溫度、光照強(qiáng)度和鹽度對(duì)海柏果孢子放散與附著的影響

鄧 璐, 曹翠翠, 王宏偉

(遼寧師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 遼寧 大連116081)

大型海藻是重要的海洋自然資源, 可食用并可作為飼料、工業(yè)原料和有機(jī)肥料, 具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。隨著我國(guó)人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展, 國(guó)民對(duì)“藍(lán)色農(nóng)業(yè)”的需求和依賴程度不斷增高, 發(fā)展海藻養(yǎng)殖已成為一種必然。盡管我國(guó)在海藻養(yǎng)殖技術(shù)領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先地位, 是世界第一海藻養(yǎng)殖大國(guó), 但主要養(yǎng)殖海藻的種類目前僅有10余種, 可進(jìn)行人工養(yǎng)殖的種類僅占能夠利用的海藻中的一小部分[2]。因此, 為了防止資源枯竭, 豐富海藻養(yǎng)殖種類, 高效利用資源, 滿足工業(yè)發(fā)展要求, 研究應(yīng)用價(jià)值高的新型海藻的人工養(yǎng)殖的適宜條件勢(shì)在必行。

海柏(Polyopes polyideoides)隸屬于紅藻門(Rhodophyta)杉藻目(Gigartinales)海膜科(Halymeniaceae)海柏屬(Polyopes), 藻體深紫紅色, 直立, 叢生, 基部以圓盤狀固著器固著, 亞二叉式分枝, 分枝基部縊縮或略細(xì), 枝端鈍形, 藻體上常有較輕微的縊縮處, 并偶有小育枝。為北太平洋西部特有的暖溫帶性海藻, 生長(zhǎng)于潮間帶石沼中或巖礁上, 除大連外, 在我國(guó)的福建、臺(tái)灣均有分布, 并在日本和澳大利亞也有分布[3]。海柏具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值, 可作為制造瓊膠的輔助原料, 也可作為飼料[3]。

海柏的生活史由同型的配子體、四分孢子體和果孢子體(囊果)三相世代組成[1]。果孢子從果孢子體(囊果)中的放散是生活史過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。囊果在雌配子體上大量形成并且突出藻體表面, 與在四分孢子體上形成的四分孢子囊相比較容易觀察, 因而大量采集果孢子進(jìn)行孢子體的培養(yǎng)。但是有關(guān)于海柏果孢子放散及附著條件的研究國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。本文在對(duì)海柏外部形態(tài)和果孢子萌發(fā)類型[4]的研究基礎(chǔ)上, 通過(guò)研究溫度、光照強(qiáng)度以及鹽度等環(huán)境因子對(duì)海柏果孢子放散與附著的影響, 旨在了解海柏果孢子放散與附著的適宜條件及其規(guī)律, 為海柏育苗、種質(zhì)保存、人工養(yǎng)殖和資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)所用材料采自大連市星海公園潮間帶的巖石上或石沼中。選取具有成熟囊果的海柏藻體, 將藻體表面的污垢及雜物用軟毛刷輕輕刷除, 用滅菌海水沖洗數(shù)次, 暫養(yǎng)在滅菌海水內(nèi), 藻體的培養(yǎng)溫度控制在 18℃, 光照強(qiáng)度為 80 μmol/(m2·s), 光照周期為12L/12 D。

將已滅菌的玻璃培養(yǎng)缸(18 cm×20 cm)編號(hào), 并在其底部鋪滿已滅菌的載玻片, 且各載玻片不重疊。選取用滅菌海水沖洗干凈的藻體放在載玻片上, 注入滅菌海水, 深度以剛剛沒(méi)過(guò)藻體為宜。將玻璃培養(yǎng)缸放入光溫控制的培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 溫度實(shí)驗(yàn)

分別設(shè)置 5、10、14、18、22、26、30℃ 7個(gè)溫度梯度(每個(gè)梯度設(shè)置 3個(gè)平行樣)。光照強(qiáng)度為80 μmol/(m2·s), 鹽度為 29, 光照周期為 12L/12D。

1.2.2 光照強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)

分別設(shè)置為 50、80、110、140、170 μmol/(m2·s)5個(gè)光照強(qiáng)度梯度(每個(gè)梯度設(shè)置3個(gè)平行樣)。溫度為18℃, 鹽度為29, 光照周期為12L/12D。

