生態(tài)因子對萱藻生長發(fā)育影響的研究現(xiàn)狀及展望

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(大連海洋大學(xué) 農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧 大連 116023)

萱藻(Scytosiphonlomentaria)，俗稱“海麻線”，在分類上隸屬于褐藻門(Phaeophyta)，萱藻目(Scytosiphonales)，萱藻科(Scytosiphonaceae)，萱藻屬(Scytosiphon)[1-2]。萱藻是一種泛暖溫性大型褐藻，在我國很多沿海地區(qū)有分布，主要生長于近海岸潮間帶附近礁石上。萱藻具有異形世代交替的生活史，在孢子體世代根據(jù)藻體形態(tài)的不同分為絲狀體和盤狀體階段等[3]。萱藻因其味道鮮美，在我國沿海地區(qū)有著悠久的食用歷史[4]。研究表明，與其他海帶、裙帶菜和紫菜等大型經(jīng)濟藻類一樣，萱藻具有較高的食用和藥用價值[5]。

孫杰[6]等對萱藻的營養(yǎng)組成進行了分析，結(jié)果表明萱藻含有人體的多種氨基酸，并且發(fā)現(xiàn)使得萱藻口感較鮮美的原因可能是天門冬氨酸和谷氨酸含量較高；張宇[7]等同樣對萱藻的營養(yǎng)品質(zhì)進行了分析和評價，研究表明萱藻具有較高的蛋白質(zhì)、氨基酸含量和較低的脂肪含量，同時含有豐富的多不飽和脂肪酸、多種營養(yǎng)礦質(zhì)元素和不溶性膳食纖維成分，使得萱藻具有很好的保健功能；除此之外，萱藻作為一種食用海藻的同時，其潛在藥用價值也逐漸被大量報道。徐秀麗[8]等研究表明，萱藻的甲醇提取物具有抗腫瘤功效；萱藻中的巖藻多糖硫酸脂具有很好的抗凝血和抗血栓活性；在飼料中適量添加裙帶菜和萱藻凝集素會對刺參免疫酶系統(tǒng)有著積極的促進作用[9]。萱藻，作為一種具有著良好的開發(fā)前景大型海洋藻類，探究環(huán)境因子對其生長發(fā)育的影響有著重要意義，目前國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)在萱藻生活史發(fā)育及育苗技術(shù)等方面相繼開展了大量研究[10-12]。

1 溫度對萱藻生長發(fā)育的影響

溫度是影響萱藻生長發(fā)育的最重要環(huán)境因素之一[13]。羅偉[14]等研究表明，萱藻孢子適宜附著溫度為12～22 ℃，在17～19 ℃有最適附著溫度，而萱藻孢子萌發(fā)及配子體幼苗早期發(fā)育的適宜溫度均在6～12 ℃；張文健等[15]研究發(fā)現(xiàn)，萱藻配子體幼苗早期發(fā)育階段受溫度影響顯著，配子體幼苗在6～12 ℃均可發(fā)育，超過或低于此溫度范圍均不利于萱藻幼苗生長；邢永澤[16]研究發(fā)現(xiàn)，萱藻葉狀體放散的雌、雄配子在11 ℃可以結(jié)合，結(jié)合形成的合子在5～28 ℃均可以萌發(fā)，而萱藻孢子體階段在5～23 ℃均可生長，在此期間隨溫度升高孢子體生長越快；宮相忠[17]等認為萱藻孢子體階段可分為絲狀體、類墊狀體和墊狀體階段，在較低溫度時，萱藻孢子體常以萱藻絲狀體形式存在，在13～17 ℃的中等溫度時三種形式同時存在，以絲狀體、類墊狀體為主，而在較高溫度23 ℃以上時則以類墊狀體和墊狀體形式出現(xiàn)；張澤宇[18]等認為萱藻孢子體階段可分為絲狀體、葉狀體和盤狀體時期，三種類型在溫度影響下可以相互轉(zhuǎn)化，利用這一特性可以在實驗室條件下快速獲得大量成熟單室孢子囊；李曉麗[19]等利用低溫誘導(dǎo)萱藻孤雌生殖技術(shù)，成功將萱藻雌、雄配子低溫誘導(dǎo)成萱藻單性絲狀體，由單性絲狀體直接發(fā)育成萱藻幼苗，大大縮短了萱藻生長周期。溫度變化會對魚類[20]、貝類[21]及海藻類[22]植物的生長發(fā)育造成顯著影響，而有關(guān)溫度對萱藻生長發(fā)育的影響目前僅局限于生長速度、質(zhì)量及狀態(tài)等方面的研究，溫度影響萱藻生長發(fā)育的分子機制尚不清楚。

