養(yǎng)殖池塘中3種常見水草的葉綠素?zé)晒馓卣鞅容^

陶菊紅 韓曉磊 袁靜雯 曹亞男 張濤

摘要：以養(yǎng)殖池塘中常見的3種沉水水草為材料，通過調(diào)制熒光技術(shù)研究了不同物種水草的葉綠素?zé)晒馓卣鳌＝Y(jié)果表明：在給定的光照度下[130 μmol/（m2·s）]，伊樂藻和金魚藻實(shí)際量子效率（ΔF/F′m）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）均顯著高于苦草;在快速光曲線參數(shù)中，伊樂藻和金魚藻相對(duì)電子傳遞速率（rETR）、快速光曲線初始斜率（α）、半飽和高光強(qiáng)（Ik）和最大相對(duì)電子傳遞速率（Pm）也顯著高于苦草;誘導(dǎo)曲線參數(shù)非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）的結(jié)果與之有所不同，金魚藻和苦草相似且均高于伊樂藻樣品。結(jié)果表明，不同水草物種具有各自的葉綠素?zé)晒馓卣?，其中伊樂藻和金魚藻對(duì)光能的利用效率相對(duì)較高，伊樂藻能夠適應(yīng)相對(duì)高的光照條件，而苦草則更適合在較低光照條件下培植。

關(guān)鍵詞：水草;養(yǎng)殖池塘;葉綠素?zé)晒?光照

中圖分類號(hào)：S917.3 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）10-0198-04

收稿日期：2020-01-14

基金項(xiàng)目：蘇州市科技計(jì)劃（編號(hào)：SNG2017073）。

作者簡(jiǎn)介：陶菊紅（1981—），女，江蘇蘇州人，博士，助理研究員，主要從事植物學(xué)研究。E-mail：taojuhong@126.com。

通信作者：張 濤，博士，副研究員，主要從事植物學(xué)研究。E-mail：zhangtofy@163.com。

水草的人工栽培在水產(chǎn)養(yǎng)殖中起到重要作用，是池塘生態(tài)養(yǎng)殖的關(guān)鍵措施[1-3]。人工栽培水草在池塘養(yǎng)殖中具有多重功能，其一是可以作為養(yǎng)殖動(dòng)物的天然餌料，常見的有伊樂藻（Elodea nattalii）、苦草（Vallisneria spiralis）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）、輪葉黑藻（Hydrilla verticillata）等[3-4];其二是水草的栽培能夠改善和提高養(yǎng)殖水體環(huán)境，通過吸收水體中的有害物質(zhì)，有效阻止水體富營(yíng)養(yǎng)化，還可通過光合作用生成氧氣以供養(yǎng)殖魚蝦蟹等的生長(zhǎng)[5-7];其三是能夠?yàn)轲B(yǎng)殖動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所，使魚、蝦、蟹等能夠順利完成生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵階段[2，4，8]。

隨著社會(huì)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中越來越注重生態(tài)元素，循環(huán)養(yǎng)殖技術(shù)也得到大力發(fā)展，其中養(yǎng)殖池塘中水草的應(yīng)用是凈化水質(zhì)的有效手段，得到從業(yè)者及水產(chǎn)科研人員的關(guān)注。江蘇省目前主要栽培的水草物種比較多，常見的有伊樂藻、苦草、金魚藻、水花生等[2]，這些水草具有不同的生物學(xué)特征。不同的水草在養(yǎng)殖池塘中所起的作用也有差異，生產(chǎn)實(shí)踐表明，作為沉水性水生維管束植物，伊樂藻、金魚藻等對(duì)溫度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，往往是池塘養(yǎng)殖的優(yōu)勢(shì)水草物種;苦草可供水生動(dòng)物攝食，能夠起到天然餌料和水質(zhì)調(diào)節(jié)的雙重作用[2，9-10]。因此，如何根據(jù)水草的物種特性進(jìn)行科學(xué)的組合栽培，充分發(fā)揮水草在池塘養(yǎng)殖領(lǐng)域的生態(tài)作用已成為水產(chǎn)生態(tài)養(yǎng)殖中的重要課題?，F(xiàn)有的研究主要集中在水草的栽培數(shù)量、物種等方面，保持適宜的水草生物量能夠維持良好的水質(zhì)[10]，在降低養(yǎng)殖蝦蟹等發(fā)病率的同時(shí)，還能夠提高其品質(zhì)和產(chǎn)量[8]。徐增洪等研究表明，不同物種水草合理搭配對(duì)池塘養(yǎng)殖生態(tài)的調(diào)節(jié)作用更佳，而且認(rèn)為水草栽培面積應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶榭刂芠4]。

盡管人工移植水草在池塘生態(tài)養(yǎng)殖方面的重要性得到越來越多的重視，但是生產(chǎn)上仍存在一定的問題，例如多數(shù)養(yǎng)殖池塘以水草自然生長(zhǎng)為主，而且選用水草物種單一或者組合效果不佳等等，其中一個(gè)重要的原因是對(duì)水草生物學(xué)特征的研究較少。養(yǎng)殖池塘中水草的生長(zhǎng)狀態(tài)與其光合生理活性密切相關(guān)，因此研究不同水草物種光合生理過程，將有助于優(yōu)化栽培物種的組合以及控制其生物量。

