溫度、鹽度和光照強(qiáng)度對壇紫菜殼孢子放散的影響

陳曦飛

(福建省水產(chǎn)技術(shù)推廣總站，福建 福州 350003)

壇紫菜(Pyropiahaitanensis)隸屬紅藻門(Rhodophycophyta)、紅毛菜亞綱(Bangiophycidae)、紅毛菜目(Bangiales)、紅毛菜科(Bangiacesae)、Pyropia屬[1]，俗名紫菜、烏菜，屬暖溫帶性種類，是中國特有的紫菜栽培種，其年產(chǎn)量占全國紫菜年產(chǎn)量的75%以上。壇紫菜味美價廉，含有大量人體必需的氨基酸、礦物質(zhì)和維生素，是品質(zhì)極高的營養(yǎng)保健食品，素有“營養(yǎng)寶庫”的美稱。我國壇紫菜的栽培產(chǎn)區(qū)主要分布在浙江、福建和廣東沿海，其中福建省是壇紫菜的源產(chǎn)地和主產(chǎn)區(qū)[2]，福建福鼎、霞浦、平潭、莆田、惠安、漳浦等沿海一帶均盛產(chǎn)壇紫菜。2019年福建省的壇紫菜干品產(chǎn)量達(dá)8.08×104t，占全國總產(chǎn)量的80%以上。

開展壇紫菜的葉狀體栽培生產(chǎn)，首先需要“種子”來源，而壇紫菜的“種子”就是殼孢子。殼孢子從殼孢囊枝中被放散出來后，使其附著在人工基質(zhì)上的過程，即為“采殼孢子”。采殼孢子是壇紫菜栽培生產(chǎn)中一個不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。多年來，隨著人們對壇紫菜貝殼絲狀體成熟、殼孢子放散和附著規(guī)律的認(rèn)識不斷提高，采殼孢子的方法和技術(shù)獲得了不斷改進(jìn)與優(yōu)化，基本滿足了福建省壇紫菜的栽培生產(chǎn)需求[3-4]。但是，殼孢子的放散量大小也決定了生產(chǎn)上采苗成功與否，因此實(shí)現(xiàn)殼孢子放散量的人為控制是采殼孢子技術(shù)的關(guān)鍵。呂峰等[5]研究了移植量、光密度及溫度對條斑紫菜(Pyropiayezoensis)不同品系殼孢子放散量的影響；陳佩等[6]研究了環(huán)境條件對長紫菜(Pyropiadentata)殼孢子放散、附著和萌發(fā)的影響，結(jié)果都發(fā)現(xiàn)環(huán)境條件對紫菜殼孢子放散有顯著影響。目前，對條斑紫菜、長紫菜殼孢子放散的相關(guān)研究已見報(bào)道，但對壇紫菜的相關(guān)研究則僅局限于單因子影響實(shí)驗(yàn)，且處于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)階段，多因子交互作用對壇紫菜殼孢子放散量影響的研究未見報(bào)道。

本研究采用3因子5水平[L25(53)]的正交試驗(yàn)方法，探討了溫度、鹽度、光照強(qiáng)度對壇紫菜殼孢子放散量的影響，為進(jìn)一步優(yōu)化壇紫菜殼孢子采苗技術(shù)，提升壇紫菜采苗成功率和穩(wěn)定性提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用3因素5水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究海水溫度、鹽度及光照強(qiáng)度對壇紫菜殼孢子放散量的影響。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L25(53)[7]，實(shí)驗(yàn)共分為25組，每組3個平行(表1)。按照正交表確定每組的影響因素，在環(huán)境可控條件下進(jìn)行殼孢子的放散實(shí)驗(yàn)。

表1 壇紫菜殼孢子放散量的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Tab.1 Orthogonal experiment design table ofconchospore releasing of Pyropia haitanensis

續(xù)表1

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 實(shí)驗(yàn)材料

成熟壇紫菜貝殼苗種來自福建省金順豐水產(chǎn)良種有限公司，其種源來自寧波洞頭海區(qū)的栽培種。果孢子采集時間為2017年3月初，培養(yǎng)至9月1日其成熟度已達(dá)到放散要求。平均每組需要貝殼苗種2串(20個扇貝殼)，采用柏蘭妮液溶殼后鏡檢其殼孢囊枝發(fā)育情況，以確保各實(shí)驗(yàn)組苗種成熟度、密度一致。

