溫度、光強及氮磷比對斷枝銅藻幼苗生長的影響

王麗梅，王舒揚，許偉定，李華琳，何平

(遼寧省海洋水產科學研究院 大連市瀕危海洋哺乳動物保護生物學研究重點實驗室，遼寧海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室，遼寧 大連 116023)

銅藻Sargassumhorneri隸屬于褐藻門Phaeophyta墨角藻目Fucales馬尾藻科Sargassaceae馬尾藻屬Sargassum，廣泛分布于中國黃渤海低潮帶的深沼中、大干潮線下深至4 m的巖石上。銅藻生長速度快、植株高大、枝葉繁茂，可為海洋動物提供避敵、索餌、產卵場所，對潮間帶及潮下帶生態(tài)系統(tǒng)起到調節(jié)和保護作用，是淺海生態(tài)修復的良好種類[1-4]。

近年來，由于環(huán)境污染及海水養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，使中國銅藻資源衰退、藻場萎縮嚴重[5]，同時漂浮銅藻呈暴發(fā)性增長，有形成“金藻潮”的趨勢。為了恢復銅藻藻場資源，應對漂浮銅藻造成的危害，研究適合銅藻生長的生態(tài)因子意義重大。目前，有關銅藻研究主要集中在其種苗培育[6-9]、遺傳多樣性分析[10-12]、有性繁殖苗種的人工栽培[13]及生態(tài)學[14-26]等，但有關環(huán)境生態(tài)因子對斷枝銅藻幼苗生長的影響尚末見報道。研究斷枝銅藻生長適宜的環(huán)境條件，可為了解海上漂浮銅藻的生長規(guī)律、銅藻場的人工修復及漂浮銅藻暴發(fā)性的生態(tài)條件提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

2018年3月20日從大連旅順鹽場海區(qū)采集掛纏于海帶筏子上的銅藻，采集時海水溫度為3.4 ℃，鹽度為31。選取生長良好的銅藻8棵，平均質量1.1 kg，平均長度1.8 m，立即用低溫采集箱運回實驗室。

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)與管理 銅藻用沙濾海水沖洗后暫養(yǎng)于實驗室水槽中，充氣培養(yǎng)，溫度、光照及光周期為自然條件，營養(yǎng)鹽為KNO360 mg/L、KH2PO420 mg/L。銅藻在室內暫養(yǎng)一周后，截取5 cm、2 cm長的次側枝，用滅菌海水沖洗后，在室內培養(yǎng)箱中恢復培養(yǎng)15 d以上，培養(yǎng)條件及營養(yǎng)鹽同暫養(yǎng)期間，試驗前一天換水不加營養(yǎng)鹽。截枝時從頂部生長點往下量取，5 cm截枝幼苗具10～13個葉片，2 cm具6～8個葉片。試驗前用滅菌海水沖洗藻體次，用1%聚維酮碘浸泡3 min，再用滅菌海水沖洗3次，去除雜質和菌類污染。試驗海水為經二級沙濾處理，煮沸后使用，培養(yǎng)基為PESI。

1.2.2 試驗設計 生長試驗分幼苗長5 cm、2 cm兩組進行試驗，每組試驗設置溫度、光強及營養(yǎng)鹽配比3個影響因素，溫度設為10 (僅5 cm組)、15、20、25 ℃，光照強度為4500、8900、11 000，營養(yǎng)鹽配比NH4NO3∶Na2HPO4設為5∶1、8∶1、10∶1、16∶1(mg∶mg)。將消毒處理后的截枝幼苗置于1 L燒杯中，每個燒杯中放置5棵幼苗，測量初始藻體的長度和質量。5 cm組長度為(5.76±0.28)cm，質量為(0.19±0.03)g；2 cm組長度為(2.25±0.08)cm，質量為(0.05±0.004)g。 5、2 cm組各設置48、36個組，每個燒杯中添加1 L含有不同比例營養(yǎng)鹽的培養(yǎng)液，在智能型光照培養(yǎng)箱中通氣培養(yǎng)，光周期為12 L∶12 D，每隔3 d(5 cm組)或5 d (2 cm組) 更換相同成分的培養(yǎng)液，生長試驗共進行20 d。

1.2.3 數(shù)據(jù)測量及計算 試驗過程中，每5 d測量一次銅藻的體長和質量并觀察藻體發(fā)育情況，藻體長度用直尺測量，藻體質量用天平測量，每次測量前用滅菌濾紙吸收藻體表面水分。試驗結束后，按下式計算質量和長度特定生長率[26]：

