不同營養(yǎng)鹽條件下赤潮高發(fā)區(qū)圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺的變化

劉 艷， 趙衛(wèi)紅，苗 輝

1 中國科學(xué)院海洋研究所， 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點實驗室, 青島 266071 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 臨沂大學(xué)， 資源環(huán)境學(xué)院, 臨沂 276005

不同營養(yǎng)鹽條件下赤潮高發(fā)區(qū)圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺的變化

劉 艷1,2,3， 趙衛(wèi)紅1,*，苗 輝1

1 中國科學(xué)院海洋研究所， 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點實驗室, 青島 266071 2 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3 臨沂大學(xué)， 資源環(huán)境學(xué)院, 臨沂 276005

在東海赤潮爆發(fā)區(qū)域運用圍隔生態(tài)系實驗方法，研究了不同營養(yǎng)鹽條件下圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺濃度變化。結(jié)果表明：2010年選用東海原甲藻赤潮爆發(fā)處海水，東海原甲藻是各圍隔生態(tài)系內(nèi)主要優(yōu)勢種，沒有種群演替現(xiàn)象發(fā)生。兩種營養(yǎng)鹽添加方式下各圍隔內(nèi)精胺濃度維持較高水平，都呈現(xiàn)先波折下降后波折上升的趨勢，與東海原甲藻的生長變化正好相反；各圍隔內(nèi)腐胺濃度水平較高，變化起伏較大，其中有兩個實驗組腐胺整體變化趨勢與東海原甲藻生長趨勢類似；所有圍隔內(nèi)亞精胺濃度最低，波動較小。2011年取用中肋骨條藻赤潮爆發(fā)處海水，所有圍隔生態(tài)系內(nèi)優(yōu)勢種都發(fā)生了從中肋骨條藻到東海原甲藻的演替。各圍隔生態(tài)系內(nèi)腐胺濃度最高，在中肋骨條藻生長初期腐胺濃度下降，隨著中肋骨條藻的生長有所上升，實驗后期隨著東海原甲藻的生長又整體呈現(xiàn)出下降趨勢；各實驗組精胺濃度較低，在中肋骨條藻消亡東海原甲藻出現(xiàn)的種群演替期間，都呈現(xiàn)出較大波動；各圍隔內(nèi)亞精胺濃度較低，在整個種群演替過程中沒有明顯的變化。圍隔生態(tài)系中補充營養(yǎng)鹽，通過對浮游植物生長的影響，間接影響圍隔生態(tài)系內(nèi)的多胺變化。

圍隔生態(tài)系; 營養(yǎng)鹽; 中肋骨條藻; 東海原甲藻; 多胺

近年來海洋污染日趨嚴(yán)重，我國東海赤潮頻發(fā)，并且每年春季存在著從硅藻赤潮向甲藻赤潮的演替過程[1-3]。由于赤潮生物的多樣性和環(huán)境因素的復(fù)雜性，對于赤潮爆發(fā)與演替機制還不是很明確，一般認(rèn)為無機氮、磷酸鹽和硅酸鹽等營養(yǎng)鹽含量增加為赤潮的爆發(fā)提供了充足的營養(yǎng)條件，某些特定種類的營養(yǎng)鹽輸入海域或是海區(qū)營養(yǎng)鹽比例發(fā)生改變時，一些赤潮原因種可能因而具備競爭優(yōu)勢形成赤潮[4-5]。此外，研究發(fā)現(xiàn)多胺作為一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿,與赤潮的爆發(fā)可能有一定的關(guān)系。多胺是生理代謝過程中如細胞分裂[6-9]、脅迫反應(yīng)[10-15]、生長發(fā)育[16-20]等的重要調(diào)節(jié)物，其中最為常見的多胺有腐胺(Putrescine，Put) 、亞精胺(Spermidine，Spd) 和精胺(Spermine，Spm) 等。藻類代謝、消亡和分解會產(chǎn)生多胺類物質(zhì)，并且會影響到浮游植物種群的演替。在挪威Ofotfjord-Vestford灣報道里氏金色藻赤潮的發(fā)生可能是多胺的刺激作用[21]；Gentien曾報道在法國沿岸春天爆發(fā)硅藻赤潮后又發(fā)生了米氏凱倫藻赤潮，原因很可能是硅藻赤潮的消亡分解產(chǎn)生的腐胺促進了米氏凱倫藻赤潮的生長率，導(dǎo)致赤潮的爆發(fā)[22]，因此研究多胺與赤潮的關(guān)系是非常有意義的。為了研究不同營養(yǎng)鹽條件下東海海域典型赤潮藻的生長及多胺的濃度變化，并進一步探討富營養(yǎng)化程度、多胺與有赤潮發(fā)生之間可能存在的關(guān)系。本文分別于2010年5月和2011年5月在長江口海域開展了圍隔生態(tài)實驗[23]。