1.2.2 材料和儀器

白盆75個、鹽度計(jì)2把、控光等4～5個、浮游生物計(jì)數(shù)框5塊、計(jì)數(shù)器4個、氣泵2個，注射器、移液槍、玻璃棒、吸管若干。

N117M生物顯微鏡4臺、控溫設(shè)施。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 預(yù)處理

2020年8月31日傍晚18：00，選取成熟度好、貝殼大小相近，單串掛有相同數(shù)量貝殼的壇紫菜貝殼絲狀體苗種300串，懸掛于船舷置于海上進(jìn)行自然流水刺激約10 h，9月1日凌晨4：00～5：00從海上取回。

1.3.2 條件準(zhǔn)備

按照預(yù)先設(shè)計(jì)備好25個實(shí)驗(yàn)組，且每組3個平行實(shí)驗(yàn)所需的白盆中加入滅菌海水并用氣泵持續(xù)曝氣，壇紫菜貝殼苗需要完全浸泡在海水中。將在海區(qū)刺激過的壇紫菜貝殼苗隨機(jī)分裝于75個白盆中，單個白盆中放置3串(30片)貝殼苗種。5 h后將白盆中的海水?dāng)噭泳鶆?，隨后取樣鏡檢。操作過程確保每組壇紫菜貝殼苗種放散時間相同，每個鏡檢樣本不少于10 mL。

1.3.3 取樣計(jì)數(shù)

在顯微鏡下用浮游生物計(jì)數(shù)框統(tǒng)計(jì)殼孢子放散量，觀察殼孢子細(xì)胞形態(tài)。具體方法為用移液槍將殼孢子水?dāng)噭泳鶆蚝?，? mL孢子水滴入浮游生物計(jì)數(shù)框中央方型凹槽中，適當(dāng)攪動樣品使其均勻填滿凹槽，并計(jì)算100個格子內(nèi)的殼孢子數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析處理

采用SPSSAU分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用三因素方差分析方法比較各因素對殼孢子放散量的影響。采用方差分析，研究主影響因子對各實(shí)驗(yàn)組的影響程度。當(dāng)P<0.05時認(rèn)為影響顯著，當(dāng)P<0.01時認(rèn)為影響極顯著。

2 結(jié)果

2.1 三因素方差分析

利用三因素方差分析研究溫度(℃)、鹽度和光照強(qiáng)度(Lux)對殼孢子放散量的影響關(guān)系。從表2中可以看出溫度對殼孢子放散量的影響呈現(xiàn)出顯著性(F=8.584，P=0.002<0.05)，說明存在主效應(yīng)。鹽度對殼孢子放散量的影響沒有呈現(xiàn)出顯著性(F=1.073，P=0.412>0.05)，說明鹽度并不會對放散量平均值產(chǎn)生影響。照度對殼孢子放散量的影響沒有呈現(xiàn)出顯著性(F=0.585，P=0.680>0.05)，也說明照度并不會對放散量平均值產(chǎn)生影響。結(jié)果顯示，溫度會對殼孢子放散產(chǎn)生顯著影響，在正交試驗(yàn)中是一階主效應(yīng)，照度、鹽度有交互作用，但影響不顯著。

表2 三因素方差分析結(jié)果Tab.2 Results of three factor ANOVA

2.2 溫度對放散量影響的方差分析

溫度對壇紫菜殼孢子放散量影響方差分析結(jié)果見表3，利用單因素方差分析研究溫度對殼孢子放散量的差異影響。結(jié)果顯示：溫度對放散量的影響呈現(xiàn)極顯著水平(F=9.215，P=0.000<0.01)，殼孢子放散的最適溫度為26℃，在32℃溫度下則出現(xiàn)次高峰(圖1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對壇紫菜殼孢子放散影響極顯著，因此選擇或控制適宜的溫度對采苗效果至關(guān)重要，在控制其他環(huán)境因素相同的情況下，在26℃的環(huán)境溫度下壇紫菜殼孢子放散量最大。

