氧含量及附著面積對(duì)海洋底棲硅藻生長(zhǎng)和胞外多聚物的影響

陳 琪,武福源,鄭紀(jì)勇*1，,楊靖亞,藺存國(guó)1,

(1. 海洋腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266101；2. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所,河南 洛陽(yáng) 371000；3. 上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院,上海 201306)

氧含量及附著面積對(duì)海洋底棲硅藻生長(zhǎng)和胞外多聚物的影響

陳 琪1,3,武福源2,鄭紀(jì)勇*1，2,楊靖亞3,藺存國(guó)1,2

(1. 海洋腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266101；2. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所,河南 洛陽(yáng) 371000；3. 上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院,上海 201306)

胞外多聚物(extracellular polymeric substance, EPS)是海洋底棲硅藻在水下表面附著時(shí)分泌的物質(zhì),環(huán)境因素對(duì)胞外多聚物的組成和分泌行為有直接影響,本文重點(diǎn)探討了氧含量和附著面積對(duì)胞外多聚物的影響。采用熱溶劑浸提法提取硅藻胞外多聚物,利用苯酚-硫酸法定量其中的多糖成分,利用考馬斯亮藍(lán)G-250法定量蛋白質(zhì)成分,通過血球計(jì)數(shù)板法和紫外分光光度法計(jì)算細(xì)胞數(shù)量。結(jié)果表明,在氧含量高、可附著面積大的條件下,硅藻的生長(zhǎng)繁殖速率快,且單個(gè)細(xì)胞的胞外多聚物分泌量大。氧含量對(duì)胞外多聚物主要成分中的水溶性多糖含量影響大,而對(duì)其余成分含量影響小?？筛街娣e對(duì)硅藻附著和生長(zhǎng)的影響比氧含量影響小。

海洋底棲硅藻；氧含量；附著面積；胞外多聚物

0 引言

海洋底棲硅藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的一類微生物,在海洋初級(jí)生產(chǎn)者中,其貢獻(xiàn)超過45%[1],在全球范圍的硅循環(huán)、碳循環(huán)中發(fā)揮了重要作用[2]。然而,對(duì)于人類海洋工程設(shè)施而言,海洋底棲硅藻是一種典型的污損生物[3],作為海洋微觀污損生物膜的主要組分,是引起后續(xù)宏觀生物污損的重要奠基者[4]。防除底棲硅藻在人工設(shè)施表面的附著,有助于遏止生物污損的快速發(fā)展。通過考察外界因素對(duì)硅藻胞外多聚物(extracellular polymeric substance, EPS)的組成和分泌變化影響,可了解硅藻粘附的物質(zhì)基礎(chǔ)和粘附機(jī)理,有助于針對(duì)性地尋找抑制硅藻附著的方法。

外界環(huán)境因素對(duì)海洋底棲硅藻的附著和生長(zhǎng)有很大影響[5-6]。目前對(duì)環(huán)境因素的研究主要集中在光照、溫度、鹽度、pH值等因子,對(duì)氮、磷、鐵、硅等營(yíng)養(yǎng)元素的研究也較多[7],而且研究大多以尋找硅藻擴(kuò)增培養(yǎng)的最佳條件為目的,而以防除硅藻附著為目的的研究相對(duì)較少。雖然海洋人工設(shè)施所處的環(huán)境因素很多,如光照、溫度、鹽度等,不同海域和水深的環(huán)境條件存在差異,這些均會(huì)影響硅藻附著生長(zhǎng),但大多環(huán)境因素(如溫度、鹽度、光照、營(yíng)養(yǎng)元素等)不會(huì)因固體設(shè)施的表面防護(hù)措施而發(fā)生改變,因此對(duì)于防除硅藻附著而言,眾多的環(huán)境因素研究并沒有可參考意義。而有些因素可通過防護(hù)涂層來實(shí)現(xiàn)局部控制,如微膜層中的氧含量及涂層表面積等。