1 材料與方法

1.1 圍隔實驗設(shè)計

2010年5月11日至5月20日在東海原甲藻爆發(fā)區(qū)域(123.30 E，30.00 N)取表層水，水樣分別加入5個圍隔培養(yǎng)袋M1—M5，營養(yǎng)鹽濃度設(shè)計見表1，圍隔實驗裝置采用由鋼骨架支撐的透明聚乙烯材料塑料袋，直徑為1 m，深度為1 m，為頂部開放式船基圍隔，外部為鋼質(zhì)支架與帆布袋構(gòu)成的循環(huán)水槽。實驗期間利用水泵將現(xiàn)場海水抽入帆布袋內(nèi)作為循環(huán)水, 以保持圍隔袋內(nèi)水溫與現(xiàn)場海水一致。2011年5月13日至5月30日在舟山群島朱家尖島附近海域(122.48 E，29.55 N)，拉取中肋骨條藻赤潮爆發(fā)處海水進行海洋圍隔實驗。圍隔材料為聚乙烯塑料袋，直徑1 m，深度1 m，容積750 L。為研究不同營養(yǎng)鹽條件下赤潮藻生長狀況，本次圍隔實驗共設(shè)計5個圍隔裝置進行研究，營養(yǎng)鹽濃度添加情況見表1。每天8:30取樣，取樣前攪拌混合均勻，樣品經(jīng)GF/F膜(450 ℃灼燒5 h)過濾，于-20 ℃冷凍保存水樣帶回陸地實驗室分析。

表1 2010和2011年圍隔裝置中營養(yǎng)鹽濃度設(shè)計(μmol/L)Table 1 Nutrient concentrations added in mesocosm 2010 and 2011

1.2 分析方法

多胺的測定方法：樣品測定前進行化凍，取1 mL的海水樣品，加入1,6-己二胺作為內(nèi)標(biāo)物，使其濃度達到1.0×10-7mol/L，然后加入12 μL的70%的高氯酸，冰箱密封放置30 min，再加入90 μL的2 mol/L的NaOH和pH值9.18的硼酸緩沖液70 μL調(diào)節(jié)pH值，加入1 mL的5 mg/mL的丹磺酰氯丙酮溶液進行衍生，40 ℃反應(yīng)45 min，再加入40 μL的25%的濃氨水中止反應(yīng)，最后加入60 μL的乙腈，過濾進樣。衍生物采用Waters e2695高效液相色譜儀和Waters e2475熒光檢測器進行測定，色譜柱為C18(150 mm×4.6 mmi.d.， 5 μm particle size，Agilent)；熒光檢測激發(fā)波長(Ex)340 nm，發(fā)射波長(Em)515 nm；柱溫40 ℃，流動相 A為乙腈， B為0.1 mol/L的醋酸銨。梯度為0—10 min，35% A-60% A；10—15 min， 60% A-80% A；15—20 min，80% A-100% A；20—30 min，100% A-35% A。此方法可以很好的檢測出海水中游離態(tài)腐胺、精胺和亞精胺的濃度[24]。營養(yǎng)鹽(NO3-N、PO4-P、SiO3-Si)現(xiàn)場用GF/ F 玻璃纖維濾膜(經(jīng)450 ℃灼燒5 h)過濾后用聚丙烯瓶貯存, -20 ℃冷凍保存帶回陸地實驗室, 用AA3營養(yǎng)鹽自動分析儀測定。Chl-a現(xiàn)場用GF/ F 玻璃纖維濾膜(經(jīng)450 ℃灼燒5 h) 過濾后, 采用Turner熒光計現(xiàn)場測定。浮游植物水樣直接用盧哥氏碘液固定, 帶回實驗室在倒置顯微鏡下計數(shù)。運用SPSS10.0統(tǒng)計軟件分析各組數(shù)據(jù)之間的差異性。

