不同藻類對蒙古裸腹溞存活和生殖的影響

錢軍　李洪武　楊子蘭

摘要：通過生命表技術觀察以裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻為餌料時蒙古裸腹溞的存活率、生殖率，并分析、探討不同藻類對蒙古裸腹溞生活史特征的影響。結(jié)果表明：蒙古裸腹溞攝食綠色巴夫藻后生存、繁殖良好，攝食塔瑪亞歷山大藻后次之，攝食裸甲藻后對其存活、生殖均有不良影響；投喂不同藻類對蒙古裸腹溞的存活率（lx）、凈生殖率（R0）、平均世代周期（T）、內(nèi)稟增長率（rm）有不同的影響，裸甲藻分別為0、1.50、6.27、0.06，塔瑪亞歷山大藻分別為0、6.90、7.41、0.26，綠色巴夫藻分別為0.05、13.50、10.05、0.259。

關鍵詞：蒙古裸腹溞；內(nèi)稟增長率；塔瑪亞歷山大藻；裸甲藻；綠色巴夫藻

中圖分類號： S917 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）07-0477-04

有毒赤潮產(chǎn)生的毒素使海洋動物生理失調(diào)，并在浮游動物、貝類、魚等海洋生物內(nèi)積累，然后通過食物鏈的傳遞作用使人類食用后中毒死亡，甚至嚴重降低人們對水資源的有效利用率。有毒赤潮帶來的生態(tài)危機是我國迫切需要解決的環(huán)境問題，近年來生物操縱技術成為防治赤潮研究的熱點。經(jīng)典的生物操縱理論最早是1975年由Shapiro等提出的，其主要原理是用植食性大型浮游動物，特別是枝角類控制藻類的過度生長進而降低藻類生物量[1]。

針對有毒藻類對浮游動物的影響，陳艷等發(fā)現(xiàn)微囊藻毒素（mieroeystin，MC）能降低褶皺臂尾輪蟲的生長周期、繁殖和種群增長率，并誘導輪蟲雄性個體的發(fā)生[2]。史文等的研究結(jié)果表明，攝食有毒銅綠微囊藻的大型溞存活率極低，生殖率為0[3]。陳桃英研究發(fā)現(xiàn)，10株不同的塔瑪亞歷山大藻對蒙古裸腹溞表現(xiàn)出不同的毒性效應，與小球藻組相比，其中塔瑪亞歷山大藻（ATHK、ATCI03、AT5-1）、相關塔瑪亞歷山大藻（AC-1，AS-1）對蒙古裸腹溞（Moina mongolina）的存活有極強的毒性[4]。王麗平等研究塔瑪亞歷山大藻毒素對褶皺臂尾輪蟲的毒害作用時發(fā)現(xiàn)，其中只有完整的活藻細胞具毒害作用，且早期生長階段的藻細胞對輪蟲毒害作用更強[5]。然而很多研究都偏向有毒藻類對橈足類、輪蟲、大型溞等的影響，對海洋枝角類的影響研究甚少。蒙古裸腹溞雌體長 1.0～1.4 mm，在0.5%～4%的廣闊鹽幅內(nèi)生長、繁殖都沒有顯著差異[6]，而且容易培養(yǎng)，生長繁殖迅速，同時可以通過孤雌生殖方式獲得大量同齡個體，是一種可以用來研究浮游動物在赤潮中攝食作用的理想模式生物。

本研究通過生命表技術分析蒙古裸腹溞在以裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻這3種藻類為餌料時的種群動態(tài)。其中，所用裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻為赤潮甲藻，裸甲藻是無毒的[7]，而塔瑪亞歷山大藻是有毒的。本研究為探討水體中藻類優(yōu)勢種演替對浮游動物影響，以及為利用蒙古裸腹溞進行水體生物操縱控制藻類過度增長的可能性提供了一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用60頭蒙古裸腹溞是由1頭蒙古裸腹溞母體在恒溫25 ℃下培養(yǎng)獲得子代后，去除母體的子代作為母體繼續(xù)培養(yǎng)，再去除母體，留下子代繼續(xù)陪養(yǎng)，直至獲得60頭生長營養(yǎng)狀況相同的蒙古裸腹溞。試驗中的裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻均來自大連海洋大學，當藻類密度達到10萬個/mL 后開始試驗。

