匍枝馬尾藻有性繁殖和人工育苗的初步研究

邢珊珊，鄒瀟瀟，林 勇，朱 軍，黃惠琴，鮑時翔

( 1. 海南大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，海南 ?？?570228； 2．中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶生物技術(shù)研究所，海南 海口 571101 )

匍枝馬尾藻有性繁殖和人工育苗的初步研究

邢珊珊1,2，鄒瀟瀟2，林 勇2，朱 軍2，黃惠琴2，鮑時翔2

( 1. 海南大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，海南 海口 570228； 2．中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶生物技術(shù)研究所，海南 ?？?571101 )

為研究匍枝馬尾藻有性繁育過程的特點和人工育苗的可行性，通過野外觀察和室內(nèi)培養(yǎng)觀察的方法，對匍枝馬尾藻雌雄生殖托特點、受精卵分化等有性繁育過程、以及假根的形成、幼苗發(fā)育進行了研究，此外還對匍枝馬尾藻的人工育苗進行了初步探索。試驗結(jié)果表明，匍枝馬尾藻的繁殖季節(jié)集中在每年的5—6月份；水溫達到28 ℃時，生殖托出現(xiàn)排精排卵現(xiàn)象；從受精卵發(fā)育到形成具有假根的幼苗約需要48 h；幼苗發(fā)育緩慢，35 d后出現(xiàn)原生葉。人工育苗結(jié)果顯示，幼苗栽培35 d，幼苗株高為2.5～3 mm，密度為6～10株/cm2；海區(qū)栽培60 d后，匍枝馬尾藻幼苗株高可達到7 cm，幼苗密度為2株/cm2。本試驗結(jié)果為匍枝馬尾藻的人工規(guī)模環(huán)境育苗提供了技術(shù)指導(dǎo)。

匍枝馬尾藻；有性繁殖；人工育苗

匍枝馬尾藻(Sargassumpolycystum)屬于褐藻門、墨角藻目、馬尾藻科、馬尾藻屬。藻體黃褐色，高度約60～100 cm，主干具有疣狀凸起，其頂端有數(shù)條匍匐枝，雌雄異株，生于低潮帶和潮下帶的巖石上[1]。匍枝馬尾藻不僅是一種可食用褐藻，還可以作為藥用藻[2]、工業(yè)用藻和生物能源藻[3]。馬尾藻生長快,環(huán)境適應(yīng)能力強，對海洋生態(tài)環(huán)境修復(fù)也具有重要意義[4]。

匍枝馬尾藻廣泛分布于熱帶和亞熱帶國家，如印度尼西亞、泰國、越南以及中國的廣東、海南等地海域[5]。海南島地處熱帶北緣，年平均氣溫22～27 ℃，陽光充足，海域遼闊，擁有豐富的馬尾藻資源，其中匍枝馬尾藻是海南大型海藻的優(yōu)勢種之一。目前工業(yè)用馬尾藻的主要來源是通過采摘野生藻體獲得，但是野生的匍枝馬尾藻生長具有季節(jié)性[6]，限制了對匍枝馬尾藻的研究和應(yīng)用。因此對馬尾藻進行人工培育，對獲得具有穩(wěn)定品質(zhì)和產(chǎn)量的藻體具有重要意義。

馬尾藻中，鼠尾藻(S.thunbergii)、羊棲菜(S.fusiforme)有性繁殖和人工育苗技術(shù)已經(jīng)得到充分研究[7-10]；其他馬尾藻如瓦氏馬尾藻(S.vachellianum)、硇洲馬尾藻(S.naozhouense)、莫氏馬尾藻(S.mucclurei)等有性生殖亦有相關(guān)研究報道[11-13]。匍枝馬尾藻作為亞熱帶大型馬尾藻中的優(yōu)勢種之一[5]，其有性繁育研究報道很少。本文立足于匍枝馬尾藻的有性繁育和個體發(fā)育過程觀察以及育苗技術(shù)的研究，揭示匍枝馬尾藻的生長發(fā)育規(guī)律，不僅可以豐富對馬尾藻種群有性繁育特征的認識，還能對以后的匍枝馬尾藻規(guī)?；斯ゐB(yǎng)殖提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