2 結(jié)果與討論

2.1 2010年圍隔浮游植物生物量和多胺的變化

2010年選用東海原甲藻爆發(fā)處海水，海水中NO3-N和 SiO3-Si濃度均為10 μmol/L，PO4-P濃度較低僅為0.04 μmol/L。圍隔生態(tài)系中浮游植物生物量的變化用葉綠素a的濃度變化描述。此次實驗圍隔用水為東海原甲藻赤潮爆發(fā)處海水，整個實驗過程中發(fā)現(xiàn)所有實驗組都是以東海原甲藻為主要優(yōu)勢種，沒有明顯的演替現(xiàn)象。M2葉綠素-a在第5天達到峰值后下降，M3葉綠素-a一直到第7天達到最高峰值后下降，M3葉綠素-a要高于M2。兩個實驗組葉綠素-a都要高于對照組M1。M4葉綠素-a第4天達到最高值后下降，第7天后又呈現(xiàn)上升趨勢，M5葉綠素-a生長期要長于M4，第5天達到峰值后下降，第7天同樣呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。與一次性添加營養(yǎng)鹽實驗組相比，M4和M5實驗組東海原甲藻可以達到的最大生物量要小，生長速率較慢，但生長期較長，兩個實驗組的葉綠素-a值都要高于對照組M1。各個圍隔實驗組中腐胺和精胺的濃度較高，變化起伏較大，亞精胺的濃度最低，波動較小。

2.1.1 一次添加營養(yǎng)鹽方式下圍隔內(nèi)多胺的變化

M2和M3實驗組添加相同濃度的NO3-N，M3實驗組添加的PO4-P濃度要高于M2。M2(圖1)腐胺的整體變化趨勢與葉綠素-a的變化趨勢類似，先波折上升然后波折下降；整個實驗過程中亞精胺基本呈現(xiàn)波折上升的趨勢；精胺在葉綠素-a上升初期呈現(xiàn)下降趨勢，第3天之后一直呈現(xiàn)上升趨勢，說明東海原甲藻在生長過程中代謝分泌出部分多胺，這與東?，F(xiàn)場調(diào)查結(jié)果具有一致性(數(shù)據(jù)未發(fā)表)，赤潮爆發(fā)處多胺的濃度相對較高[25]，Hofle也早在1984年就提到過赤潮爆發(fā)區(qū)的浮游生物量較大的透光層處多胺的濃度較高[26]。M3(圖1)腐胺整體呈現(xiàn)波動變化；精胺變化趨勢與M2相似；亞精胺維持比較低的濃度，無明顯變化。M2和M3腐胺都明顯高于對照組M1(圖1)(PM2/M1=0.0178；PM3/M1=0.0198)；M2腐胺略高于M3，但是差異性并不顯著(PM2/M3=0.3134)；M2亞精胺在5月18日出現(xiàn)峰值，達到20.3 nmol/L，致使M2亞精胺平均濃度要高于對照組和M3；M2、M3和對照組M1精胺濃度相近， M2和M3圍隔生態(tài)系內(nèi)累積的生物量較大，所以體系內(nèi)累積的多胺濃度要比對照組高。M3 圍隔生態(tài)系內(nèi)雖然生物量較大，但是整體多胺濃度要略低于M2，這可能是東海原甲藻生長過程中吸收利用的多胺要多于代謝分泌出的多胺，導(dǎo)致圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺濃度下降。文獻也曾報道赤潮藻在生長過程中可以吸收利用多胺。Iwasaki研究發(fā)現(xiàn)不同的微藻可以吸收利用不同的外源多胺化合物[27]。微小亞歷山大藻可以吸收利用低濃度的腐胺和降亞精胺[20]；米氏凱倫藻生長過程中會吸收利用腐胺[22]；實驗室發(fā)現(xiàn)，東海甲藻赤潮生長過程中會吸收利用精胺、腐胺和亞精胺，其中對精胺的吸收作用最為明顯[28]。M2和M3在葉綠素-a下降期間，兩個實驗組腐胺都呈下降趨勢，精胺都表現(xiàn)出上升趨勢，可能是部分腐胺轉(zhuǎn)化成精胺的緣故，研究發(fā)現(xiàn)腐胺經(jīng)過兩次丙胺基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成精胺[13]。