海洋底棲硅藻依靠胞外多聚物進(jìn)行附著和滑行,實(shí)現(xiàn)底棲生長(zhǎng)[8]。通過對(duì)胞外多聚物進(jìn)行定量研究,可更深入地分辨出影響硅藻附著的主要因素。本文從硅藻胞外多聚物中多糖和蛋白質(zhì)定量分析的角度,探討影響硅藻附著生長(zhǎng)的環(huán)境因素,重點(diǎn)研究海水中氧含量和附著面積對(duì)硅藻胞外多聚物分泌的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)所用海洋底棲硅藻為小型舟形藻Naviculaparva,各類水體均有分布。實(shí)驗(yàn)樣品取自山東省青島市太平角海域(36°03′N,120°21′E),由海洋腐蝕與防護(hù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所)取種、分離、純化和培育。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 海洋底棲硅藻的培養(yǎng)

向滅菌后的15 mL試管中加入細(xì)胞濃度為1.14×105cells/mL的小型舟形藻懸浮液5 mL,再加入滅菌后的f/2營(yíng)養(yǎng)液5 mL。按照?qǐng)D1所示的實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)硅藻：SK組試管豎直放置,紗布封口；SF組試管豎直放置,充氮?dú)? min后,橡膠塞封口；XK組試管傾斜45°放置,紗布封口；XF組試管傾斜45°放置,充氮?dú)? min后,橡膠塞封口。注意斜放時(shí)試管向下的位置始終不變。恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)14 d,溫度為25 ℃,光照強(qiáng)度為3 000 lx。每組實(shí)驗(yàn)均培養(yǎng)12支試管,每4支試管培養(yǎng)的硅藻作為1次實(shí)驗(yàn)用,即每組實(shí)驗(yàn)3次平行。(注意：紗布組和橡膠塞組主要體現(xiàn)硅藻生長(zhǎng)過程中氧含量的不同,豎直放置組和傾斜放置組主要體現(xiàn)硅藻生長(zhǎng)過程中附著面積的不同)。

圖1 硅藻附著生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)組示意圖Fig.1 Sketch map of the experimental groups for diatom attachment

1.2.2 硅藻的觀察

硅藻在培養(yǎng)14 d的過程中,每天用數(shù)碼相機(jī)對(duì)4組實(shí)驗(yàn)的硅藻進(jìn)行觀察拍照,記錄硅藻在試管中的生長(zhǎng)外觀。

1.2.3 硅藻胞外多聚物的提取

海洋底棲硅藻EPS的提取采用WUSTMAN et al[9]和王大志 等[10]文獻(xiàn)中的熱溶劑浸提方法。硅藻培養(yǎng)14 d后,將上層培養(yǎng)液倒掉,并用少量滅菌海水洗滌附著于管底及管壁的藻體3次。用毛刷將藻體刷出,每組實(shí)驗(yàn)的藻體收集至50 mL離心管中,加入15 mL滅菌蒸餾水,緩慢搖動(dòng)離心管使藻體分散,取2.5 mL用于硅藻細(xì)胞數(shù)量的測(cè)定(見1.2.4測(cè)定方法),然后離心10 min(12 000 r/min),棄上清液,沉淀用滅菌蒸餾水沖洗,離心。沉淀中加入90%的酒精10 mL,提取10 min,離心,重復(fù)3次,再用滅菌蒸餾水沖洗3次,離心。離心后的固體沉淀懸浮于15 mL滅菌蒸餾水,加熱至90 ℃,提取1 h,離心,取上清液,即為硅藻EPS的水溶性組分(Mw)；再將離心得到的沉淀懸浮于15 mL 0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液,加熱至95 ℃,提取5 h,離心,取上清液,即為硅藻EPS的水不溶性組分(Mwi)。將Mw和Mwi兩種組分分別放在蒸餾水中透析24 h,每隔6 h換一次蒸餾水。量取透析后提取液體積(V1),并將其收集至離心管中。