表3 溫度和放散量方差分析結(jié)果Tab.3 Analysis of variance results of temperature and conchospore releasing

2.3 三因素之間的交互影響

由于溫度、鹽度和光照強(qiáng)度三個因素中，溫度作為主效應(yīng)存在，鹽度、光照強(qiáng)度影響不顯著，因此，對比溫度和鹽度、溫度和光照強(qiáng)度的二階交互作用更有意義。經(jīng)比對，溫度和鹽度、溫度和光照強(qiáng)度的二階交互作用差異不顯著(P>0.05)，當(dāng)最適溫度為26℃時，在鹽度1.018～1.023、光照強(qiáng)度5 000～8 000 Lux下，壇紫菜殼孢子放散量最大。

2.4 殼孢子細(xì)胞形態(tài)

細(xì)胞觀察顯示，溫度26℃實(shí)驗(yàn)組放散出的殼孢子細(xì)胞個體大，色素體飽滿且顏色較深，呈規(guī)則的圓形；溫度29℃實(shí)驗(yàn)組放散出的殼孢子細(xì)胞色素體出現(xiàn)一定程度的萎縮，顏色變淡；溫度32℃實(shí)驗(yàn)組放散出的殼孢子極小，且細(xì)胞畸形，部分細(xì)胞可見質(zhì)膜破裂，色素體溢出，細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到破壞(圖2)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，29℃以上的水溫可能會對壇紫菜殼孢子細(xì)胞結(jié)構(gòu)造成影響，32℃及以上的水溫將對殼孢子細(xì)胞產(chǎn)生不可逆的損傷。

3 討論

3.1 溫度對殼孢子放散起關(guān)鍵作用

傳統(tǒng)養(yǎng)殖技術(shù)認(rèn)為，南方海區(qū)水溫下降到28℃以下時，壇紫菜絲狀體可以放散殼孢子，在生產(chǎn)過程中，通常以溫度作為判斷采苗時間的依據(jù)[8]。因此，溫度在壇紫菜采殼孢子生產(chǎn)中起決定性作用。本文研究結(jié)果顯示，溫度對壇紫菜殼孢子的放散量影響顯著，壇紫菜殼孢子放散的最優(yōu)溫度條件為26℃。許璞等[9]研究表明壇紫菜絲狀體釋放殼孢子的適溫范圍為25.0～27.5℃，與本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。本研究中，溫度32℃實(shí)驗(yàn)組的殼孢子放散量出現(xiàn)了第二高峰，這可能是由于高溫對貝殼絲狀體的結(jié)構(gòu)造成了破壞，殼孢子非正常放散，而放散出的殼孢子細(xì)胞結(jié)構(gòu)已受到嚴(yán)重破壞，畸形、破損的殼孢子顯然難以實(shí)現(xiàn)成功采苗。相比之下，26℃實(shí)驗(yàn)組放散的殼孢子細(xì)胞個體較大、色素體飽滿且顏色較深，判斷其能夠更好地進(jìn)行光合作用，顯示出較為健康的生命體征，有利于后續(xù)的附著和萌發(fā)。因此，福建省閩東地區(qū)在白露前后、閩南地區(qū)在秋分前后，海水溫度降低至26～28℃時進(jìn)行殼孢子采苗生產(chǎn)，能夠獲得更好的采苗效果[4]，本實(shí)驗(yàn)結(jié)論與生產(chǎn)應(yīng)用相符。

3.2 鹽度(比重)、光照強(qiáng)度對殼孢子放散有影響但不顯著

國內(nèi)外有關(guān)海水鹽度(比重)和光照強(qiáng)度對壇紫菜殼孢子放散影響的研究較少。傳統(tǒng)的壇紫菜育苗、養(yǎng)殖技術(shù)指出，壇紫菜貝殼絲狀體在鹽度較高海區(qū)、正午時分殼孢子放散量達(dá)到高峰。