于2015年5月中旬在海南省瓊中市青葛村海區(qū)，采集自然生長情況下能夠區(qū)分出雌雄生殖托的匍枝馬尾藻成熟藻體并帶回實驗室，利用顯微鏡檢查生殖托的成熟情況。

1.2 方法

1.2.1 匍枝馬尾藻性成熟特征和有性繁育過程觀察

采用連續(xù)變倍體視顯微鏡(OLYMPUS SZX12)和數(shù)碼拍照的方法，觀察并記錄雌雄生殖托形態(tài)和大小等特征，以及受精卵分化、假根形成，幼苗生長等過程的特點。

1.2.2 匍枝馬尾藻人工育苗

挑選性成熟的匍枝馬尾藻，先用過濾的海水沖洗一遍，然后對藻種進行2 h陰干處理，刺激配子體集中放散。采苗主要有兩種方式：(1)直接采苗法：將處理好的附苗器(布簾，2 m×0.4 m)平鋪在育苗池底，然后將清洗干凈的種藻均勻撒于附苗器上，讓受精卵自然脫落附著到附苗器上；(2)幼苗噴撒法：收集受精卵，均勻噴撒到附苗器上，讓幼苗附著于附苗器上[16]。育苗池中采取通氣的方式，對幼苗進行流水培養(yǎng)，水溫27～29 ℃，期間對苗簾進行定期沖刷，對幼苗生長進行觀察并計算附苗密度。

1.2.3 幼苗的海區(qū)栽培

將幼苗株高約3 mm且長勢良好的苗簾，從育苗池轉(zhuǎn)移到浙江洞頭馬尾藻栽培海區(qū)進行掛養(yǎng)育苗，并定期對苗簾進行洗刷，以清除雜藻、污泥等附著物。

2 結(jié)果與分析

2.1 有性生殖過程觀察

匍枝馬尾藻屬于亞熱帶海藻，其生殖季節(jié)主要集中在5—6月。當(dāng)海水溫度升至25～28 ℃時，匍枝馬尾藻進入生殖生長。本試驗對匍枝馬尾藻觀察發(fā)現(xiàn)，匍枝馬尾藻的主干上生出7～9個初生分枝，每個初生分枝上生有32～40個次生分枝，每個次生分枝又長出約10～23個生殖枝，每個生殖枝上的生殖托數(shù)量為3～5個。匍枝馬尾藻為雌、雄異株(圖1a)；通常雌托扁壓狀，常分叉，頂端有鋸齒，株高為5～10 mm，雄托圓柱形，一到兩次分叉，株高為8～20 mm(圖1b)。成熟的精子和卵子通過生殖窩孔排到體外，卵細胞(直徑約100 μm)(圖1c)通常黏附于生殖托上等待受精，受精后脫離或直接在生殖托上發(fā)育形成幼苗(圖1d)。

圖1 匍枝馬尾藻的生殖枝、生殖托和掛卵的雌生殖托a：成熟期雌雄匍枝馬尾藻藻體(左為雌性藻體，右為雄性藻體)；b：雌雄生殖托(左為雌生殖托，右為雄生殖托)；c：雌性生殖托排卵現(xiàn)象；d：雌性生殖托掛卵現(xiàn)象.

觀察發(fā)現(xiàn)，在室溫條件下培養(yǎng)16～18 h后，卵子從生殖窩排出掛于生殖托上等待受精。完成受精后，大約5 h細胞開始分裂，每2～4 h分裂一次，從二分裂、四分裂到形成手雷狀的囊胚細胞需要24 h。手雷狀囊胚細胞一端較寬，一端較窄且尖，較窄的一端產(chǎn)生短的透明假根小突起，假根小突起生長迅速，約24 h假根的長度可以超過幼苗的長度(圖2g)，之后假根的數(shù)量和長度不斷增加，形成胚苗。隨著培養(yǎng)時間的延續(xù)，幼苗顏色先由黃褐色變成深褐色，然后幼苗長度開始增加，培養(yǎng)1周后，幼苗的株高約200 μm。

圖2 匍枝馬尾藻早期發(fā)育的觀察a～d，受精卵化過程，受精卵需要24 h通過多次分裂形成梨形的胚苗；e～g，假根萌發(fā)和形成過程，24 h后假根具體較強附著能力；h，幼苗.

