蔣雯雯,田相利,董雙林,王青林,李 英

(中國海洋大學(xué)海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266003)

營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)菊花江蘺和細(xì)基江蘺繁枝變型生長、生化組成及生理的影響研究

蔣雯雯,田相利＊＊,董雙林,王青林,李 英

(中國海洋大學(xué)海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266003)

在實(shí)驗(yàn)室條件下,對(duì)比研究了營養(yǎng)鹽濃度變化對(duì)菊花江蘺(Gracilaria lichenoides)和細(xì)基江蘺繁枝變型(G.tenuistipitatavar.liui)的生長、生化組成和生理的影響。結(jié)果表明,不同的營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺的生長、藻體藻紅素、葉綠素a、總碳、總氮含量、硝酸還原酶以及過氧化氫酶活性影響有所不同。菊花江蘺生長在中等濃度(45μmol/L)的營養(yǎng)鹽條件下最佳,而細(xì)基江蘺繁枝變型的生長反應(yīng)則依前期環(huán)境中營養(yǎng)鹽水平不同而有所差異?？傮w上看,當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度由3μmol/L變動(dòng)為45和150μmol/L時(shí),2種江蘺藻體藻紅素、葉綠素a、總碳和總氮含量以及硝酸還原酶的活性均有所提高;而當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度由45和150μmol/L變動(dòng)為3μmol/L時(shí),2種江蘺藻體的上述指標(biāo)則有所下降。營養(yǎng)鹽濃度45和150μmol/L的相互變動(dòng)對(duì)2種江蘺硝酸還原酶的活性影響不大。隨著無機(jī)氮濃度的逐漸增加,過氧化氫酶的活性呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)。當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度由3μmol/L向150μmol/L變動(dòng)時(shí),2種江蘺過氧化氫酶活性顯著下降;而營養(yǎng)鹽濃度由150μmol/L向3μmol/L變動(dòng)時(shí),過氧化氫酶活性則有所增強(qiáng)。綜合比較表明,細(xì)基江蘺繁枝變型更容易受環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)的影響,對(duì)環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)的適應(yīng)能力可能要低于菊花江蘺。

菊花江蘺;細(xì)基江蘺繁枝變型;營養(yǎng)鹽變動(dòng);生長;生理;生化組成

近年來,隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展,由于養(yǎng)殖對(duì)象排泄物的腐化分解以及殘餌積累導(dǎo)致的養(yǎng)殖水域污染日趨嚴(yán)重。針對(duì)此種現(xiàn)狀,許多學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)一致認(rèn)為,解決養(yǎng)殖水體富營養(yǎng)化較有效的途徑就是在養(yǎng)殖水域混養(yǎng)大型海藻[1-2]。大型海藻在與養(yǎng)殖動(dòng)物進(jìn)行混養(yǎng)時(shí),既可以吸收水體中的N、P,緩解由于養(yǎng)殖對(duì)象排泄物分解以及餌料殘余而給水體帶來的污染,也可以釋放出O2,提高水體的溶解氧水平,促進(jìn)養(yǎng)殖對(duì)象的生長。此外,由于大型海藻對(duì)微藻還具有一定的抑制作用,因此對(duì)于養(yǎng)殖水體內(nèi)微藻的含量也能起到一定的調(diào)控作用[3]。在眾多的海藻群體中,江蘺以其適應(yīng)廣、生長快、營養(yǎng)儲(chǔ)存庫大等特點(diǎn)受到很多學(xué)者的關(guān)注,被廣泛混養(yǎng)于魚、蝦、貝類等不同種類的養(yǎng)殖系統(tǒng)中[4-6]。

目前國內(nèi)外關(guān)于環(huán)境因子對(duì)江蘺生長及營養(yǎng)鹽吸收的影響已有較多研究。如劉靜雯等在對(duì)細(xì)基江蘺繁枝變型(Gracilaria tenuistipitatavar.liui)的研究中發(fā)現(xiàn),光照和溫度均對(duì)其生長有顯著影響,其最適生長溫度在25℃左右[7]。吳超元等研究發(fā)現(xiàn),細(xì)基江蘺繁枝變型生長的適宜鹽度在21左右;無機(jī)氮營養(yǎng)鹽的濃度在4μmol/L左右,即可維持較快的生長率[8]。對(duì)于不同環(huán)境因子對(duì)江蘺N、P吸收速率的影響,許多學(xué)者也做了較深入的研究[9-10]。然而,在自然海域中,海水的溫度、鹽度、光照強(qiáng)度、p H值以及營養(yǎng)鹽濃度等環(huán)境因子都是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的[11],而這種動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境因子對(duì)江蘺的生長及營養(yǎng)鹽吸收的影響,至今還鮮有報(bào)道。