圖1 M1、M2和M3圍隔葉綠素a及多胺變化Fig.1 Chlorophyll-a and polyamines variation in M1, M2 and M3

2.1.2 連續(xù)添加營養(yǎng)鹽方式下圍隔內(nèi)多胺的變化

M4和M5兩個實驗組每天添加相同濃度的NO3-N，M5每天添加的PO4-P濃度要比M4高。在整個實驗過程中，M4(圖2)圍隔生態(tài)系內(nèi)腐胺整體呈現(xiàn)波動上升的趨勢；亞精胺在第3天出現(xiàn)最高峰值，為25 nmol/L，明顯高于其他數(shù)值(P<0.0001)；精胺在葉綠素a上升期間呈現(xiàn)下降趨勢，隨著葉綠素-a下降又呈現(xiàn)波折上升趨勢；說明在東海原甲藻消亡過程中可能會降解釋放出部分精胺。Gentien也曾報道在法國沿岸春天硅藻赤潮爆發(fā)后海水中較高濃度的多胺是由于硅藻赤潮消亡分解釋放所致[22]。M5(圖2)腐胺整體呈現(xiàn)出先波動上升后又波動下降的趨勢，亞精胺一直維持著較低濃度，精胺與M4有著類似的變化趨勢。M4和M5腐胺都明顯高于對照組M1(PM4/M1=0.0391；PM5/M1=0.0391)；M4腐胺濃度要略高于M5，兩者的變化趨勢類似，差異性不顯著(PM4/M5=0.4839)。M4亞精胺在第3天出現(xiàn)峰值導(dǎo)致M4亞精胺平均濃度要明顯高于對照組和M5。M4和M5精胺平均濃度都略低于對照組M1，并且第7天葉綠素-a再次上升后，腐胺下降，精胺上升，與M2、M3變化趨勢類似，亦可能是部分腐胺轉(zhuǎn)化成精胺的緣故。

圖2 2010 年M4和M5圍隔葉綠素a及多胺變化Fig.2 Chlorophyll-a and polyamines variation in M4 and M5

2.2 2011年圍隔浮游植物生物量和多胺的變化

2011年圍隔實驗所用海水本底營養(yǎng)鹽值較高，實驗第4天各實驗組(包括對照組M1)中肋骨條藻的密度均超過了107個/L，最高為1.08×108個/L，達到了赤潮爆發(fā)密度；所有實驗組在中肋骨條藻達到最大生物量后開始消亡，至實驗第9天各實驗組密度都降到了104個/L。實驗第9天左右各實驗組可以檢測到東海原甲藻，并且其密度均呈現(xiàn)上升趨勢，至實驗第12天東海原甲藻成為所有實驗組的演替優(yōu)勢種，其中M3實驗組的東海原甲藻密度近106個/L，基本達到了赤潮爆發(fā)的密度。M2、M3、M4和M5實驗組中肋骨條藻最大生物量相似，都略高于對照組(PM2/M1=0.0526;PM3/M1=0.0506;PM4/M1=0.0515;PM5/M1=0.0945)。各圍隔生態(tài)系內(nèi)腐胺的濃度最高，精胺和亞精胺的濃度都較低。