1 材料與方法

1.1 供試材料

于2018年10月13日江蘇省蘇州市相城區(qū)蝦蟹養(yǎng)殖池塘中采集3種人工主要栽培水草：伊樂藻、金魚藻和苦草，將樣品采集后置于水桶中隨即送至實(shí)驗(yàn)室處理。首先用自來水清洗，除去表面雜質(zhì)，隨后選取健康水草置于干凈水體中，于自然光照，水溫為 20 ℃條件下，待進(jìn)行葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定。

1.2 葉綠素?zé)晒馓卣鳒y(cè)定

采用葉綠素?zé)晒鈨x（Water-PAM，德國(guó)）測(cè)定樣品。所設(shè)參數(shù)如下：

實(shí)際量子效率（ΔF/Fm′）：將光纖探頭垂直對(duì)準(zhǔn)水草葉片表面進(jìn)行測(cè)定。參照培養(yǎng)時(shí)環(huán)境光照強(qiáng)度，首先提供0.3 μmol/（m2·s）調(diào)制紅光和 130 μmol/（m2·s） 活化光，穩(wěn)定后即測(cè)得樣品實(shí)時(shí)熒光值Ft[11];隨后提供0.8 s、4 000 μmol/（m2·s）左右的飽和脈沖光，測(cè)得樣品最大熒光值Fm′。將所得熒光值代入以下方程計(jì)算光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的實(shí)際量子效率：

ΔF/Fm′=（Fm′-Ft）/Fm′。

快速光曲線（RLC）：設(shè)定儀器連續(xù)為樣品提供8個(gè)光照度：90、140、210、310、480、710、1 000、1 400 μmol/（m2·s）。每個(gè)光照度持續(xù)照射20 s，以保證Ft能夠達(dá)到穩(wěn)態(tài)，隨后施加0.8 s的 4 000 μmol/（m2·s） 飽和脈沖光，測(cè)得此時(shí)樣品的最大熒光值Fm′。

相對(duì)電子傳遞速率（rETR）計(jì)算公式如下：

rETR=ΔF/Fm′×PFD×0.5×0.84。

式中：系數(shù)0.84表示環(huán)境光量子的84%被樣品吸收，PFD是光子通量密度。

以PFD和rETR的值分別作為x、y軸作圖，即得到快速光曲線（RLC）。參照Platt等的方法[12]對(duì)RLC進(jìn)行擬合，計(jì)算出初始效率（α），最大相對(duì)電子傳遞速率（Pm）和半飽和光強(qiáng)（Ik）等參數(shù)，計(jì)算公式如下：

P=Pm（1-e-αPAR/Pm）·e-βPAR/Pm;

Ik=Pm/α。

式中，PAR為光照度，β為光抑制參數(shù)。

誘導(dǎo)曲線：首先將樣品進(jìn)行暗適應(yīng)30 min，目的是使得PSⅡ處于完全開放狀態(tài)。之后打開測(cè)量光[光照度約0.3 μmol/（m2·s）]，測(cè)得最小熒光值（Fo），然后提供0.8 s的4 000 μmol/（m2·s）飽和脈沖光，此時(shí)得到最大熒光值（Fm），隨后關(guān)閉光源，40 s后打開活化光[光照度138 μmol/（m2·s）]，之后每隔20 s照射1次與之前相同強(qiáng)度的飽和脈沖光，直至最大熒光值（Fm′）和最小熒光值（Fo′）均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[13]。采集得到的熒光值經(jīng)以下公式計(jì)算光化學(xué)猝滅（qP）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）：

qP=（Fm′-F）/（Fm′-Fo′）;

NPQ=（Fm-Fm′）/Fm′。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

所有試驗(yàn)中，均設(shè)3～5個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（n≥3），對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，以0.05為顯著差異水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣品實(shí)際量子效率

試驗(yàn)給定的130 μmol/（m2·s）活化光下，不同水草的實(shí)際量子效率（ΔF/Fm′）存在差異（圖1），其中伊樂藻和金魚藻樣品的ΔF/Fm′相差不大，均在0.45左右，苦草樣品ΔF/Fm′最低，約為0.08，顯著低于伊樂藻和金魚藻樣品（P<0.05）。

2.2 不同樣品快速光曲線結(jié)果

由圖2可知，隨著光照度的上升，所有樣品的相對(duì)電子傳遞速率均表現(xiàn)為低光照度下快速上升，待達(dá)到一定光照度時(shí)保持較為穩(wěn)定的變化特點(diǎn)，這符合光合植物的rETR特征。

不同水草RLC中rETR數(shù)值存在差異，相同光照條件下，金魚藻rETR最高，伊樂藻樣品次之，苦草樣品rETR顯著低于另外2種水草樣品（P<0.05）;而且，金魚藻和伊樂藻樣品rETR在光照度為 500～700 μmol/（m2·s） 時(shí)達(dá)到最大，而苦草rETR在 100 μmol/（m2·s） 左右達(dá)到最大值。