1.2.4 硅藻細(xì)胞數(shù)量的測(cè)定

(1)顯微計(jì)數(shù)法：取1.2.3中所取的2.5 mL硅藻懸浮液0.5 mL,用滅菌蒸餾水稀釋5倍,取稀釋液在光學(xué)顯微鏡下,于20倍物鏡視野下,用血球計(jì)數(shù)板的方法記錄硅藻細(xì)胞數(shù)量,計(jì)算出每組實(shí)驗(yàn)用硅藻細(xì)胞總數(shù)(N)。硅藻細(xì)胞的計(jì)數(shù)結(jié)果取3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)的平均值。

(2)紫外分光光度測(cè)試法：取1.2.3中所取的2.5 mL硅藻懸浮液2 mL于比色皿中,在紫外分光光度計(jì)中進(jìn)行測(cè)試,以蒸餾水為空白對(duì)照組,掃描波長(zhǎng)為300～800 nm,記錄紫外掃描曲線。

1.2.5 海洋底棲硅藻胞外多聚物成分的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)糖類作出葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線：Ys=0.042 2Xs,R2=0.992 8(Ys：待測(cè)液中葡萄糖吸光度值,Xs：待測(cè)液中葡萄糖質(zhì)量濃度,μg/mL)；以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)作出蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線：Yp=0.047 2Xp,R2=0.995 8(Yp：待測(cè)液中牛血清蛋白吸光度值,Xp：待測(cè)液中牛血清蛋白質(zhì)量濃度,μg/mL)。

多糖的測(cè)定采用苯酚-硫酸法[11-12],可見光吸收光譜測(cè)試范圍為400～600 nm波長(zhǎng),取波長(zhǎng)485 nm的吸光度值(As)進(jìn)行計(jì)算,每個(gè)樣品測(cè)量3次吸光度值,求平均值。根據(jù)吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合公式,單個(gè)細(xì)胞胞外多聚物各組分中的多糖含量計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Gs為單個(gè)細(xì)胞胞外多聚物組分中的多糖含量,μg/cell；As為485 nm處多糖的吸光度值；V1為透析后總體積,mL；V2s為紫外測(cè)量所用透析液的體積,mL,本實(shí)驗(yàn)為2 mL；V3s為顯色后混合液總體積,mL,本實(shí)驗(yàn)為8 mL；N為實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞總數(shù)目,cells。

蛋白質(zhì)的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13-14],可見光吸收光譜測(cè)試范圍為500～800 nm波長(zhǎng),取波長(zhǎng)595 nm的吸光度值(Ap)進(jìn)行計(jì)算,每個(gè)樣品測(cè)量3次吸光度值,求平均值。根據(jù)吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合公式,單個(gè)細(xì)胞胞外多聚物各組分中的蛋白質(zhì)含量計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Gp為單個(gè)細(xì)胞胞外多聚物組分中的蛋白質(zhì)含量,μg/cell；Ap為595 nm處蛋白質(zhì)的吸光度值；V1為透析后總體積,mL；V2p為紫外測(cè)量所用透析液的體積,mL,本實(shí)驗(yàn)為1 mL；V3p為顯色后混合液總體積,mL,本實(shí)驗(yàn)為6 mL；N為實(shí)驗(yàn)用細(xì)胞總數(shù)目,cells。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)分析方法

各實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),定量數(shù)據(jù)為3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值,并計(jì)算方差。使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析,當(dāng)P<0.05時(shí)為顯著差異,當(dāng)P<0.01時(shí)為極顯著差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 硅藻的附著生長(zhǎng)狀況

4組實(shí)驗(yàn)組的小型舟形藻在相同溫度和光照條件下培養(yǎng)14 d,經(jīng)過連續(xù)觀察拍照,得到小型舟形藻生長(zhǎng)圖片,如圖2～圖5所示。