1.2 試驗方法

本試驗設3個試驗組，分別以裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻作為蒙古裸腹溞的餌料，每組10個重復。在30個燒杯中分別加入20 mL培養(yǎng)液，開始試驗后，隨機加入2頭蒙古裸腹溞幼體。每2 d更換1次20 mL培養(yǎng)液，以保證幼溞有充足的餌料，同時統(tǒng)計、記錄死亡的母體數(shù)、新生的幼溞數(shù)。本試驗的持續(xù)時間為29 d（2015年1月4日至2月1日）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)試驗結(jié)果編制生命表[8]，計算攝食不同藻類的蒙古裸腹溞的凈生殖率（R0，%）、平均世代周期（T，d）、內(nèi)稟增長率（rm）：

2 結(jié)果與分析

2.1 以不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的存活情況

分別制作以裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻為餌料培養(yǎng)蒙古裸腹溞29 d的生命表，詳見表1至表3。

根據(jù)以上生命表，可以得到以3種不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的存活曲線。由圖1可知，3種藻為餌料的蒙古裸腹溞的存活曲線各不相同。以綠色巴夫藻為餌料的蒙古裸腹溞能保持正常生命活動；以塔瑪亞歷山大藻、裸甲藻為餌料的蒙古裸腹溞的存活狀況均低于綠色巴夫藻，可能由于塔瑪亞歷山大藻毒素對蒙古裸腹溞具有毒害作用，而且蒙古裸腹溞存活率對毒性效應呈穩(wěn)步下降的趨勢；相對來說，以裸甲藻為餌料投喂的蒙古裸腹溞的存活率最低，試驗5～7 d，其存活曲線變化最大，死亡溞數(shù)最多，11 d時全部死亡；與此同時，投喂其他藻類的蒙古裸腹溞的存活率分別是 30%、65%，說明以裸甲藻為餌料對蒙古裸腹溞有致命性作用。

2.2 以不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的生殖情況

根據(jù)生命表，可以得到以3種不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的生殖曲線（圖2）。由圖2可以看出，3組蒙古裸腹溞孤雌生殖產(chǎn)生后代，最早3 d可產(chǎn)生后代，最晚5 d產(chǎn)生后代。綠色巴夫藻投喂的蒙古裸腹溞一直到試驗21 d都有新生溞體產(chǎn)生。用裸甲藻投喂的蒙古裸腹溞只在5、7 d產(chǎn)生了幼體。裸甲藻投喂組的生殖率在7 d出現(xiàn)了1個高峰，因為5～7 d期間裸甲藻組的溞體死亡最多，導致生殖率升高。在3～11 d，攝食塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻的蒙古裸腹溞的生殖曲線基本相近，說明攝食的塔瑪亞歷山大藻暫未影響到蒙古裸腹溞的生殖；但在11～13 d之間，蒙古裸腹溞母體大量死亡，存活數(shù)下降，生殖率升高。

通過對生命表里數(shù)據(jù)的計算，可以得到以3種不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的凈生殖率（R0）、平均世代周期（T）。由表4可知，裸甲藻組的凈生殖率最低，綠色巴夫藻組的凈生殖率最高，最高、最低凈生殖率之間相差9倍；塔瑪亞歷山大藻組的凈生殖率可以達到裸甲藻組的4.6倍。由此可知，不同藻類對蒙古裸腹溞的生殖量產(chǎn)生不同的影響。不同藻類培養(yǎng)的蒙古裸腹溞其世代周期也不一樣，塔瑪亞歷山大藻組、裸甲藻組的世代周期相近，綠色巴夫藻組的世代周期最長，是其他2組的1倍多。