2.2.1 不同NO3-N濃度下圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺的變化

M2、M3和M5實驗組PO4-P和SiO3-Si具有相同的起始濃度，其中PO4-P濃度較高，為1.5 μmol/L，NO3-N的濃度M3 >M5 >M2。在中肋骨條藻生長期間，各圍隔體系內(nèi)多胺的濃度都維持較高的濃度水平，達到24 noml/L左右，其中腐胺的濃度最高，亞精胺和精胺的濃度較低。在中肋骨條藻生長初期，各實驗組腐胺都呈現(xiàn)出下降的趨勢，隨著中肋骨條藻生長達到最大生物量以及后期消亡過程中，腐胺又呈現(xiàn)上升趨勢，M2、M3和 M5(圖3)精胺也都呈現(xiàn)出波動變化，說明在中肋骨條藻生長初期可能會利用環(huán)境中的部分多胺，而在生長過程中又會代謝分泌出多胺，這與實驗室培養(yǎng)中肋骨條藻研究結(jié)果一致[29]。實驗第8、9天左右圍隔生態(tài)系內(nèi)營養(yǎng)鹽濃度都維持在很低的濃度水平(PO4-P低于檢測限)，M2、M3、M5和對照組 M1(圖3)都檢測到東海原甲藻，可能是圍隔體系內(nèi)的多胺刺激了東海原甲藻的生長，Gerner曾報道多胺作為類激素物質(zhì)通過與DNA和RAN相結(jié)合調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)植物的發(fā)育及細胞的分裂、分化等生物進程而參與調(diào)節(jié)細胞的生長[30]。Lee和J?gensen[31]也研究發(fā)現(xiàn)外源多胺可以刺激浮游植物的生長，實驗研究發(fā)現(xiàn)，多胺的加入能影響赤潮藻的生長，精胺、腐胺和亞精胺濃度在5—100 nmol/L范圍內(nèi)總體上對東海甲藻赤潮生長有促進作用。實驗第11天M2和M3實驗組進行營養(yǎng)鹽補充，促進了東海原甲藻的進一步生長，M3補充的NO3-N濃度高，東海原甲藻達到的最大生物量較大，明顯高于M2、M5以及對照組M1。在東海原甲藻生長期間，M2、M3和M5實驗組精胺以及M3實驗組腐胺都呈現(xiàn)明顯的波動變化，可能是中肋骨條藻降解和東海原甲藻代謝分泌所致。

2.2.2 營養(yǎng)鹽后期補充對圍隔內(nèi)多胺的變化影響

圖3 2011年各圍隔實驗組種群演替與多胺濃度變化Fig.3 Algal species succession and polyamines variation concentration in mesocosm 2011

M4和M5有相同的營養(yǎng)鹽起始濃度，在中肋骨條藻生長期間，M4(圖3)和M5實驗組多胺的濃度及變化趨勢類似，差異性不大，腐胺濃度都略高于對照組M1。實驗第7天M4和M5實驗組營養(yǎng)鹽濃度都很低，尤其是PO4-P和SiO3-Si都降低到檢測限以下，此時M4補充NO3-N和SiO3-Si到起始濃度，PO4-P僅補充0.5 μmol/L，M5沒有營養(yǎng)鹽補充，M4中肋骨條藻仍然消亡，但是消亡的速度要比M5實驗組慢，實驗第10天檢測到東海原甲藻，時間要比M5和對照組M1要晚。由于營養(yǎng)鹽補充的緣故M4實驗組東海原甲藻生長較快，最大生物量也要高于M5和對照組M1，在東海原甲藻生長期間，M4圍隔生態(tài)系內(nèi)累積的多胺濃度較高，波動較大，尤其是腐胺和精胺的濃度都要高于M5，這可能是M4體系內(nèi)累積的生物量較大，新陳代謝產(chǎn)生的多胺較多。

M2和M3實驗組在實驗第11天中肋骨條藻完全消亡時進行了營養(yǎng)鹽補充，補充時間要比M4實驗組要晚，而東海原甲藻可以檢測到的時間要比M4早，特別是M2在營養(yǎng)鹽濃度很低的條件下檢測到的(NO3-N: 0.71 μmol/L, PO4-P: 低于檢測限, SiO3-Si:0.13 μmol/L)，可能是前期圍隔生態(tài)系內(nèi)累積的多胺刺激了東海原甲藻的出現(xiàn)。M2和M3補充營養(yǎng)鹽的時間較晚，維持東海原甲藻的生長時間較長，而M4實驗組由于補充時間較早，東海原甲藻在第14天達到最大生物量后開始消亡。在東海原甲藻生長期間，M2和M3圍隔體系內(nèi)多胺濃度要低于M4，變化波動較小，這可能是東海原甲藻生長過程中吸收利用的多胺要高于其代謝分泌出的多胺。