圖2 SK組小型舟形藻生長(zhǎng)圖Fig.2 The growth picture of Navicula parva for SK group

圖5 XF組小型舟形藻生長(zhǎng)圖Fig.5 The growth picture of Navicula parva for XF group

由圖2～圖5可以看出,1～2 d有硅藻生長(zhǎng)附著的位置,試管顏色較淺,說明該時(shí)間段內(nèi)細(xì)胞生長(zhǎng)速率較緩慢,細(xì)胞數(shù)目較少；3～7 d,試管顏色隨培養(yǎng)時(shí)間的增加明顯變暗,說明硅藻細(xì)胞生長(zhǎng)速率較大,細(xì)胞數(shù)目較多；7 d后,試管顏色基本保持不變,細(xì)胞數(shù)目達(dá)到穩(wěn)定。海洋底棲硅藻在1～2 d屬于生長(zhǎng)繁殖的對(duì)數(shù)期,3～7 d屬于生長(zhǎng)繁殖過程中的指數(shù)生長(zhǎng)期,7 d后屬于生長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)期。

同時(shí)可以發(fā)現(xiàn),同一時(shí)間點(diǎn),SK組硅藻生長(zhǎng)的位置試管顏色比SF組試管顏色深,XK組試管顏色比XF實(shí)驗(yàn)組顏色深。說明開口培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組(SK和XK)細(xì)胞生長(zhǎng)速率高于閉口培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組(SF和XF),因此生長(zhǎng)繁殖的細(xì)胞數(shù)目較多。由此可見,雖然海洋底棲硅藻可以通過光合作用產(chǎn)生氧氣,但環(huán)境中含氧量的高低對(duì)硅藻細(xì)胞的生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)數(shù)量仍然有影響,氧含量小可降低硅藻細(xì)胞的分裂增殖速度。

另一方面,豎直放置組(SK和SF)的硅藻主要集中在試管底部,試管底部以上的表面很少有硅藻生長(zhǎng)附著,而傾斜放置組(XK和XF)的硅藻不僅在試管底部生長(zhǎng),在向下的管壁也有生長(zhǎng),并且從試管底部向上,顏色逐漸變淺。由于底棲硅藻自身不能在水中自主游動(dòng)[15-16],只能被動(dòng)趨近并降落在基底的表面上[17-18],豎直放置組的硅藻只能降落到試管底部,由于不存在水平作用力,硅藻難以到達(dá)豎直的試管壁；而傾斜放置組的硅藻則可以降落到管壁形成的斜面,細(xì)胞得到更多的降落空間,而且只要降落到管壁上即可附著生長(zhǎng),而不必完全滑落到試管底部。該實(shí)驗(yàn)證明,硅藻由浮游狀態(tài)到附著狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程屬于完全被動(dòng)狀態(tài),在靜態(tài)海水中為自由落體運(yùn)動(dòng),而在實(shí)海狀態(tài)則隨波運(yùn)動(dòng),當(dāng)接觸到固體表面時(shí)才會(huì)附著。

2.2 氧含量和附著面積對(duì)硅藻生長(zhǎng)繁殖數(shù)量的影響

本文采用兩種計(jì)數(shù)方式記錄硅藻生長(zhǎng)數(shù)量。其中顯微計(jì)數(shù)是利用血球計(jì)數(shù)板在顯微鏡下直接計(jì)數(shù)。通過對(duì)培養(yǎng)14 d的小型舟形藻懸浮液進(jìn)行顯微觀察計(jì)數(shù),計(jì)算得到硅藻細(xì)胞濃度,見圖6。

圖6 4組實(shí)驗(yàn)14 d后的硅藻細(xì)胞濃度Fig.6 The cell concentration of diatoms after 14 d from four experimental groups

紫外分光光度法是利用可見光、紫外線照射某些物質(zhì),基于物質(zhì)對(duì)光選擇性吸收的特性進(jìn)行的定量分析。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)培養(yǎng)14 d后的硅藻懸浮液在300～800 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行紫外測(cè)量,獲得吸光度曲線,用吸光度值大小來表征4組實(shí)驗(yàn)的硅藻細(xì)胞生長(zhǎng)數(shù)目,見圖7。