2 光照對萱藻生長發(fā)育的影響

光照條件是影響海洋藻類植物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，光能是海洋藻類化能合成的關(guān)鍵來源，決定了藻類的能量合成和代謝水平。光照強度對萱藻配子體生長影響顯著，有研究表明萱藻幼苗的適宜光強范圍為36～54 μmol·m-2·s-1，最適宜萱藻幼苗生長的光照強度為45 μmol·m-2·s-1[14]。邢永澤[23]等發(fā)現(xiàn)，萱藻孢子體在適宜溫度和光照強度范圍下，隨著光強增強，萱藻孢子體生長較快，生物量增多，但絲狀體比例減少，而類墊狀體和墊狀體比例增加。萱藻孢子體在光照強度6～30 μmol·m-2·s-1范圍內(nèi)均可形成孢子囊，光周期L∶D 10∶14，光強20 μmol·m-2·s-1是孢子囊的形成與孢子的放散最佳條件。莊琰[24]利用低光照下萱藻絲狀體生長特性，提出液體保存法和膠囊化低溫保存法更適合萱藻絲狀體種質(zhì)保存。而羅偉[14]等研究發(fā)現(xiàn)，光照強度對萱藻孢子附著影響不顯著，黑暗或光照條件下萱藻孢子均能附著，而張文健[15]等發(fā)現(xiàn)54 μmol·m-2·s-1是萱藻孢子附著最適光照強度。光照強度對萱藻孢子萌發(fā)影響顯著，在27～72 μmol·m-2·s-1范圍內(nèi)有較好的萌發(fā)效果，36～45 μmol·m-2·s-1為萱藻孢子最適萌發(fā)光照強度，光強超過108 μmol·m-2·s-1會抑制萱藻孢子萌發(fā)。光周期對萱藻各階段生長發(fā)育的影響不同，邢永澤[16]認為，光周期對萱藻配子體及配子、合子及孢子體發(fā)育影響均不顯著，但高偉等提出，短光周期有利于萱藻孢子體形成單室孢子囊，而中、長光周期不利于孢子囊的形成。夏云捷[25]等發(fā)現(xiàn)，我國北方和南方萱藻絲狀體在最適光周期區(qū)間有所差異。還有研究表明，萱藻絲狀體發(fā)育對不同色光有不同的響應(yīng)[26]。目前，有關(guān)光照對大型藻類的生理生態(tài)、生長發(fā)育相關(guān)研究正在逐步進行中，而萱藻富含多種多糖類物質(zhì)，研究表明，利用萱藻多糖提取物制成的添加劑，可以有效提高生物體抗氧化活力。光照是影響藻類光合作用的關(guān)鍵因素，光照強弱直接影響萱藻化能合成和碳固定水平的高低，進而影響萱藻多糖物質(zhì)的合成，而有關(guān)光照對萱藻影響的分子生物學(xué)研究還存在大片空白，有待進一步探討和驗證。

3 pH對萱藻生長發(fā)育的影響

海水pH是影響海洋生物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，海水pH變化對不同物種甚至是同一物種不同生長階段的影響都存在差異。目前有關(guān)pH對萱藻生長發(fā)育的研究較少，僅張文健[27]等研究發(fā)現(xiàn)，萱藻孢子在pH范圍6.7～9.7之間均能附著成功，而pH 8.2是萱藻孢子最適附著條件。目前，由海洋酸化引起的海水pH變化對海洋藻類的影響也有大量研究，海洋酸化對海洋藻類的影響可能存在正負效應(yīng)[28]。王吉[29]等研究表明，適量通入二氧化碳和增加碳酸氫根離子濃度會促進萱藻絲狀體生長，過量的二氧化碳會使絲狀體胞內(nèi)CA活性降低。于娟[30]等發(fā)現(xiàn)，海水酸化引起的低pH可能有利于萱藻生長。目前世界海洋環(huán)境變化多端，特別是近年來愈演愈烈的全球變暖和海洋酸化現(xiàn)象[31]，對海洋生物的影響不言而喻。海洋藻類吸收了海洋中大多數(shù)的二氧化碳，對海水pH的平衡和穩(wěn)定起到了關(guān)鍵作用。萱藻整個生長階段都處于變化最劇烈潮間帶區(qū)域，海水pH變化對萱藻的影響也是復(fù)雜多變的，探究海水pH變化對萱藻生長發(fā)育的影響有著極其重要的意義，海水pH變化是如何影響萱藻的生長發(fā)育和生理代謝水平猶未可知。

4 鹽度對萱藻生長發(fā)育的影響

萱藻是一種潮間帶藻類，鹽度變化對萱藻生長發(fā)育的影響巨大且至關(guān)重要[32]。目前國內(nèi)有關(guān)鹽度對萱藻生長發(fā)育的影響研究較少，且局限于萱藻孢子體階段。高偉[33]發(fā)現(xiàn)，鹽度對萱藻絲狀體增殖有顯著影響，鹽度低于16‰或高于48‰均會導(dǎo)致萱藻絲狀體的不良生長，甚至死亡，32‰鹽度是萱藻絲狀體生長的理想鹽度。張文健[27]等認為，低于24‰或高于40‰鹽度均不利于萱藻孢子附著，最適附著鹽度為30‰。鹽度被認為是可以影響海洋生物機體滲透壓平衡的關(guān)鍵因素，而處于潮間帶區(qū)域生長的萱藻對鹽度變化也有著極為敏感的響應(yīng)，近年來，因鹽度驟變導(dǎo)致的海洋動植物的大規(guī)模死亡現(xiàn)象時有發(fā)生，而鹽度變化對萱藻的生長發(fā)育影響的研究報道并不多見，鹽度變化對萱藻生長發(fā)育等影響的分子機理和萱藻對鹽度變化的響應(yīng)機制尚不清楚。