1.2.3 鹽度實(shí)驗(yàn)

分別設(shè)置為8、15、22、29、36 5個(gè)鹽度梯度(每個(gè)梯度設(shè)置3個(gè)平行樣)。溫度為18℃, 光照強(qiáng)度為80 μmol/(m2·s), 光照周期為 12L/12D。

1.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)及統(tǒng)計(jì)方法

不同生態(tài)因子的實(shí)驗(yàn)均采用如下檢測(cè)方法: 分別在實(shí)驗(yàn)的第6、12、24、36、48 h從每個(gè)培養(yǎng)缸中隨機(jī)取出一個(gè)載玻片, 放在10×10倍顯微鏡下觀察,每一載玻片隨機(jī)檢測(cè) 10個(gè)視野(視野半徑r＝0.85 mm), 分別記錄觀察到的每視野果孢子的個(gè)數(shù),取三個(gè)平行樣的平均值(平均值記為A), 以減小實(shí)驗(yàn)誤差, 使數(shù)據(jù)更加科學(xué)精準(zhǔn)。果孢子放散量的計(jì)算公式為:果孢子放散量(個(gè)/mm2)=A/3.14×r2。根據(jù)觀察到的每視野果孢子的密度來(lái)判斷果孢子放散附著的狀況。

2 結(jié)果

2.1 溫度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響

圖1所示, 在溫度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響實(shí)驗(yàn)中, 果孢子放散附著量隨時(shí)間延長(zhǎng)而增多,果孢子放散附著量增長(zhǎng)最快的時(shí)期為 12～24 h這一階段, 24 h后增長(zhǎng)緩慢, 36 h后基本保持不變。溫度10～26℃范圍內(nèi), 海柏果孢子均能放散附著, 其中,最適宜海柏果孢子放散附著的溫度為 18℃。在最初的6 h, 放散附著量已經(jīng)高達(dá)15.8個(gè)/mm2, 在6～24 h內(nèi)放散附著量增加近一倍, 達(dá)到最大放散附著量34.9個(gè)/mm2。而 5℃和 30℃時(shí), 由于溫度過(guò)低和過(guò)高, 海柏果孢子的放散附著受到低溫和高溫脅迫,放散附著量極低, 幾乎不放散附著。

2.2 光照強(qiáng)度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響

圖2所示, 在相同的溫度和光周期下, 在 50～80 μmol/(m2·s)范圍內(nèi), 果孢子放散量隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大; 在 80～170 μmol/(m2·s)范圍內(nèi), 果孢子放散量隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小。80 μmol/(m2·s)為適宜光照強(qiáng)度, 果孢子放散附著量最高達(dá)到20.4個(gè)/mm2,明顯高于其他試驗(yàn)組。

圖1 溫度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響Fig.1 Effect of temperature on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

圖2 光照強(qiáng)度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響Fig.2 Effect of irradiance on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

2.3 鹽度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響

在鹽度實(shí)驗(yàn)組中, 鹽度條件在 22～36之間都利于果孢子的放散附著, 且無(wú)明顯差異。而鹽度條件低于22則使果孢子放散附著受到抑制。由圖3可見(jiàn), 鹽度低于 8, 高于 40海柏果孢子受到了鹽脅迫幾乎不放散及附著。

3 討論

圖3 鹽度對(duì)海柏果孢子放散附著的影響Fig.3 Effect of salinity on carpospores releasing and attachment of P. polyideoides