從圖6和圖7可見,兩種定量方法的結(jié)果一致。開口實(shí)驗(yàn)組硅藻細(xì)胞濃度和吸光度值均大于閉口實(shí)驗(yàn)組,可見氧含量高的實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞生長(zhǎng)速率大于氧含量低的實(shí)驗(yàn)組,表明海洋底棲硅藻在生長(zhǎng)繁殖的過程中,環(huán)境中氧含量減少對(duì)硅藻生長(zhǎng)繁殖有抑制作用,氧含量高的環(huán)境中硅藻生命活動(dòng)旺盛,生長(zhǎng)繁殖速率較快。

圖7 4組實(shí)驗(yàn)14 d后硅藻紫外可見吸光度曲線Fig.7 The UV scanning curve of diatoms after 14 d from four experimental groups

從傾斜放置實(shí)驗(yàn)組與豎直放置實(shí)驗(yàn)組的對(duì)比來看,傾斜放置實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞濃度和吸光度值均大于豎直放置實(shí)驗(yàn)組,可見生長(zhǎng)附著空間大的實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞生長(zhǎng)速率大于生長(zhǎng)附著空間小的實(shí)驗(yàn)組。由于海洋底棲硅藻生長(zhǎng)附著過程中,通過自由落體運(yùn)動(dòng)到達(dá)附著區(qū)域,面積越大,可容納細(xì)胞生長(zhǎng)的數(shù)目越多,更多的“居住空間”更有利于硅藻分裂繁殖,因而在同樣光照和溫度培養(yǎng)條件下,最終的硅藻數(shù)量更多。同時(shí),硅藻附著生長(zhǎng)過程中,存在沿表面的滑行運(yùn)動(dòng),以到達(dá)更適宜的生長(zhǎng)區(qū)域,因此,附著基底面積越大,硅藻可選擇的生長(zhǎng)空間越大,細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖越快,導(dǎo)致最終的細(xì)胞數(shù)量越多。

同時(shí),雖然海水中氧含量的高低和硅藻附著基底面積的大小均對(duì)硅藻附著生長(zhǎng)有影響,但兩種影響因素對(duì)比發(fā)現(xiàn),氧含量的影響作用遠(yuǎn)大于附著面積的影響作用,差異較顯著(P<0.01)。

2.3 氧含量和附著面積對(duì)硅藻胞外多聚物中多糖和蛋白質(zhì)的影響

對(duì)4組實(shí)驗(yàn)14 d后小型舟形藻EPS提取液Mw和Mwi兩組分中的多糖和蛋白質(zhì)進(jìn)行光譜測(cè)量。根據(jù)1.2.5中的計(jì)算公式,利用標(biāo)準(zhǔn)曲線、吸光度值計(jì)算得到4組實(shí)驗(yàn)硅藻EPS中多糖和蛋白質(zhì)的含量,見圖8和圖9。

由圖8和圖9可以看出,4組實(shí)驗(yàn)單個(gè)硅藻細(xì)胞胞外多聚物中的多糖和蛋白質(zhì)兩種物質(zhì)的含量各不相同。豎直放置實(shí)驗(yàn)組的多糖和蛋白質(zhì)的含量均低于傾斜放置實(shí)驗(yàn)組。由于硅藻是以自身分泌的胞外多聚物為介質(zhì),在材料表面上爬行。因此,硅藻附著生長(zhǎng)面積越大,單個(gè)硅藻細(xì)胞爬行活動(dòng)范圍相對(duì)越大,導(dǎo)致單個(gè)細(xì)胞分泌的胞外多聚物越多,相應(yīng)的單個(gè)細(xì)胞分泌的多聚物中多糖和蛋白質(zhì)成分的含量比在附著面積小的環(huán)境中生長(zhǎng)的硅藻胞外多聚物分泌的量高。