2.3 以不同藻類為餌料時蒙古裸腹溞的種群增長情況

由表4可知，不同藻類培養(yǎng)的蒙古裸腹溞的內(nèi)稟增長率不同，而內(nèi)稟增長率是理想條件下種群的最大瞬時增長率，表現(xiàn)了種群的擴繁能力，即種群的增長潛力[9]。由表4還可知，3組藻的蒙古裸腹溞種群都有增長，但裸甲藻組的內(nèi)稟增長率明顯最低，僅為0.06，接近0；而塔瑪亞歷山大藻組、綠色巴夫藻組的內(nèi)稟增長率基本一致，為裸甲藻組內(nèi)稟增長率的4倍多。不同藻類對蒙古裸腹溞種群增長率的影響表明，水體中藻類優(yōu)勢種的演替，可能對蒙古裸腹溞的種群產(chǎn)生影響，從而改變其種群的增長。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同藻類對蒙古裸腹溞的生活史特征的影響

本試驗結(jié)果表明，在為期29 d的試驗過程中，蒙古裸腹溞分別以裸甲藻、塔瑪亞歷山大藻、綠色巴夫藻為餌料時的存活率、生殖率都存在差異，其存活率分別為5%（綠色巴夫藻）、0（塔瑪亞歷山大藻）、0（裸甲藻），而凈生殖率分別為13.5%（綠色巴夫藻）、6.9%（塔瑪亞歷山大藻）、1.5%（裸甲藻），種群增長能力分別為0.26（塔瑪亞歷山大藻）、0.259（綠色巴夫藻）、0.06（裸甲藻）。這些結(jié)果表明不同藻類對蒙古裸腹溞種群增長的餌料效應是不同的。

造成上述結(jié)果的原因可能有藻類粒徑、有無細胞壁、有無毒性、有無物理黏附、營養(yǎng)組成等。綠色巴夫藻細胞無細胞壁，大小為6.0 μm×4.8 μm×4.0 μm[10]，非常適合蒙古裸腹溞的濾食；塔瑪亞歷山大藻細胞長為 20～52 μm[10]，雖然較適合蒙古裸腹溞的濾食，但是具有細胞壁，且能釋放毒素，對蒙古裸腹溞產(chǎn)生毒性效應，因此導致其存活率、生殖率有所下降；裸甲藻細胞側(cè)扁，呈圓形或橢圓形，長120 μm[11]，個體較大，還有可能是裸甲藻對蒙古裸腹溞有物理黏附作用，導致裸甲藻不適合蒙古裸腹溞的濾食，從而造成蒙古裸腹溞存活率、生殖率極低。此外，不同藻類的不同營養(yǎng)組成成分可能對蒙古裸腹溞種群有不同的餌料效應。有研究表明，藻類碳磷比對枝角類具有顯著影響[12-13]，本試驗未進行這3種藻類營養(yǎng)成分的進一步分析，因此這3種藻類的營養(yǎng)成分是否會對蒙古裸腹溞種群的餌料效應產(chǎn)生影響須要進行進一步研究。

3.2 裸甲藻對蒙古裸腹溞生活史的影響

有研究發(fā)現(xiàn)，若長時間將哲水蚤置于裸甲藻藻液中，哲水蚤會有很高的死亡率，而且蚤體周圍有裸甲藻黏附的現(xiàn)象[14]，這說明很有可能是裸甲藻同樣黏附在蒙古裸腹溞周圍，使其失去游動能力或無法捕食而大量死亡。究其原因，有學者對Gyrodinium corsicum進行電鏡觀察，認為該藻表面的細絲結(jié)構(gòu)使其容易吸附于浮游動物體表，這種物理接觸導致的毒害作用可能是導致浮游動物繁殖力下降的真正原因[15]。通過顯微鏡觀察，裸甲藻黏附在死亡的蒙古裸腹溞體表周圍，裸甲藻極有可能通過其表面的細絲結(jié)構(gòu)吸附在蒙古裸腹溞表面，在這種捕食條件惡劣的情況下，蒙古裸腹溞進行兩性生殖，而不進行孤雌生殖，生殖率降低，影響裸甲藻的存活、生殖，因此裸甲藻對蒙古裸腹溞的各項生活史特征均有不良影響。