在紅藻果孢子放散附著的過(guò)程中溫度起著決定性因素, 目前許多研究結(jié)果都證實(shí)了這一點(diǎn)。例如:右田清治和陳美琴等的研究都表明, 20℃時(shí)條斑紫菜殼孢子的附著量最大[5-6]。該結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)得出的海柏果孢子放散附著的最佳溫度為 18℃的結(jié)論相近。條斑紫菜(Porphyra yezoens)與海柏(P.polyideoides)均為北太平洋西部特有的暖溫帶性海藻,這也反映出果孢子放散附著所需要的條件與其分布海域的海水溫度有關(guān)。作者有關(guān)亞洲蜈蚣藻的孢子發(fā)育的研究也證實(shí)了最適宜亞洲蜈蚣藻孢子發(fā)育及盤狀體生長(zhǎng)的溫度為 25℃, 因該溫度與海上海藻自然生長(zhǎng)環(huán)境下的溫度最為接近, 使其適應(yīng)性更強(qiáng),從而藻體的孢子發(fā)育表現(xiàn)最佳[7]。此外, 作者的研究結(jié)果表明, 溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)亞洲蜈蚣藻的孢子發(fā)育及盤狀體的生長(zhǎng)都有明顯抑制作用[7]。有關(guān)高溫脅迫機(jī)制的研究以高等植物較多, 大型藻類的較少,武保玕 的實(shí)驗(yàn)證實(shí)高溫會(huì)導(dǎo)致大型藻類的 PSⅡ失活,并且會(huì)使其藻膽蛋白降解[8]。本研究?jī)H初步探討了海柏果孢子受高溫脅迫的影響, 有關(guān)高溫脅迫的機(jī)制還有待于進(jìn)一步探究。

光照強(qiáng)度對(duì)海藻果孢子的放散附著的影響較為顯著, 如: 隅江蘺(Gracilaria cornea)果孢子釋放的理想光強(qiáng)在 10～25 μmol/(m2·s)[9]; 葉江蘺(G.foliifera)果孢子釋放的理想光強(qiáng)在 0～8 μmol/(m2·s)[10], 由于這兩種江蘺均生活在溫帶, 因此其果孢子放散所需的光照強(qiáng)度較弱。根據(jù)宋志民等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知舌狀蜈蚣藻(Grateloupia livida)果孢子的放散最適光強(qiáng)為 120 μmol/(m2·s)[11]。這與舌狀蜈蚣藻的生長(zhǎng)環(huán)境及分布是密切相關(guān)的, 舌狀蜈蚣藻是一種暖溫性藻類,因此較高的光強(qiáng)有利于舌狀蜈蚣藻果孢子的放散及附著。而本研究觀察到海柏果孢子在50～170 μmol/(m2·s)范圍內(nèi)均能完成放散及附著, 其中 80 μmol/(m2·s)為適宜光照強(qiáng)度, 與宋志民等的研究結(jié)果相同。這是由于海柏在4～7月繁盛, 夏季繁殖, 因此果孢子放散及附著適宜的光照強(qiáng)度較大。

有報(bào)道稱, 海洋藻類對(duì)鹽度的耐受程度很大程度上決定了其在潮間帶中的生態(tài)分布[12]。本研究表明, 鹽度對(duì)海柏果孢子放散及附著的影響并不顯著,接近于正常海水的鹽度條件下, 海柏果孢子均能放散附著。但是在鹽度低于8, 高于40的條件下, 果孢子放散附著受到極大的抑制作用。在張文健的研究中, 萱藻(Scytosiphon lomentaria)在較低鹽度(8～24)和較高鹽度條件下(48～56), 孢子活力以及形態(tài)極易受到很大的影響, 進(jìn)而造成一定的傷害, 不利于附著后孢子的萌發(fā)以及幼苗的生長(zhǎng)[13]。他推斷這是由于孢子原生質(zhì)與環(huán)境之間滲透壓的差別造成的。而應(yīng)成琦等通過(guò)對(duì)斜生柵藻(Scenedesmus obliqnus)的研究認(rèn)為藻體在鹽脅迫存在時(shí)其生長(zhǎng)受到抑制的主要原因是由于鹽脅迫使藻體的葉綠素a含量下降[14]。有關(guān)鹽脅迫對(duì)海柏果孢子放散及附著的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。鹽度在 22～36之間都利于果孢子的放散附著, 這與陳利雄等有關(guān)鹽度對(duì)海蘿(Gloiopeltis furcata)孢子附著、萌發(fā)和成活的影響研究所得結(jié)論相一致: 鹽度為 23.5～36.0時(shí)海蘿種藻釋放的孢子能正常附著和萌發(fā)[15]。

本研究初步得出了海柏果孢子放散附著適宜的溫度、光照強(qiáng)度以及鹽度條件。希望本研究結(jié)果能為海柏的人工養(yǎng)殖事業(yè)做出有益的探索, 并提供一些科學(xué)數(shù)據(jù)。

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