圖8 4組實(shí)驗(yàn)硅藻胞外多聚物中多糖含量Fig.8 The contents of polysaccharide in EPS from four experimental groups

圖9 4組實(shí)驗(yàn)硅藻胞外多聚物中蛋白質(zhì)含量Fig.9 The contents of protein in EPS from four experimental groups

開口實(shí)驗(yàn)組單個(gè)細(xì)胞分泌的胞外多聚物中多糖和蛋白質(zhì)含量均高于閉口實(shí)驗(yàn)組,這說明硅藻附著生長(zhǎng)周圍環(huán)境中的氧含量越高,硅藻生命代謝活動(dòng)越旺盛,單個(gè)硅藻細(xì)胞分泌的胞外多聚物就越多,相應(yīng)的單個(gè)細(xì)胞分泌的多聚物中的多糖和蛋白質(zhì)含量比在氧含量低的環(huán)境中生長(zhǎng)的硅藻胞外多聚物分泌的量高。

硅藻胞外多聚物中的多糖成分是硅藻胞外附著粘性物質(zhì),具有高附著力和長(zhǎng)作用距離的特點(diǎn)[19-21]。由圖8可知,硅藻胞外多聚物中水溶性多糖含量高于水不溶性多糖含量。硅藻胞外多聚物中的蛋白質(zhì)成分與多糖成分聚合形成蛋白聚糖聚合物,可以使附著粘性物質(zhì)的粘性更強(qiáng)[22]。由圖9可以看出,硅藻胞外多聚物中水溶性蛋白質(zhì)含量高于水不溶性蛋白質(zhì)含量。

總之,硅藻在附著生長(zhǎng)的過程中,4組實(shí)驗(yàn)硅藻胞外多聚物成分以水溶性組分作用為主,多聚物中多糖含量高于蛋白質(zhì)。在氧含量高、附著面積大的環(huán)境中生長(zhǎng)的硅藻,胞外多聚物的分泌量較多。

2.4 氧含量和附著面積對(duì)硅藻胞外多聚物組成成分影響的綜合對(duì)比

硅藻胞外多聚物的水溶性和水不溶性部分皆以多糖類為主,達(dá)總量的70%以上,蛋白質(zhì)含量次之,不含脂類物質(zhì)[9],本實(shí)驗(yàn)通過光譜定量測(cè)試,得到了硅藻胞外多聚物的各組分含量,其中水溶性多糖和蛋白質(zhì),水不溶性多糖和蛋白質(zhì)作為整體計(jì)算,各組分所占百分含量見圖10。

圖10 4組實(shí)驗(yàn)硅藻胞外多聚物不同組分百分含量Fig.10 The percentage of different compositions in EPS from four experimental groups

由圖10可以看出,4組實(shí)驗(yàn)硅藻胞外多聚物均以水溶性組分為主,占整個(gè)多聚物組分的66%以上,多聚物中的主要化學(xué)成分為多糖類,占多聚物組分的75%以上,而蛋白質(zhì)含量在胞外多聚物組分中所占比例較少。可見氧含量和附著面積這兩個(gè)因素的改變,并沒有影響胞外多聚物成分的組成。

4組實(shí)驗(yàn)條件下,硅藻胞外多聚物中水溶性多糖所占比例的變化差異顯著(P<0.05),開口組達(dá)到56%,閉口組為53%,可見氧含量對(duì)硅藻胞外多聚物中水溶性多糖成分有較大影響。而其它成分的百分比無明顯差異(P>0.05),不溶性多糖占總量的22%左右,水溶性蛋白質(zhì)占12%左右,不溶性蛋白質(zhì)占11%左右。而附著面積對(duì)胞外多聚物成分的影響相對(duì)較小,無顯著差異(P>0.05)。綜合前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,氧含量不但影響硅藻的繁殖數(shù)量,而且影響硅藻多聚物中水溶性多糖成分的含量。氧含量降低,一方面減少了硅藻多聚物中水溶性多糖成分的分泌量,另一方面也使硅藻的繁殖數(shù)量降低。