特定生長率=(lnm1-lnm0)/t×100%。

其中：m0為藻體初始質量(g)或初始長度(cm)；m1為試驗t時的藻體質量(g)或長度(cm)；t為試驗時間(d)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對所得試驗數(shù)據(jù)進行單因素方差(One-way ANOVA)分析，比較溫度、光強和營養(yǎng)鹽配比對幼苗長度、質量特定生長率的影響，顯著性水平設為0.05和0.01。

2 結果與分析

2.1 培養(yǎng)條件對銅藻5 cm組斷枝幼苗生長的影響

試驗過程中，隨著幼苗長度、質量的增長，側枝、氣囊逐漸增多，培養(yǎng)10 d后在溫度20 ℃以上且光強8900 lx以上培養(yǎng)組，試驗液顏色逐漸變黃，幼苗從基部開始腐爛，先是葉腐爛，然后側枝腐爛，藻體長度、質量呈負增長，故5 cm組幼苗培養(yǎng)10 d后的生長率未進行計算，鑒于篇幅所限培養(yǎng)10 d時不同培養(yǎng)條件下的生長率未詳細列出。

從表1可見：培養(yǎng)10 d時，溫度對藻體長度和質量增長均有極顯著性影響(P<0.01)，光強和營養(yǎng)鹽配比均無顯著性影響(P>0.05)；3因素對幼苗長度、質量特定生長率的影響順序均為溫度>光強>營養(yǎng)鹽配比。

受3因素共同影響，5 cm組幼苗長度特定生長率最大為5.06%/d，生長條件為溫度25 ℃、光強8900 lx及營養(yǎng)鹽配比8∶1，最小為0.34%/d，生長條件為溫度10 ℃、營養(yǎng)鹽配比10∶1和光強4500 lx，最大生長率為最小生長率的14.9倍；質量特定生長率最大為14.06%，生長條件為溫度15 ℃、光強8900 lx及營養(yǎng)鹽配比16∶1，最小為1.34%，生長條件為10 ℃、營養(yǎng)鹽配比8∶1、光強11 000 lx，最大生長率為最小生長率的10.5倍。

培養(yǎng)10 d時，溫度對5 cm幼苗生長率的影響見表2，其中，溫度對幼苗長度特定生長率的影響依次為20 ℃>25 ℃>15 ℃>10 ℃，溫度對幼苗質量特定生長率的影響依次為20 ℃>15 ℃>25 ℃>10 ℃，溫度15 ℃以上時幼苗生長顯著快于10 ℃(P<0.05)。試驗期間，營養(yǎng)鹽配比對5 cm幼苗生長無顯著性影響(P>0.05)，營養(yǎng)鹽配比在5∶1時長度增長最大， 在8∶1時質量增長最大。

表1 5 cm銅藻培養(yǎng)10 d時長度和質量特定生長率的單因素方差分析

Tab.1 One-way ANOVA of the specific growth rates in body length and body weight of 5 cm long sea weedSargassumhornerifor 10 days

指標 index因素 factor偏差平方和 sum of square自由度 df均方 mean squareF值 F valueP值 P value長度body length溫度 temperature44.791315.93026.4930**光強 light intensity1.44020.7200.4190.660營養(yǎng)鹽配比 nutrient ratio1.41630.4270.2680.848質量body weight溫度 temperature485.4563161.81940.6260**光強 light intensity2.87721.4380.0980.906營養(yǎng)鹽配比 nutrient ratio4.92531.6420.1100.954

注：*表示有顯著性影響(P<0.05),**表示有極顯著性影響(P<0.01)，下同

Note： *means significant effect(P<0.05)，** means very significant effect(P<0.01),et sequentia

表2 5 cm銅藻培養(yǎng)10 d時溫度對長度和質量特定生長率的影響

Tab.2 Effects of temperature on specific gwowth rates in body length and body weight of 5 cm long sea weedSargassumhornerifor 10 days %/d

注：同列中標有不同字母者表示組間有顯著性差異(P<0.05)，標有相同字母者表示組間無顯著性差異(P>0.05)

Note：The means with different letters within the same column are significantly different in the groups at the 0.05 probability level, and the means with the same letters within the same column are not significant differences

2.2 培養(yǎng)條件對2 cm組斷枝銅藻幼苗生長的影響

從表3可見：培養(yǎng)10 d時，溫度對2 cm幼苗長度增長有極顯著性影響(P<0.01)，20 ℃時幼苗生長最快，但營養(yǎng)鹽配比及光強對長度增長均無顯著性影響(P>0.05)，3因素的影響順序依次為溫度>光強>營養(yǎng)鹽配比；光強對幼苗質量增長有極顯著性影響(P<0.01)，但溫度和營養(yǎng)鹽配比均無顯著性影響(P>0.05)，3因素的影響順序依次為光強>溫度>營養(yǎng)鹽配比。