2.3 快速光曲線參數(shù)結(jié)果

伊樂藻和金魚藻樣品RLC的初始斜率差異不明顯（圖3-A），但均顯著高于苦草。最大相對(duì)電子傳遞速率（Pm）的計(jì)算結(jié)果顯示（圖3-B），金魚藻樣品Pm值最高，約為32，伊樂藻樣品Pm值15左右，苦草樣品Pm值最低，僅為5左右。半飽和光強(qiáng)（Ik）的計(jì)算結(jié)果（圖3-C）顯示，金魚藻的Ik值最高，伊樂藻次之，而苦草最低，其中金魚藻的Ik顯著高于苦草。

2.4 誘導(dǎo)曲線參數(shù)

圖4結(jié)果表明，在給定光照度為 138 μmol/（m2·s） 的條件下，伊樂藻和金魚藻的光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）在0.7左右，均顯著高于苦草;而非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）的結(jié)果則與之不同，金魚藻和苦草的NPQ較高，而伊樂藻最低。

3 討論

在池塘養(yǎng)殖過程中，已報(bào)道了人工栽培的多種水草物種，其中常見的沉水水草物種主要有伊樂藻、輪葉黑藻、金魚藻、苦草等[2，9]。這些水草物種因其原產(chǎn)地等原因表現(xiàn)出不同的環(huán)境適應(yīng)特征。伊樂藻原產(chǎn)美洲，對(duì)環(huán)境有著較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在春季、晚秋及冬季均能較好地生長(zhǎng)繁殖，而夏季隨著水溫的升高，伊樂藻的生長(zhǎng)受到抑制，嚴(yán)重高溫條件甚至?xí)?dǎo)致其死亡;金魚藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖的后期即初秋季節(jié)能夠成為占生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的物種;苦草主要分布于溫帶、熱帶地區(qū)，喜相對(duì)較高的溫度，同時(shí)還是河蟹喜歡的天然食物[2，10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，晚秋時(shí)間采集的3種水草物種葉綠素?zé)晒馓卣鞔嬖诓町?，這與其原產(chǎn)地環(huán)境特征密切相關(guān)，試驗(yàn)期水溫20 ℃左右，此時(shí)伊樂藻在較高的光照度下能夠保持較高的實(shí)際量子效率和光化學(xué)淬滅系數(shù)，同時(shí)也具備較高的半飽和光強(qiáng)，說明在這一季節(jié)，伊樂藻對(duì)光照條件有著更好的適應(yīng)能力;本試驗(yàn)中金魚藻能夠在給定的光照度下保持較高的實(shí)際量子效率，但非光化學(xué)猝滅系數(shù)較高，意味著此時(shí)金魚藻需要通過對(duì)吸收的光能進(jìn)行調(diào)節(jié)分配，來提高熱耗散以適應(yīng)光照度的升高;在本試驗(yàn)條件下，苦草的光能利用效率處于比較低的水平，表明與其他2個(gè)水草物種比較，苦草更適應(yīng)較低的光強(qiáng)環(huán)境，光照度過高會(huì)導(dǎo)致苦草對(duì)光能的利用效率降低，同時(shí)也明顯提高了熱耗散所占的比例。

養(yǎng)殖池塘除隨季節(jié)而產(chǎn)生的水溫變化外，水體的光照條件也是關(guān)鍵的環(huán)境因素。實(shí)際生產(chǎn)表明，養(yǎng)殖池塘水體的透光度受多種因素影響，一般是通過施加足量餌料來調(diào)節(jié)透光度，此時(shí)養(yǎng)殖蝦蟹覓食活動(dòng)會(huì)攪渾池水，降低透光度;此外施加微生物制劑，減少腐生細(xì)菌的大量繁殖等也可調(diào)節(jié)水體的透光度[2]，然而這些方法的使用均會(huì)影響水草生長(zhǎng)環(huán)境的光照條件。并且水草如果過量生長(zhǎng)或栽植除了影響魚蝦蟹的生長(zhǎng)外[3-4，8]，也會(huì)降低水體的透光度，因此需要人為進(jìn)行打撈以保證較好的生長(zhǎng)環(huán)境和光照條件，以發(fā)揮更好的生態(tài)積極效用。對(duì)3種沉水水草的葉綠素?zé)晒馓卣餮芯靠赏浦翗吩迥軌蜻m應(yīng)較強(qiáng)的光強(qiáng)，可以栽培在透光度較好的區(qū)域，金魚藻能夠通過調(diào)節(jié)對(duì)吸收光能的分配以適應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)的變化，可以主要栽培在透光度中等的區(qū)域，而苦草更適應(yīng)低光照條件，透光度較低的區(qū)域是其生長(zhǎng)的適宜區(qū)域。

在養(yǎng)殖池塘中水草的人工栽培是影響魚蝦蟹生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素，通過對(duì)其光合生理的研究將有助于更清楚地了解不同水草物種的適宜栽培條件，包括栽培季節(jié)、栽培區(qū)域等，進(jìn)而可以通過物種的良好搭配，形成適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)養(yǎng)殖池塘中魚、蝦、蟹的優(yōu)質(zhì)生長(zhǎng)。

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