3.3 有毒亞歷山大甲藻對蒙古裸腹溞生活史的影響

塔瑪亞歷山大藻組在3～11 d的生殖曲線與綠色巴夫藻基本一致，但11～13 d蒙古裸腹溞大量死亡。一方面可能是因為浮游動物可以通過捕食后再吐出或使毒素生理代謝失活等方式來躲避藻毒素的傷害[16-17]；另一方面可能是因為塔瑪亞歷山大藻毒素是一種位于細胞壁外層的內(nèi)毒素，內(nèi)毒素在塔瑪亞歷山大藻死亡之前向外分泌得很少，只有在死亡裂解后藻才會釋放，從而危害蒙古裸腹溞，這種毒害作用有一定的延遲效應，Mohamed也有過類似的研究[18]，說明毒素可能從消化道被動物吸收，然后影響生物體；此外，毒素有可能并不會直接對浮游動物的生存產(chǎn)生影響，而是會逐漸在浮游動物體內(nèi)積累，當毒素累積到一定程度后會直接危害浮游動物。

江天久等進一步研究發(fā)現(xiàn)，單一餌料試驗時，當塔瑪亞歷山大藻在一定濃度范圍內(nèi)時，蒙古裸腹溞的攝食率隨藻類濃度的增加而升高，當藻類濃度超過1 390個/mL，蒙古裸腹溞的攝食率隨藻類濃度的增加而降低[19]。在本試驗中，塔瑪亞歷山大藻的濃度遠遠超過1 390個/mL，蒙古裸腹溞的攝食率逐漸下降。由此可見，塔瑪亞歷山大藻對蒙古裸腹溞生活史的影響受到藻毒素、塔瑪亞歷山大藻濃度2個方面因素的影響。

3.4 利用蒙古裸腹溞控制有毒亞歷山大赤潮存在的問題

蒙古裸腹溞攝食塔瑪亞歷山大藻后其內(nèi)稟增長率達到0.26，種群在一定時間內(nèi)得到有效增長，但并不足以表明在野外自然條件下蒙古裸腹溞可以有效控制塔瑪亞歷山大藻赤潮。一方面，有研究表明塔瑪亞歷山大藻的濃度超過一定閾值，蒙古裸腹溞的攝食率與藻類濃度成反比[19]，當赤潮暴發(fā)時，藻類濃度大幅度超過閾值，單一浮游動物的攝食率下降，無法有效降低浮游植物的生物量；另一方面，有毒赤潮藻毒素在蒙古裸腹藻攝食一段時間后影響其生活史。有野外調(diào)查顯示，枝角類長期適應和發(fā)展出對藻毒素的可遺傳的抵抗力。同時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常與有毒赤潮接觸的浮游動物，由于與某一赤潮藻長時間共同生存，協(xié)同進化的結(jié)果可以使浮游動物對藻毒素形成免疫能力或適應能力，除非達到罕見的高濃度，一般不會產(chǎn)生致死效應，并能攝食維持生長[20-22]。因此，蒙古裸腹溞可以不斷適應藻毒素，在赤潮過程中發(fā)揮攝食作用，降低浮游植物生物量?？梢酝ㄟ^逐步增加塔瑪亞歷山大藻濃度，提高蒙古裸腹溞對藻毒素、藻濃度的耐受閾值，從而篩選出耐受性較強的溞體進行培養(yǎng)，培養(yǎng)后的溞體更能有效地進行生物操縱控制赤潮。

研究不同藻類對蒙古裸腹溞存活率、生殖率等生活史特征的影響，可以促進對赤潮暴發(fā)時浮游植物優(yōu)勢種改變、浮游動物優(yōu)勢種或種群結(jié)構(gòu)變化的理解。特別是有毒赤潮的發(fā)生，可以針對浮游動物優(yōu)勢種變化來進一步研究這種優(yōu)勢種在一定程度上是否可以改善水環(huán)境的污染。

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