山東省榮成海區(qū)潮間帶鼠尾藻生長及其化學(xué)組分的季節(jié)性變化

詹冬梅，呂芳，欒青、2，王翔宇，丁剛，郭文

(1.山東省海洋生物研究院，山東 青島 266104；2.煙臺(tái)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)

鼠尾藻Sargassumthunbergii為西北太平洋特有的暖溫性海藻，也是中國潮間帶常見的褐藻，在醫(yī)藥、保健、化工等方面具有重要價(jià)值。山東省榮成海域鼠尾藻自然資源比較豐富，其褐藻膠與巖藻黃素含量較高，是制備該類活性物質(zhì)的重要原料。目前，學(xué)者對(duì)鼠尾藻的分布[1-2]、種苗繁育[3-5]和養(yǎng)殖技術(shù)[6-7]，以及對(duì)鼠尾藻活性物質(zhì)的制備和分析已有不少報(bào)道[8-10]，嚴(yán)小軍等[11]對(duì)鼠尾藻褐藻多酚含量的季節(jié)性變化進(jìn)行了研究，但對(duì)其褐藻膠和巖藻黃素隨季節(jié)和潮位變化目前尚未見報(bào)道。本研究中，對(duì)不同潮位下山東省榮成海域野生鼠尾藻生長及其化學(xué)組分的季節(jié)性變化進(jìn)行研究，以期為鼠尾藻活性成分的化學(xué)分析和制備提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

鼠尾藻采樣地點(diǎn)為山東省榮成市愛蓮灣海域，如圖1所示，共設(shè)9個(gè)調(diào)查站位，調(diào)查海域鹽度為30.7～31.5，溫度為2.2～24.0 ℃。

1.2 方法

1.2.1 采樣方法 筆者在潮間帶定期觀察俚島海區(qū)(N37°、E122°)鼠尾藻的生長，在3、6、10、12月大潮期間采集鼠尾藻，在高潮帶、中潮帶和低潮帶分別等距設(shè)立3個(gè)取樣點(diǎn)，取樣點(diǎn)間隔為(250±10)m，于2016年3—12月在樣方內(nèi)每月大潮期間取樣，用規(guī)格為30 cm×30 cm的方框隨機(jī)選取小樣方，方框內(nèi)鼠尾藻帶固著器完全鏟下，樣品裝進(jìn)塑料袋帶回實(shí)驗(yàn)室，去除雜藻及附屬物備用。

1.2.2 鼠尾藻長度及鮮質(zhì)量的測(cè)定 在3個(gè)樣方內(nèi)每次分別取30株最大長度的鼠尾藻并取其平均值，作為每月鼠尾藻的平均長度。用吸水紙吸干鼠尾藻表面水分稱鮮質(zhì)量，鼠尾藻生物量計(jì)算公式為

W=(W1+W2+W3)/3。

其中W1、W2、W3為3 個(gè)樣方鼠尾藻的濕質(zhì)量(g)。

1.2.3 一般化學(xué)組分的測(cè)定 將采集的新鮮鼠尾藻放入烘箱，在80 ℃下烘干24 h，室溫冷卻后置于冰箱(-20 ℃)中冷凍保存，用于鼠尾藻化學(xué)組分的測(cè)定。分別采用凱氏定氮法、560 ℃煅燒法測(cè)定粗蛋白質(zhì)和灰分含量。

圖1 山東省榮成俚島海區(qū)鼠尾藻采樣地理位置Fig.1 Geographical location of brown alga Sargassum thunbergii sampling at Lidao sea area in Rongcheng

1.2.4 褐藻膠含量的測(cè)定 參考尚德榮等[12]的方法測(cè)定褐藻膠含量。稱取1.0 g鼠尾藻粉，加2.0 mol/L鹽酸30 mL浸泡12 h后，用蒸餾水洗滌5次以上，用AgNO3溶液滴定洗出液至無沉淀為止；再用0.1 mol/L醋酸鈣溶液30 mL浸泡2 h，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定含有海藻的醋酸鈣溶液。

