qū)培育品系，2個(gè)海區(qū)水溫相差約 2 ℃，不同紫菜品系對選育環(huán)境適應(yīng)，使得在不同培養(yǎng)溫度條件下光能利用效率表現(xiàn)出相應(yīng)特征。SY品系是條斑紫菜誘變后在江蘇南通選育的栽培品系，在適宜溫度條件下

（15 ℃） ΔF/Fm′、Fv/Fm及rETR等葉綠素?zé)晒鈪?shù)均保持較高水平，表現(xiàn)出更有效的光能利用能力。不同野生種群及栽培品系在不同溫度條件下的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，能夠反映各自藻體光能利用特征，為量化描述紫菜品系光合特征、種質(zhì)資源評估等提供理論參考。

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