表3 2 cm銅藻培養(yǎng)10 d時長度和質量特定生長率的單因素方差分析

Tab.3 One-way ANOVA of the specific growth rates in body length and body weight of 2 cm long sea weedSargassumhornerifor 10 days

指標 index因素 factor偏差平方和SS自由度df均方MSF值 F valueP值P value長度body length溫度36.378218.18918.5740**光強1.94820.9740.4820.622營養(yǎng)鹽配比1.53630.5120.2440.865質量body weight溫度2.68323.5580.6100.549光強28.788225.6875.7200.007**營養(yǎng)鹽配比7.74132.5800.43000.733

培養(yǎng)10 d時，2 cm組幼苗受3因素共同影響，長度特定生長率最大為11.04%/d，生長條件為溫度20 ℃、光強8900 lx及營養(yǎng)鹽配比8∶1，最小為5.76%/d，生長條件為溫度15 ℃、營養(yǎng)鹽配比5∶1和光強為4500 lx，最大生長率為最小生長率的1.9倍；質量特定生長率最大為21.79%/d，生長條件為溫度20 ℃、光強11 000 lx及營養(yǎng)鹽配比16∶1，最小為11.33%/d，生長條件為溫度25 ℃、營養(yǎng)鹽配比8∶1、光強4500 lx，最大生長率為最小生長率的1.9倍(表4)。

從表5可見：培養(yǎng)20 d時，溫度對2 cm銅藻幼苗長度增長有極顯著性影響(P<0.01)，其他兩因子均無顯著性影響(P>0.05)，3因素對2 cm幼苗長度特定生長率的影響依次為溫度>營養(yǎng)鹽配比>光強；3因素對幼苗質量增長均無顯著性影響(P>0.05)，但光強影響最大，3因素對質量特定生長率的影響依次為光強>營養(yǎng)鹽配比>溫度。

培養(yǎng)20 d 時，受3因素共同影響，2 cm組幼苗長度特定生長率最大為9.55%/d，生長條件為溫度20 ℃、光強4500 lx及營養(yǎng)鹽配比5∶1，最小為4.75%/d，生長條件為溫度25 ℃、營養(yǎng)鹽配比5∶1和光強11 000 lx，最大生長率為最小生長率的2.0倍；質量特定生長率最大為15.56%/d，生長條件為溫度20 ℃、光強11 000 lx及營養(yǎng)鹽配比16∶1，最小為9.41%，生長條件為溫度20 ℃，營養(yǎng)鹽10∶1、光強4500 lx，最大生長率為最小生長率的1.7倍(表4)。

整個試驗期間，2 cm組溫度對幼苗平均長度增長的影響及光強對幼苗平均質量增長的影響如圖1所示，其中，溫度對銅藻長度增長影響最大，光強對質量增長影響最大；其中在10、15、20 d時，20 ℃組銅藻幼苗長度增長最快且顯著快于其他溫度組(P<0.05)，光強為11 000 lx時幼苗質量增長最快且顯著快于低光強4500 lx(P<0.05)。

3 討論

3.1 銅藻繁殖方式

銅藻繁殖可分為有性和無性繁殖(圖2)，在自然條件下，其有性繁殖是伴隨水溫升高，藻體小枝腋間逐漸形成生殖托，成熟后排放精卵形成合子，發(fā)育成幼孢子體。銅藻的營養(yǎng)繁殖分兩種，一種是枝葉脫落后保留假根的殘枝行營養(yǎng)繁殖[1,5,20]，另外一種是銅藻生長到一定長度后，在風浪的作用下長枝條斷掉，漂浮于海面或掛纏于繩、筏上等，這些枝條行營養(yǎng)繁殖，也可成熟生成生殖托行有性繁殖。由于海面光照充足，浮于海面銅藻常比海底有性繁殖的孢子體生長更快，條件適宜時可大片漂浮于水面，漂到航道上阻礙船只行駛，漂到近岸海灘影響旅游業(yè)。