3 結(jié)論

(1) 2010年所有圍隔生態(tài)系內(nèi)優(yōu)勢種都是以東海原甲藻為主，沒有明顯的演替現(xiàn)象。2011年圍隔實驗組都出現(xiàn)了從中肋骨條藻到東海原甲藻種群演替現(xiàn)象。

(2) 圍隔生態(tài)系中補充營養(yǎng)鹽，通過對浮游植物生長的影響，間接影響圍隔生態(tài)系內(nèi)的多胺變化，2010年和2011年圍隔實驗都發(fā)現(xiàn)進行營養(yǎng)鹽補充的實驗組，由于圍隔生態(tài)系內(nèi)累積的生物量較大，體系內(nèi)新陳代謝累積的多胺濃度較高。

(3) 通過2010年和2011年圍隔實驗發(fā)現(xiàn)，東海原甲藻和中肋骨條藻在消亡過程中都會降解產(chǎn)生多胺，東海原甲藻和中肋骨條藻在生長過程中也都會代謝分泌出多胺。另外，在營養(yǎng)鹽濃度很低的條件下，多胺還會作為一種類激素物質(zhì)刺激東海原甲藻的生長，同時腐胺、亞精胺和精胺之間還存在著相互轉(zhuǎn)化，這些因素共同影響圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺的濃度變化，導(dǎo)致生態(tài)系內(nèi)多胺變化波動較大。

[1] 周名江, 朱明遠, 張經(jīng).中國赤潮的發(fā)生趨勢和研究進展. 生命科學(xué), 2001, 13(2): 53-59.

[2] 孫霞, 王保棟, 王修林, 祝陳堅, 韓秀榮. 東海赤潮高發(fā)區(qū)營養(yǎng)鹽時空分布特征及其控制要素. 海洋科學(xué), 2004, 28(8): 28-32.

[3] 張璇, 石曉勇, 張傳松, 韓秀榮. 長江口及鄰近海域赤潮藻種演替過程中營養(yǎng)鹽特征. 海洋環(huán)境科學(xué), 2012, 31(6): 817-820.

[4] Anderson D M, Glibert P M, Burkholder J M. Harmful algal blooms and eutrophication: nutrient sources, composition, and consequences. Estuaries, 2002, 25(4b): 704-726.

[5] 楊東方, 陳生濤, 胡均, 吳建平, 黃宏. 光照、水溫和營養(yǎng)鹽對浮游植物生長重要影響大小的順序.海洋環(huán)境科學(xué), 2007, 26(3): 201-207.

[6] Tabor CW, Tabor H. 1,4-Diaminobutane (putrescine), spermidine and spermine. Annual Review of Biochemistry, 1984, 53: 749-790.

[7] Marton L.J, Pegg A E. Polyamines as target for therapeutic intervention. Annual Review of Pharmacology Toxicology, 1995, 35: 55-91.

[8] Theiss C., Bohley P., Voigt J. Regulation by polyamines of ornithine decarboxylase activity and cell division in the unicellular green algaChlamydomonasreinhardtii. Plant Physiology, 2002, 128(4): 1470-1479.

[9] Evans P T, Malmberg R L. Do polyamines have roles in plant development. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1989, 40(6): 235-269.

[10] Groppa M D, Benavides M P. Polyamines and abiotic stress: recent advances. Amino Acids, 2008, 34(1): 35-45.

[11] Nayyar H, Chander S. Protective effects of polyamines against oxidative stress induced by water and cold stress in Chickpea. Journal Agronomy & Crop Science, 2004, 190(5): 355-365.