本實(shí)驗(yàn)研究表明，鹽度對壇紫菜殼孢子放散量影響不顯著，對溫度因素的交互作用影響不顯著，在26℃的適宜溫度下，鹽度1.018～1.023適合壇紫菜殼孢子放散，特別是1.020能夠讓放散量達(dá)到高峰。崔廣法等[10]研究了海水比重對條斑紫菜絲狀體放散殼孢子和殼孢子附著的影響，認(rèn)為條斑紫菜絲狀體正常放散殼孢子的海水比重范圍在1.018～1.025之間，這與本文結(jié)論相符。福建省的壇紫菜主產(chǎn)區(qū)多位于灘涂或淺海，鹽度較適宜壇紫菜殼孢子放散，因此在自然海區(qū)采殼孢子苗可不考慮鹽度因素；而在室內(nèi)采殼孢子苗生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意取水鹽度，避免用河口區(qū)低鹽海水或淡水進(jìn)行采殼孢子苗，為實(shí)現(xiàn)良好的采苗效果創(chuàng)造有利條件。

曾呈奎等[11]在研究紫菜殼孢子的形成和放散條件及放散周期性時，發(fā)現(xiàn)了光照強(qiáng)度對紫菜殼孢子放散的影響也是顯然存在的，因?yàn)橛辛斯庹諚l件，貝殼絲狀體就能進(jìn)行光合作用，細(xì)胞液的滲透壓因糖含量的增加而增加，橫壁因而存在破裂或融化的可能，從而有助于殼孢子的放散。本研究結(jié)果表明，在26℃的適宜溫度下，光照強(qiáng)度5 000～8 000 Lux適宜壇紫菜殼孢子放散，特別是7 000～8 000 Lux的光照強(qiáng)度能夠讓放散量達(dá)到高峰，這與楊玲等[12]研究溫度、光強(qiáng)和密度對條斑紫菜殼孢子放散的影響結(jié)果類似，即極強(qiáng)或極弱的光都會阻礙殼孢子放散。但在前人報(bào)道的光照強(qiáng)度對條斑紫菜、長紫菜殼孢子放散量的影響中，多認(rèn)為57 μmol·(m2·s)-1(光源為白熾燈的情況下，約相當(dāng)于4 500 Lux)是條斑紫菜、長紫菜殼孢子放散最適宜的光照強(qiáng)度條件，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同，可能是由于不同紫菜的種間差異，壇紫菜的光合作用強(qiáng)度較強(qiáng)，較強(qiáng)的光照強(qiáng)度能夠促進(jìn)殼孢子放散。右田清治[13]的研究表明，在5 000～10 000 Lux的高照度下條斑紫菜的殼孢子附著最多，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果接近。因此，在生產(chǎn)上，在自然海區(qū)采壇紫菜殼孢子應(yīng)避免在正午日照最強(qiáng)的情況下進(jìn)行，應(yīng)在日出前將流水刺激后的壇紫菜貝殼苗置于養(yǎng)殖輔助船的采苗倉中，不斷沖水刺激殼孢子放散，在放散量達(dá)到采苗要求后，將含有大量殼孢子的海水潑灑入掛好苗繩的海區(qū)；而室內(nèi)采殼孢子苗應(yīng)充分利用遮陽網(wǎng)、涂料或其他措施將光照強(qiáng)度控制在5 000～8 000 Lux范圍內(nèi)，有利于促進(jìn)殼孢子放散。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度對壇紫菜殼孢子的放散產(chǎn)生一階主效效應(yīng)，且影響顯著；鹽度、光照強(qiáng)度的影響不顯著。在適宜溫度下，鹽度、光照強(qiáng)度對殼孢子放散具有交互作用，適宜的鹽度和光照強(qiáng)度則能夠進(jìn)一步促進(jìn)殼孢子放散。壇紫菜殼孢子放散的最適溫度為26℃、鹽度1.018～1.023、光照強(qiáng)度5 000～8 000 Lux。因此在室內(nèi)采殼孢子的環(huán)境因子處在可控條件下，建議采取相應(yīng)措施將環(huán)境因子控制在上述范圍。反之，水溫處于29℃以上不適宜進(jìn)行采苗生產(chǎn)。但1.018以下的低鹽度、1.023以上高鹽度、5 000 Lux以下光照強(qiáng)度或10 000 Lux光照強(qiáng)度均未對壇紫菜殼孢子放散量產(chǎn)生顯著影響，因此鹽度和光照強(qiáng)度不是影響殼孢子采苗生產(chǎn)的必要條件。