由此可以得到啟示,改變固體表面積對(duì)硅藻附著有影響,但影響較小,即試圖通過減少硅藻接觸面積的方法來防除硅藻附著,并不一定收到理想的效果。而改變局部環(huán)境的氧含量對(duì)硅藻附著有更大影響。按此思路,在硅藻接觸到的表面涂層中如果加入可降低環(huán)境氧含量的物質(zhì),如強(qiáng)還原劑等,可使硅藻接觸的表面微環(huán)境氧含量減少,從而抑制硅藻胞外多聚物的分泌,減小永久性附著幾率,同時(shí)可降低硅藻繁殖速率。該研究結(jié)果對(duì)今后防污材料的開發(fā)有啟發(fā)意義。

3 結(jié)論

(1)氧含量高和較大的生長(zhǎng)附著面積的環(huán)境條件下,硅藻生長(zhǎng)繁殖較快。

(2)氧含量高和較大的生長(zhǎng)附著面積的環(huán)境條件下,硅藻胞外多聚物分泌量會(huì)增加,相應(yīng)的硅藻胞外多聚物中的各組分含量也會(huì)增加。

(3)氧含量對(duì)硅藻附著生長(zhǎng)的影響遠(yuǎn)大于附著面積的影響。

(4)氧含量降低不但減少了硅藻多聚物中水溶性多糖的分泌量,也使硅藻的繁殖數(shù)量降低。

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Effects of oxygen content and attachment area on extracellular polymeric substance from marine benthic diatom

CHEN Qi1,3, WU Fu-yuan2, ZHENG Ji-yong*1,2, YANG Jing-ya2, LIN Cun-guo1,2

(1.StateKeyLaboratoryforMarineCorrosionandProtection,Qingdao266101,China; 2.LuoyangShipMaterialResearchInstitute,Luoyang, 371000,China; 3.FoodScienceandTechnologyCollege,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China)

The extracellular polymeric substance (EPS) was secreted when marine benthic diatom attached on submerged surfaces, the environment factors had a directly impact on the composition and secretion action of EPS. The effects of the oxygen content and the attachment area on EPS were studied. The EPS from marine benthic diatoms were extracted by hot solvent method. The phenol-sulfuric acid method was employed to measure the content of polysaccharide and the Coomassie Brilliant Blue G-250 method was employed to measure the content of protein in the extractions. The cell number of diatoms was measured through the method of blood cell counting plate and UV spectrophotometry. The results show that the growth rate of diatoms is fast and the secretion amounts of EPS in a single cell are great under the higher oxygen content and larger attachment area conditions. The oxygen content has a great impact on the content of water-soluble polysaccharide as the main composition in EPS, while it has little impact on the else components. Compared to the oxygen content, the attachment area has little impact on the attachment and growth of diatoms.

marine benthic diatom; oxygen content; attachment area; extracellular polymeric substance

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.008.CHEN Qi, WU Fu-yuan, ZHENG Ji-yong, et al. Effects of oxygen content and attachment area on extracellular polymeric substance from marine benthic diatom[J].Journal of Marine Sciences,2017,35(1):66-72, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.008.

2016-02-24

2016-07-09

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目資助(2014CB643305)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(21301161)

陳琪(1990-),女,山東青島市人,主要從事海洋生物污損機(jī)理方面的研究。E-mail:13176511201@163.com

*通訊作者：鄭紀(jì)勇(1978-)，男，高級(jí)工程師，主要從事生物材料方面的研究。E-mail:zhengjy@sunrui.net

U672.7+2

A

1001-909X(2017)01-0066-07

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.01.008

陳琪，武福源，鄭紀(jì)勇，等.氧含量及附著面積對(duì)海洋底棲硅藻生長(zhǎng)和胞外多聚物的影響[J].海洋學(xué)研究,2017,35(1):66-72,