2.2 幼苗的生長

將收集的受精卵均勻播散到布簾上。幼苗附著1 d后，對苗簾幼苗的密度進行統(tǒng)計，平均密度為35株/cm2。從受精卵發(fā)育到形成梨形幼苗需3～7 d，幼苗細胞分裂，變長變粗，生長緩慢(圖3a,b)。培養(yǎng)15 d后發(fā)現(xiàn)在幼苗距離假根較近的部位細胞出現(xiàn)分化(圖3c)；培養(yǎng)20 d后，幼苗分化成第二個短圓柱狀分枝(圖3d)；培養(yǎng)30 d后，幼苗形成3個圓柱狀分枝并且長度伸長到2～4 mm，幼苗附著能力增強(圖3e)；培養(yǎng)到65 d，幼苗出現(xiàn)6～8個原生葉片，葉片邊緣出現(xiàn)鋸齒狀，幼苗長度約2 cm，幼苗平均密度為2株/cm2。實驗室條件繼續(xù)培養(yǎng)觀察發(fā)現(xiàn)藻體幾乎停滯生長(圖3f)。

圖3 匍枝馬尾藻幼苗的發(fā)育過程a：培養(yǎng)2 d的幼苗；b：培養(yǎng)7 d的幼苗；c：培養(yǎng)15 d幼苗；d：培養(yǎng)20 d幼苗；e：培養(yǎng)30 d的幼苗；f：培養(yǎng)65 d的幼苗.

2.3 匍枝馬尾藻的人工育苗

在2015年5月下旬對性成熟的匍枝馬尾藻進行了兩種方式的人工育苗。結(jié)果見表1。由圖1可見，直接采苗法采集到的幼苗培養(yǎng)35 d后苗體株高、出苗密度均比幼苗噴撒采集的苗體株高和出苗密度要高；且每張苗簾的苗量比幼苗噴撒法苗量高了66%。

表1 匍枝馬尾藻育苗試驗結(jié)果

2.4 匍枝馬尾藻海區(qū)栽培

在育苗池培養(yǎng)35 d后，幼苗株高達到2～3 mm,幼苗附著力較強?？者\到浙江洞頭馬尾藻栽培基地進行掛養(yǎng)，定期對苗簾進行清洗。在海區(qū)掛養(yǎng)2個月觀察發(fā)現(xiàn)，幼苗藻體褐色，生長健壯，株高到達7 cm；開始出現(xiàn)匍匐狀主干，主干上生出疣狀凸起；匍枝馬尾藻幼苗的密度為2株/cm2。

3 討 論

3.1 匍枝馬尾藻生殖季節(jié)和有性繁殖過程

馬尾藻不同種屬的生殖季節(jié)對溫度要求有一定的差異性[14]。王久飛等[15]研究發(fā)現(xiàn)青島海區(qū)的鼠尾藻在溫度18～23 ℃時出現(xiàn)生殖高峰，水溫高于24 ℃部分排卵排精后的生殖托開始衰敗腐爛；無肋馬尾藻(S.fulvellum)的生殖季節(jié)集中于溫度為10 ℃的3—4月份[17]；硇洲馬尾藻的生殖季節(jié)集中在4月中旬至5月上旬，水溫為26 ℃[18]。 本試驗中發(fā)現(xiàn)，匍枝馬尾藻的生殖季節(jié)出現(xiàn)在5—6月，水溫27～29 ℃，生殖托大量排放卵子和精子完成受精和孢子發(fā)育。但水溫高于29 ℃，匍枝馬尾藻的生殖托開始腐爛。這種現(xiàn)象可能是因為匍枝馬尾藻屬于亞熱帶海藻，藻體成熟溫度略高于其他馬尾藻。但是溫度過高藻體自溶，這是在馬尾藻屬中普遍存在的生理性現(xiàn)象[19]，此發(fā)生機理還需進一步深入研究。