1.2.5 巖藻黃素含量的測(cè)定 參照閆相勇等[13]的方法測(cè)定巖藻黃素含量。取冷凍保存的干燥樣品0.5 g，在40 ℃下用20 mL甲醇(體積分?jǐn)?shù)100%)避光浸提2次，每次1 h。合并浸提液，以4000r/min離心10 min，取上清液倒入分液漏斗中，加入正己烷震蕩混勻，靜置混合液待其分層后，保留上層溶液，放出下層甲醇水溶液，再反復(fù)用正己烷萃取，直至下層甲醇水溶液無黃色為止。合并所有上層溶液并定容。在450 nm波長下測(cè)定吸光值，巖藻黃素含量(mg/g)計(jì)算公式為

1.2.6 褐藻多酚含量的測(cè)定 參照嚴(yán)小軍[14]的方法測(cè)定褐藻多酚含量，并采用微波輔助提取海藻褐藻多酚[15]。先用間苯三酚作褐藻多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線，即取一定體積的標(biāo)準(zhǔn)液到比色管中，加水稀釋至7 mL，混合均勻, 加入1 mL FD試劑搖勻，3 min后加入2 mL飽和碳酸鈉溶液，混合充分，3 h后于710 nm波長下測(cè)定吸光值。

樣品測(cè)定：鼠尾藻干粉預(yù)先用40目篩過篩，稱取0.10～0.15 g樣品，加入3 mL 體積分?jǐn)?shù)為15%的乙醇，在25 mL比色管中浸泡24～48 h后，放入功率為700 W微波爐中，10 s后，離心去掉沉淀，將上清液定容。取0.1 mL上清液到比色管中，按標(biāo)準(zhǔn)曲線方法進(jìn)行測(cè)定。

FD試劑：即磷酸鎢鉬復(fù)合物，將80 g鎢酸鈉、20 g鉬酸鈉、500 mL( 85%)磷酸和250 mL水混合，加熱回流2 h，冷卻后加水定容至1 L。

2 結(jié)果與分析

2.1 鼠尾藻生態(tài)觀察

中潮帶鼠尾藻在不同月份的生長狀態(tài)見圖2。

圖2 中潮帶鼠尾藻在不同月份的生長狀態(tài)Fig.2 Growth of brown alga Sargassum thunbergii at the middle tidal zone in various months

榮成俚島海區(qū)水溫全年變化范圍為2.2～24.0 ℃(圖3)。

圖3 2016年榮成俚島海區(qū)水溫變化圖Fig.3 Variations in water temperatures in Lidao sea area in 2016

本試驗(yàn)中觀察到鼠尾藻生活在巖礁底質(zhì)的潮間帶和潮下帶，為優(yōu)勢(shì)種，成片分布，形成多年生自然分布種群。榮成海區(qū)當(dāng)?shù)厥笪苍迦昕梢?，?—3月，由于海區(qū)水溫較低，鼠尾藻較短，但有初生分枝，極少見次生分枝；進(jìn)入4月下旬后，當(dāng)水溫到達(dá)10 ℃以上時(shí)進(jìn)入快速生長，生物量增長迅速；5月鼠尾藻產(chǎn)生次生分枝；6月次生分枝數(shù)量和長度明顯增加，開始出現(xiàn)生殖托；7月上旬由于長度和生殖托質(zhì)量的快速增加，這期間鼠尾藻的生物量達(dá)到最大值，7月下旬后，隨著鼠尾藻精卵成熟而進(jìn)行生殖排放，生殖托和藻體開始潰爛斷裂；8月鼠尾藻較長的枝條基本流失，留下從盤狀固著器新發(fā)的嫩枝，這種狀態(tài)一直持續(xù)到10月；當(dāng)水溫由夏季高溫降低到18 ℃時(shí)，鼠尾藻嫩枝開始新一輪生長，直到12月底海區(qū)水溫降到7 ℃時(shí)其生長基本停止。

2.2 鼠尾藻長度和生物量的變化

從表1可見：6月，鼠尾藻的長度和生物量最大，同一時(shí)期潮位越低鼠尾藻生物量越大，從野生鼠尾藻生長的季節(jié)與海水溫度分析，鼠尾藻在水溫10～18 ℃時(shí)進(jìn)入快速生長；8—9月，高溫期不適宜鼠尾藻生長，此時(shí)海水溫度在23 ℃以上；11—12月，海水溫度降到18 ℃以下，鼠尾藻進(jìn)入下半年的生長周期，由于時(shí)間短，嫩枝起始生長長度短，故11—12月的生物量比較小。