3.2 不同體長銅藻幼苗生長比較

本研究銅藻培育20 d的試驗中，2 cm組幼苗正常生長，5 cm組幼苗培育10 d后先后腐爛，并且生長愈快腐爛愈早，這與張鵬等[14]認為密度大影響銅藻幼苗生長的結果相一致。在自然海區(qū)采集5 cm鼠尾藻Sargassumthunbergii、海黍子Sargassummiyabei幼苗，在相同培養(yǎng)規(guī)格和密度下，室內培養(yǎng)可正常生長30 d[27-28]。比較相同溫度(15、20、25 ℃)條件下培養(yǎng)10 d時5 cm銅藻、鼠尾藻幼苗總平均特定生長率，結果顯示，銅藻的長度特定生長率(3.42%/d)、質量特定生長率(10.82%/d)分別是鼠尾藻長度特定生長率(2.33%/d)、質量特定生長率(7.01%/d)的1.47、1.54倍[27]，說明銅藻生長明顯快于鼠尾藻。本試驗中不同體長銅藻幼苗生長結果顯示，培養(yǎng)10 d后相同試驗溫度(15、20、25 ℃)條件下，2 cm幼苗總平均長度、質量特定生長率分別是5 cm幼苗的2.3、1.6倍，這表明體長小的幼苗具有明顯的生長速度優(yōu)勢。在相同生物量下是否是幼苗越小生長越快還需進一步試驗證明。

表4 不同培養(yǎng)條件對2 cm銅藻幼苗生長的影響Tab.4 Effects of different culture conditions on growth of sea weed Sargassum horneri with body length of 2 cm

注：標有不同字母者表示同一時間下不同組間有顯著性差異(P<0.05)，標有相同字母者表示組間無顯著性差異(P>0.05)

Note： The means with different letters in same time are significant differences in different groups at the 0.05 probability level, and the means with the same letter are not significant differences in groups

圖1 溫度對2 cm組銅藻平均長度增長及光照強度對銅藻平均質量增長的影響

Fig.1 Effect of temperature on length growth and effect of light intensity on weight gain rate of 2 cm long sea weedSargassumhorneri

表5 2 cm銅藻培養(yǎng)20 d時長度和質量特定生長率的單因素方差分析

Tab.5 One-way ANOVA of specific growth rates in body length and body weight of 2 cm long sea weedSargassumhornerifor 20 days

指標 index因素 factor偏差平方和SS自由度 df均方MSF值 F valueP值P value長度body length溫度10.43425.2177.9500.002**光強0.04420.0220.0230.978營養(yǎng)鹽配比 1.05130.3500.3610.781質量body weight溫度 6.98023.4901.1740.322光強10.10725.0543.1990.054營養(yǎng)鹽配比12.11034.0371.3890.264

3.3 溫度對銅藻幼苗生長的影響

張玉榮等[22]對人工培育具4～6片葉片幼苗生長環(huán)境因子脅迫試驗表明，最適生長溫度為22～24 ℃。孫建璋等[1]對南麂列島銅藻實地調查認為，銅藻的生長和繁殖適溫為11～16 ℃，繁殖盛期水溫為16～20 ℃。楊安強等[18]研究在高CO2及20 ℃條件下銅藻吸收氮磷營養(yǎng)鹽速率最快。本試驗中2 cm組幼苗培養(yǎng)5 d時，20、25 ℃組幼苗長度增長明顯高于15 ℃組，與張鵬等[14]的結果一致，而2 cm幼苗培養(yǎng)10、15、20 d及5 cm幼苗培養(yǎng)10 d時，溫度20 ℃條件下幼苗長度增長顯著快于其他溫度組，與楊安強等[18]、南春榮[23]等得出20 ℃時銅藻吸收營養(yǎng)鹽速率最快的觀點一致，即營養(yǎng)鹽吸收速率快相應的幼苗生長速率就快。

3.4 光強對銅藻幼苗生長的影響

對有性繁殖的銅藻幼苗生長來說，普遍認為3 500～6100 lx是最適光強[14,17-18]。而本試驗中發(fā)現(xiàn)，光強越大藻枝段增重越快，中、高光照8900、11 000 lx條件下斷枝幼苗增重顯著快于光照4500 lx，說明斷枝銅藻幼苗比有性繁殖幼苗適應更強光照。孫建璋等[13]在銅藻人工栽培試驗中，有性繁殖培育苗夾苗后有30 d左右停滯生長期，認為可能是夾苗傷害和光強變化適應調節(jié)。而本試驗中幼苗斷枝后停滯生長期很短，一周后就明顯生長，可能由于漂浮銅藻本是海底藻折斷后漂于海面行營養(yǎng)繁殖，因長期生長于強光下，幼苗已適應強光照，減少了恢復時間。因此，斷枝銅藻漂浮到海面后可以快速生長，這就解釋了為何浮于海面銅藻能很快成片的原因。