通過有性繁育進行人工育苗，在一些馬尾藻種類中技術(shù)已經(jīng)非常成熟[18]。研究發(fā)現(xiàn)，不同馬尾藻屬物種間在生活周期、生殖特性和人工培養(yǎng)方面有很多的相似性[20]。在本試驗中，匍枝馬尾藻的受精卵分化和幼苗發(fā)育過程和鼠尾藻、羊棲菜、莫氏馬尾藻等馬尾藻種的發(fā)育過程也表現(xiàn)類似。受精卵分裂開始就產(chǎn)生極性，當(dāng)細胞分裂形成囊胚期細胞，能明顯看到幼苗一端有假根形成。當(dāng)假根形成具有附著能力之后，幼苗才開始生長。在室內(nèi)培養(yǎng)的幼苗在形態(tài)上和其他馬尾藻差異不大。

3.2 匍枝馬尾藻人工育苗和海區(qū)栽培

規(guī)?；B(yǎng)殖馬尾藻的前提是能夠有效培育出足夠數(shù)量和品質(zhì)的馬尾藻種苗[21]。羊棲菜和鼠尾藻的人工育苗技術(shù)已相對成熟，本研究采用類似的育苗技術(shù)對匍枝馬尾藻進行人工育苗，匍枝馬尾藻幼苗的平均附苗密度為2～3株/cm2，考慮匍枝馬尾藻匍匐枝生長的特點，當(dāng)前幼苗密度已經(jīng)可以滿足育苗需求。對于試驗中幼苗噴撒法，出苗率和幼苗生長狀態(tài)不佳等問題，下一步研究應(yīng)該進一步重點關(guān)注匍枝馬尾藻種藻采集的方式和時間，以提高幼苗的品質(zhì)。海南夏季海水溫度高達30～31 ℃，不利于幼苗發(fā)育。本試驗將匍枝馬尾藻幼苗轉(zhuǎn)移到浙江洞頭進行栽培，水溫控制在26 ℃左右，海區(qū)掛養(yǎng)60 d后，匍枝馬尾藻幼苗已經(jīng)分化出具有疣狀凸起的主干，下一步將在海南探索幼苗發(fā)育的適宜溫度條件。

本試驗通過對匍枝馬尾藻有性繁殖過程和人工育苗的初步研究，揭示了匍枝馬尾藻受精卵早期發(fā)育和幼苗生長過程；此外，通過對人工育苗的探索，培育出了生長狀況良好的匍枝馬尾藻幼苗，說明對匍枝馬尾藻進行人工育苗具有可行性。但是，如何確定出適合的采苗時間，以提高幼苗品質(zhì)和幼苗成活率等有待進一步研究。

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SexualReproductionandArtificialBreedingofBrownAlgaSargassumpolycystum

XING Shanshan1,2, ZOU Xiaoxiao2, LIN Yong2, ZHU Jun2, HUANG Huiqin2, BAO Shixiang2

( 1． College of Agriculture, Hainan University, Haikou 570228, China; 2． Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China )

In order to study the characteristics of sexual reproduction process and explore the feasibility of artificial seedling of brown algaSargassumpolycystum, a systematical observation was conducted through the method of field observation and indoor-culture observation including characteristics of male and female receptacles, differentiation of the fertilized egg, rhizoid formation, growth of the young seedling. In addition, the artificial seedling experiments were carried out in the laboratory. The results showed that the reproduction was found around May and June annually at temperature of 28 ℃, and that eggs and sperms were release from receptacles. It took 48 hours for the fertilized eggs to develope into young seedling with rhizoid; after 35 days, the protophyll were formed. The artificial breeding indicated that the brown alga had body length of 2.5—3 mm, and the average seedling density of 2—3 per cm2; after 60 days cultivation, the length of the brown alga reached to 7 cm, with average seedling density of 2 per cm2.The findings laid the technical guidance to artificial seedling ofS.polycystum.

Sargassumpolycystum; sexual reproduction; artificial breeding

S968.4

A

1003-1111(2016)04-0376-05

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.04.011

2015-12-14；

2016-02-29.

國家海洋公益性行業(yè)科研專項(2014050402)；國家海洋經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域示范項目(12PYY001SF08-ZGRKY-1)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項(ITBB2015RC07、1630052015038)；海南省科技興海專項(XH201408).

邢珊珊(1988—)，女，碩士研究生；研究方向：馬尾藻生長和有性繁育.E-mail:XSS306908@163.com.通訊作者：鮑時翔(1966—)，男，研究員；研究方向：海洋生物技術(shù).E-mail:bsxitbb@163.com.