5 不同營養(yǎng)液成分及金屬離子對萱藻生長發(fā)育的影響

邢永澤[23]等發(fā)現(xiàn)，萱藻絲狀體生長的最適N、P元素濃度分別為40 mg/L、8 mg/L。高偉[33]等研究表明，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的氮鹽均可作為萱藻絲狀體的有效營養(yǎng)鹽成分，60 mg/L的NaNO3為萱藻絲狀體生長所需氮源濃度；無機磷和有機磷鹽也可作為萱藻絲狀體營養(yǎng)鹽成分，3.0 mg/L NaH2PO4更有利于萱藻絲狀體的快速生長。洪麗珍[34-35]等研究了5種營養(yǎng)液對萱藻絲狀體生長發(fā)育的影響，認為L1型營養(yǎng)液最適合萱藻絲狀體生長與孢子囊發(fā)育階段，但兩階段所需營養(yǎng)鹽成分有所差異。還有研究表明，低氮和低磷營養(yǎng)液均可抑制萱藻和膨脹色球藻生長發(fā)育，但與膨脹色球藻相比，低氮營養(yǎng)液對萱藻的不良影響更為顯著[26]。

金屬離子[33,35]對萱藻生長發(fā)育的影響不同，研究表明鐵元素可對萱藻絲狀體生長發(fā)育造成顯著影響，缺鐵會使萱藻絲狀體細胞質(zhì)萎縮，色素體變綠，導(dǎo)致萱藻絲狀體生長發(fā)育不良。低濃度的Mn2+離子、Cu2+和Mg2+離子會促進絲狀體生長，而高濃度的Mn2+離子、Cu2+和Mg2+離子則會抑制生長，三者最適濃度為0.4、6.4×10-4和2.0 mg/L。低濃度Pb離子對萱藻的磷元素吸收有促進作用，而高濃度則會產(chǎn)生抑制[36]。

在培養(yǎng)體系中添加營養(yǎng)鹽和金屬離子等已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到藻類人工育苗和擴繁中[37-38]。在萱藻的種質(zhì)保存和人工擴增過程常常涉及到營養(yǎng)液的選擇上，不同的營養(yǎng)液和金屬離子對萱藻各階段的影響也是不同的，萱藻在生活史各階段所需營養(yǎng)物質(zhì)也有所不同，在合理的階段選擇合適的營養(yǎng)液體系尤為重要。

6 維生素、抗生素及激素類藥物對萱藻生長發(fā)育的影響

維生素作為營養(yǎng)鹽添加劑被廣泛地應(yīng)用到各種藻類培養(yǎng)過程。高偉[33]等研究結(jié)果表明，低濃度的維生素B1、B2和B12水平有利于萱藻絲狀體的擴增培養(yǎng)，而高濃度VB1和VB12則會抑制生長，高濃度VB2對絲狀體擴增則沒有抑制，三種維生素最適濃度均為10-6mg/L。這一結(jié)果與洪麗珍[35]的研究結(jié)果類似。

宮相忠[39-40]等研究了多種抗生素對共培養(yǎng)的萱藻和膨脹色球藻生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明一定濃度的不同抗生素可用于抑制共培養(yǎng)體系中膨脹色球藻的生長同時又保證萱藻絲狀體保存或生長質(zhì)量。

研究表明，植物激素可以促進萱藻絲狀體孢子囊的形成和發(fā)育。洪麗珍[35]研究發(fā)現(xiàn)，0.05 mg/L IAA、0.3 mg/L NAA和6.0 mg/L 6-BA會使萱藻絲狀體產(chǎn)生更多的孢子枝和更大的孢子囊，有利于萱藻的繁殖發(fā)育。

萱藻在室內(nèi)外培養(yǎng)過程中非常容易受到雜藻、細菌和真菌等污染干擾，嚴重影響到萱藻的存活和生長，給萱藻育苗工作帶來諸多不利。尋找和開發(fā)能夠為萱藻擴繁和育苗工作提供幫助的新型藥物或材料迫在眉睫，而目前對此相關(guān)研究報道較少，藥物殘留等問題也是有待解決。

綜上所述，生態(tài)因子在萱藻生活史各階段的生長發(fā)育起到了極其重要的作用。目前，國內(nèi)外專家學(xué)者在萱藻營養(yǎng)組成、活性物質(zhì)及生長性狀等方面做了大量研究。相較于其他海洋經(jīng)濟物種大量的研究基礎(chǔ)，萱藻作為一種兼具食用和藥用價值潛力的藻類，僅見有對萱藻營養(yǎng)成分及活性物質(zhì)提取及活性驗證的相關(guān)報道。生態(tài)因子在影響萱藻生長發(fā)育過程的同時，是如何對萱藻營養(yǎng)活性物質(zhì)合成代謝產(chǎn)生影響的，探究其作用的分子機理非常重要，也可為生態(tài)因子對海洋藻類植物的影響提供科學(xué)依據(jù)。