2.3 鼠尾藻化學(xué)組分的變化

從表2可見：鼠尾藻粗蛋白質(zhì)及灰分含量比較高，其含量隨季節(jié)而變化；鼠尾藻中褐藻膠變化范圍為20.30%～33.02%，在生長快速的6月和10月含量最高，在3月和6月，低潮位的褐藻膠含量顯著高于高潮位褐藻膠(P<0.05)，其他時(shí)間不同潮位對(duì)其體內(nèi)褐藻膠含量無顯著性影響(P>0.05)；鼠尾藻體內(nèi)的巖藻黃素含量在6月顯著低于12月(P<0.05)；鼠尾藻中褐藻多酚變化范圍為0.32%～3.82%，隨月份變化顯著(P<0.05)，在3月含量最高，同一時(shí)期低潮位鼠尾藻體內(nèi)的褐藻多酚含量高于高潮位鼠尾藻。

表1不同月份俚島野生鼠尾藻長度及生物量的變化

Tab.1ChangesinlengthandbiomassofbrownalgaSargassumthunbergiiattidalzoneofLidaoinvariousmonths

月份 month潮位 tidal zone最大平均長度/cm maximal average length生物量(鮮質(zhì)量)/(kg·m-2)biomass(fresh weight)3高潮帶high tidal zone6.36±3.21 0.15±0.02中潮帶middle tidal zone10.33±3.51 12.25±0.21低潮帶low tidal zone14.30±2.51 2.45±0.406高潮帶high tidal zone28.33±2.884.18±0.35中潮帶middle tidal zone43.33±5.279.04±0.19低潮帶low tidal zone60.20±8.90 12.38±1.5710高潮帶high tidal zone4.36±1.780.68±0.07中潮帶middle tidal zone8.27±1.461.17±0.19低潮帶low tidal zone5.87±1.05 1.11±0.1612高潮帶high tidal zone5.64±2.080.25±0.06 中潮帶middle tidal zone9.66±2.081.37±0.13低潮帶low tidal zone8.33±1.532.07±0.31

3 討論

3.1 鼠尾藻的生長特性及季節(jié)變化

同一時(shí)期，潮位越低鼠尾藻生物量越大，說明鼠尾藻雖耐一定程度的干露，且有的鼠尾藻生長在高潮帶，但中低潮位的鼠尾藻生長長度和生物量均為最大值。筆者觀察到，海區(qū)潮下帶3 m以下難以發(fā)現(xiàn)鼠尾藻，由此得出，鼠尾藻可能需要高光條件才能滿足其生長需要。

鼠尾藻成熟個(gè)體不適宜8—9月21 ℃以上的高溫，此時(shí)期藻體停止生長甚至衰敗流失，但從盤狀固著器上發(fā)出的鼠尾藻嫩枝卻較耐高溫，能在8—9月存活，但生長速度緩慢。6月鼠尾藻的長度和生物量最大，這與崔志峰[16]的研究結(jié)果一致。

3.2 鼠尾藻的化學(xué)組分

鼠尾藻粗蛋白質(zhì)含量較高，這與吳海歌等[17]、李來好等[18]報(bào)道的結(jié)果一致。蛋白質(zhì)在生長旺盛期(6月)含量較低，這與吳信[19]得出的多肋藻體內(nèi)蛋白質(zhì)隨藻體生長呈上升趨勢(shì)不一致。

中國在20世紀(jì)50年代就開發(fā)出以馬尾藻中海蒿子為原料提取褐藻膠的技術(shù)，自20世紀(jì)60年代末人工海帶養(yǎng)殖成功后，開始以海帶為原料生產(chǎn)褐藻膠[20]。從幾種褐藻中褐藻膠含量的比較(表3)可見，馬尾藻褐藻膠含量較高，如鼠尾藻和銅藻中褐藻膠含量較高，而本研究表明，鼠尾藻中褐藻膠含量隨季節(jié)變化顯著，在藻體生長快速的6月褐藻膠含量較高，即鼠尾藻中褐藻膠含量與生物量同時(shí)達(dá)到最大值。作為提取褐藻膠的補(bǔ)充原料，該結(jié)果為收獲鼠尾藻的最佳時(shí)間提供了參考。