[12] Bagni N, Tassoni A. Biosynthesis, oxidation and conjugation of aliphatic polyamines in higher plants. Amino Acids, 2001, 20(3): 301-317.

[13] Alczar R, Marco F, Cuevas J C, Patron M, Ferrando A, Carrasco P, Tiburcio A F, Altabella T. Involvement of polyamines in plant response toabiotic stress. Biotechnology Letters, 2006, 28(23): 1867-1876.

[14] Kusano T, Yamaguchi K, Berberich T, Takahashi Y. Advances in polyamine research in 2007. Journal of Plant Research, 2007, 120(3): 345-350.

[15] T.Kusano, T.Berberich, C.Tateda, Y.Takahashi, Polyamines: essential factors for growth and survival. Planta, 2008, 228(3): 367-381.

[16] Naka Y, Watanabe K, Sagoretal G H M, Niitsu M, Pillai M A, Kusano T, Takahashi Y. Quantitative analysis of plant polyamines including thermospermine during growth and salinity stress. Plant Physiology and Biochemistry, 2010, 48(7): 527-533.

[17] Nishibori N, Fujihara S, Nishijima T. Changes in intracellular polyamine concentration during growth ofHeterosigmaakashiwo(Raphidophyceae). Fisheries Science, 2006, 72(2): 350-355.

[18] Igarashi K, Kashiwagi K. Polyamines: mysterious modulators of cellular functions. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2000, 271(3): 559-564.

[19] Bouchereau A, Aziz A, Larher F, Martin-Tanguy J. Polyamines and environmental challenges: recent development. Plant Science, 1999, 140(2): 103-125.

[20] Hwang D F, Lu Y H, Noguchi T. Effects of exogenous polyamines on growth, toxicity, and toxin profile of dinoflagellateAlexandriumminutum. Journal of the Food Hygienic Society of Japan (Shokuhin Eiseigaku Zasshi), 2003, 44(1): 49-53.

[21] Johnsen G, Kalloken R, Eikrem W, Legrand C, Aure J, Skjoldal H R. Eco-physiology, bio-optics and toxicity of the ichthyotoxic chrysochromulina leadbeateri (Prymnesiophyceae). Journal of Phycology, 1999, 35(6):1456-1476.

[22] Gentien P. Bloom dynamics and ecophysiology of theGymnodiniummikimotoispecics complex. Physiological Ecology of Harmful Algal Bloom, 1998, 41: 155-173.

[23] 王萌, 李瑞香, 朱明遠, 陳炳章. 利用圍隔實驗研究赤潮過程中藻細胞熒光能力. 海洋科學(xué)進展, 2006, 24(4): 489-494.

[24] 付敏, 趙衛(wèi)紅, 苗輝. 高效液相色譜法測定海水中游離態(tài)腐胺、亞精胺和精胺. 分析化學(xué), 2010, 38(10): 1445-1449.

[25] 李彩艷, 趙衛(wèi)紅, 苗輝. 2010 年中國東海夏季游離態(tài)2-苯基乙胺、腐胺、亞精胺和精胺的分布. 海洋科學(xué), 2010, 36(4): 68-74.

[26] Hofle M G. Degradation of putrescine and cadaverine in seawater cultures by marine bacteria.Applied Environmental Microbiology,1984,47(4): 843-849.

[27] Iwasaki H. Growth physiology of red-tide microorganisms. Microbiological Sciences, 1984, 1(7): 179-182.

[28] 梁叢叢, 趙衛(wèi)紅, 苗輝. 生物胺對赤潮藻生長的影響作用初探. 海洋與湖沼, 2013, 44(3): 709-716.

[29] 李彩艷. 東海赤潮高發(fā)區(qū)中的多胺及在赤潮演替中的作用初探[D]. 青島: 中國科學(xué)院大學(xué)(海洋研究所), 2011.

[30] Gerner E W, Meysken F L. Polyamines and cancer: old molecules, new understanding. Nature Reviews Cancer, 2004, 4(10): 781-792．

[31] Lee C, J?gensen N O J. Seasonal cycling of putrescine and amino acids in relation to biological production in a stratified coastal salt pond. Biogeochemistry, 1995, 29(2): 131-157.