表2 不同月份俚島潮間帶鼠尾藻化學(xué)組分的變化Tab.2 Component contents of brown alga Sargassum thunbergii in the tidal zone of Lidao in various months

表3鼠尾藻褐藻膠含量與其他褐藻的比較

Tab.3ComparisonofalginatecontentbetweenbrownalgaSargassumthunbergiiandotherbrownseaweeds

褐藻brown seaweed褐藻膠/%alginate content文獻(xiàn)來源reference海帶Laminaria japonica14.2～22.5陳利梅等[21]海黍子Sargassum mutic-um12.4詹冬梅等[22]銅藻S.horneri22.1詹冬梅等[22]匍枝馬尾藻S.polycystum17.1～27.6Saraswathi等[23]鼠尾藻S.thunbergii20.30～33.02本研究

巖藻黃素是褐藻中一種主要的色素，本研究表明，其含量在12月顯著高于6月，可能是因?yàn)槭笪苍逶?2月生長速度緩慢，為了維持一定的光合作用，12月巖藻黃素是鼠尾藻對(duì)低溫表現(xiàn)出的一種應(yīng)激反應(yīng)。因此,在適宜的生長溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高鼠尾藻巖藻黃素含量變低。鼠尾藻中巖藻黃素含量與其他褐藻的比較見表4，其中裙帶菜含量最高，海帶也較高，馬尾藻中巖藻黃素比裙帶菜低，各馬尾藻中銅藻的巖藻黃素含量最高。

褐藻多酚是從褐藻中提取出的新型海洋天然物質(zhì),具有抗氧化、抗病毒抗菌和抗腫瘤等生物活性[9，24-28]。本研究表明，野生鼠尾藻中褐藻多酚含量為0.32%～3.82%，與嚴(yán)小軍等[11]報(bào)道的鼠尾藻多酚含量的季節(jié)變化為0.8%～1.8%相比，其變化幅度更大,但變化趨勢(shì)一致，均為在其生長旺盛期即6—10月較高。褐藻多酚含量的變化可能受環(huán)境因子、pH、溫度、光照和離子強(qiáng)度等影響，但對(duì)其生物化學(xué)代謝循環(huán)的過程尚不清楚[29]。

表4鼠尾藻巖藻黃素含量與其他褐藻的比較

Tab.4ComparisonoffucoxathincontentbetweenbrownalgaSargassumthunbergiiandotherbrownseaweeds

褐藻brown seaweed巖藻黃素/(mg·g-1)fucoxathin content文獻(xiàn)來源reference裙帶菜Undaria pinnatifida1.362萇釗[24]海帶Laminaria japonica0.556劉梁等[25]海黍子Sargassum muticum0.26詹冬梅等[22]銅藻S.horneri0.74詹冬梅等[22]鼠尾藻S.thunbergii0.16～0.37本研究

4 結(jié)論

(1)鼠尾藻在榮成海區(qū)全年可見，其生長具有明顯的季節(jié)性變化，高溫期只有從盤狀固著器發(fā)出的嫩枝能夠存活下來，生長最快的時(shí)期在5—7月，同一時(shí)期潮位低的鼠尾藻長度較長，生物量也較大，干露可能對(duì)鼠尾藻生長作用不大，但潮下帶3 m以下水深較難見到鼠尾藻分布，這可能與鼠尾藻對(duì)光線的需求較高有關(guān)。

(2)鼠尾藻中褐藻膠含量比較高，且在生長快速的6月份含量最高；但巖藻黃素變化趨勢(shì)正好相反，在12月份顯著高于6月份。研究表明，月份變化對(duì)鼠尾藻體的褐藻膠、巖藻黃素、褐藻多酚含量影響遠(yuǎn)大于不同潮位對(duì)這3種組分的影響。