Effects of nutrient on polyamines variation in the mesocosm in the East China Sea

LIU Yan1,2,3， ZHAO Weihong1,*， MIAO Hui1

1KeyLaboratoryofMarineEcologyandEnvironmentalSciences,InstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao266071,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3CollegeofResourceandEnvironment,LinyiUniversity,Linyi276005,China

We investigated the effects of different nutrients on the concentration of polyamines by mesocosm experiment in an area of frequent red tide occurrence in the East China Sea. As essential components of cellular regulation, polyamines are synthesized by algae and secreted into the surrounding waters, particularly during the decomposition period following a bloom, and may thus drive the succession of future blooms. In 2010, where blooms of the dinoflagellateProrocentrumdonghaienseoccurred, it was the dominant species, the nutrient content of the water was low, and there was no evidence of species succession in any of the mesocosms. According to our results,P.donghaiensegrowth period length and maximal biomass would be enhanced with increased levels of nutritive salt, specifically PO4. Polyamines were significantly higher in mesocosms to which nutritive salt was added than in the control mesocosm. Spermine levels showed a wavelike, inverse trend decreasing withP.donghaiensegrowth and increasing with its decline. Putrescine concentrations were higher than spermine, fluctuated significantly, and were positively associated with growth ofP.donghaiensein every mesocosm except the control. Spermidine had the lowest concentration of all the polyamines and fluctuated the least in all mesocosms. In 2011, we detected a succession in species fromSkeletonemacostatumtoP.donghaiensein all mesocosms whereS.costatumblooms occurred. The nutrient content of the seawater, specifically PO4, was sufficient to sustain dinoflagellate populations. However, our results suggest that the addition of NO3and SiO3would prolong theS.costatumgrowth period, and increase its maximal biomass. When just NO3concentrations were increased, the absorption of PO4increased significantly, andS.costatumdied off more quickly. This suggests that an influx of NO3could initiate an earlier turnover toP.donghaiense. When more NO3was added, the maximal biomass ofP.donghaiensewas higher. If nutrients are added beforeS.costatumdie-off, the rate of turnover might be slower, delaying the appearance ofP.donghaiense. In every mesocosm in the second year, putrescine concentration was the most abundant polyamine. In the early growth stages ofS.costatum, the level of putrescine initially decreased. Levels then increased withS.costatumgrowth, and fell again withP.donghaiensegrowth in the later stages of the experiment. We suggest thatS.costatumandP.donghaienseabsorb exogenous putrescine, causing it to decrease in the mesocosms. In every mesocosm, spermine concentrations were low and fluctuated greatly during the succession. Similarly, the level of spermidine was low in all microcosms; however, it had no obvious fluctuation during succession. Variation in nutrients affected concentrations of polyamines indirectly by influencing phytoplankton growth. From this 2-year mesocosm experiment, we found that as bothS.costatumandP.donghaiensedecompose, they release polyamines. We refer to this as the dispersion period. We also found that during growth periods both species metabolize and secrete polyamines. In conditions of lower nutrient availability, exogenous polyamines could stimulateP.donghaiensegrowth. Algal enzymes catalyze the conversion of polyamines, and thus the growth and decomposition of these dinoflagellates during times of bloom results in significant polyamine fluctuations.

mesocosm; nutrient;Prorocentrumdonghaiense;Skeletonemacostatum; polyamine

國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃資助項目(2010CB428701); 國家自然科學(xué)基金項目(40976047, 41276118)

2013-06-08;

日期:2014-05-16

10.5846/stxb201306081458

*通訊作者Corresponding author.E-mail: whzhao@qdio.ac.cn

劉艷， 趙衛(wèi)紅，苗輝.不同營養(yǎng)鹽條件下赤潮高發(fā)區(qū)圍隔生態(tài)系內(nèi)多胺的變化.生態(tài)學(xué)報,2015,35(8):2659-2666.

Liu Y， Zhao W H， Miao H.Effects of nutrient on polyamines variation in the mesocosm in the East China Sea.Acta Ecologica Sinica,2015,35(8):2659-2666.