我國處在太平洋西岸,有豐富的江蘺資源,已鑒定清楚的約30多種[12-13]。其中,菊花江蘺(G.lichenoides)和細(xì)基江蘺繁枝變型是我國經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高、栽培比較廣泛的2種海藻,二者均隸屬于紅藻門(Rhodophyta)、真紅藻綱(Florideae)、杉藻目(Gigartinales)、江蘺科(Gracilaraceae)、江蘺屬(Gracilariae)。本研究在實(shí)驗(yàn)室條件下,以菊花江蘺和細(xì)基江蘺繁枝變型為實(shí)驗(yàn)材料,通過設(shè)置不同營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)方式,探討了不同形式營養(yǎng)鹽濃度的變化對(duì)2種江蘺的生長、生理和生化組成的影響,以期通過研究,為2種江蘺栽培的營養(yǎng)環(huán)境調(diào)控及其資源利用提供有益的參數(shù),并為不同水質(zhì)特點(diǎn)的養(yǎng)殖水域植物修復(fù)中江蘺種類的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用菊花江蘺和細(xì)基江蘺繁枝變型均取自廈門市不同海水養(yǎng)殖池塘,選擇健康藻體,除去表面附著物,最后用大量消毒海水沖洗后,放在室內(nèi)水族箱擴(kuò)大培養(yǎng),海水經(jīng)煮沸消毒后依照f/2培養(yǎng)液配方添加除氮、磷以外的微量營養(yǎng)元素。實(shí)驗(yàn)海水總無機(jī)氮和磷濃度分別為1.3和0.2μmol/L。每隔2 d更換海水1次,每天定時(shí)攪水8次;在實(shí)驗(yàn)開始前1周,選取藻體同一部位,把藻體分成0.1～0.5 g大小后暫養(yǎng)備用。

2種江蘺的培養(yǎng)條件為溫度(25±1)℃、光照強(qiáng)度120μmol/m-2·s、光周期14L∶10D、p H=8.0。鹽度設(shè)置則根據(jù)二者的鹽度適應(yīng)特性,分別設(shè)置為其生長最適鹽度,即菊花江蘺為鹽度30,細(xì)基江蘺繁枝變型為鹽度20[8,14],其中鹽度20以海水用蒸餾水進(jìn)行稀釋的方法獲得。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置了6個(gè)營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)組和3個(gè)營養(yǎng)鹽濃度恒定的對(duì)照組。其中,6個(gè)營養(yǎng)鹽變動(dòng)組分別為無機(jī)氮濃度從3μmol/L變動(dòng)到45和150μmol/L、45μmol/L變動(dòng)到3和150μmol/L以及150μmol/L變動(dòng)到3和45μmol/L,相應(yīng)的對(duì)照組無機(jī)氮濃度分別為3、45和150μmol/L(NO-3-N∶NH+4-N=1∶1),氮磷比均為15∶1,各組氮、磷以外的其它營養(yǎng)鹽成分采用f/2配方補(bǔ)充。其它實(shí)驗(yàn)條件同擴(kuò)大培養(yǎng)條件。每組設(shè)5個(gè)重復(fù),采用250 mL燒杯(200 mL培養(yǎng)液),每次實(shí)驗(yàn)均選取同一部位的藻體做實(shí)驗(yàn)材料,每個(gè)燒杯中加入相同部位的江蘺(0.5±0.01)g,每天更換培養(yǎng)液并定時(shí)搖動(dòng)培養(yǎng)瓶8次。

1.3 實(shí)驗(yàn)操作和指標(biāo)測(cè)定

實(shí)驗(yàn)開始后,先將菊花江蘺和細(xì)基江蘺繁枝變型分為低氮(總無機(jī)氮濃度為3μmol/L)、中氮(總無機(jī)氮濃度為45μmol/L)和高氮(總無機(jī)氮濃度為150 μmol/L)3組,并分別在總無機(jī)氮濃度為3、45和150 μmol/L的條件下培養(yǎng)10 d,10 d后測(cè)定各處理組江蘺的特定生長率SGR,并從中選取(0.5±0.01)g進(jìn)行營養(yǎng)鹽變動(dòng)實(shí)驗(yàn),剩余的江蘺用于測(cè)定藻紅素、葉綠素含量,藻體中總碳、總氮所占比例,硝酸還原酶和過氧化氫酶的活性。進(jìn)行營養(yǎng)鹽變動(dòng)后的江蘺再培養(yǎng)10 d,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再次測(cè)定其特定生長率、葉綠素、藻紅素含量,藻體中總碳、總氮所占比例,以及硝酸還原酶和過氧化氫酶的活性。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 藻體濕質(zhì)量特定生長率 以下式計(jì)算江蘺的特定生長率:

SGR=(lnWt-lnWo)/t×100%

式中,Wo為初始藻的鮮質(zhì)量(g),Wt為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻的鮮質(zhì)量(g),t為實(shí)驗(yàn)持續(xù)的天數(shù)。

1.4.2 藻紅素含量 藻體樣品用消毒海水快速?zèng)_洗,吸干水分,取0.1 g藻體(鮮質(zhì)量),加0.1 mol· L-1的磷酸緩沖液(p H=6.5),用玻璃研磨棒在冰浴上勻漿,定容至6 mL。粗提液用臺(tái)式離心機(jī)4℃、4 000 r/min離心20 min,上清液以磷酸緩沖液為對(duì)照,在分光光度計(jì)上測(cè)定565 nm的光密度,沉淀用于葉綠素a的分析。藻紅素含量(PE)用下列公式[15]計(jì)算:

PE=12.4A565×Ve/(I×W×1 000)

式中,PE為藻紅素的濃度(mg/g),12.4是藻紅素吸收系數(shù)的倒數(shù)(mg/L),A565是樣品在565 nm處的光密度值,Ve是萃取液的體積(6 mL),I是比色皿的光徑(cm),W是樣品的鮮質(zhì)量(g)。

1.4.3 葉綠素a含量 參照Moran等[16]方法,在上述沉淀物中加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)并定容至6 mL,于4℃萃取24 h,然后用臺(tái)式離心機(jī)4℃、4 000 r/min離心10 min,以DMF為對(duì)照在分光光度計(jì)上分別測(cè)定625,647,664和750 nm處的光密度值,其中750 nm處的光密度值是用于校正其他物質(zhì)的吸收值。葉綠素a含量(Chla)用下列公式進(jìn)行計(jì)算:

Chla=(12.65A664-2.99A647-0.04A625)×Ve/(I ×W×1 000)

式中,Chla為葉綠素a的濃度(mg/g),A664、A647、A625分別是樣品在625、647和664 nm處的光密度值, Ve是萃取液的體積(6 mL),I是比色皿的光徑(cm), W是樣品的鮮質(zhì)量(g)。

1.4.4 總碳和總氮含量 藻體樣品用消毒海水快速?zèng)_洗,吸干水分,然后置于65℃烘箱中進(jìn)行烘干,用Vario EL III型元素分析儀測(cè)定藻體中總碳和總氮的含量。

1.4.5 藻體硝酸還原酶和過氧化氫酶的活力 硝酸還原酶的活力采用離體法進(jìn)行測(cè)定,具體方法參見張志良等[17]。過氧化氫酶的活力使用南京建成試劑公司過氧化氫酶檢測(cè)試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

所得數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0進(jìn)行分析,不同處理組間使用單因素方差分析和Duncan多重比較進(jìn)行分析,以P<0.05作為差異顯著性水平。

2 結(jié)果

2.1 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的生長情況

各處理江蘺的特定生長率情況如圖1所示。細(xì)基江蘺繁枝變型在由擴(kuò)大培養(yǎng)轉(zhuǎn)入N濃度3,45和150 μmol/L后的前10 d,顯示了較高的生長率,顯著高于后10 d的生長速率(P<0.05);菊花江蘺前10 d的生長與后10 d相比,則在N濃度為45和150μmol/L時(shí)顯示了較好的生長(P<0.05)。兩者相比,細(xì)基江蘺繁枝變型前期的特定生長率略大于菊花江蘺。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)之后,細(xì)基江蘺繁枝變型的特定生長率顯著下降(P<0.05)。在6個(gè)營養(yǎng)鹽變動(dòng)處理中,N濃度由3～45μmol/L變動(dòng)組和150～3 μmol/L變動(dòng)組的特定生長率顯著高于其他處理組(P <0.05)。菊花江蘺的特定生長率雖也有所下降,但其3～45μmol/L變動(dòng)組與前10d的實(shí)驗(yàn)相比,其特定生長率有顯著地上升(P<0.05);45μmol/L恒定處理組和150～45μmol/L變動(dòng)組的特定生長率也顯著高于其他處理組(P<0.05)。其中,菊花江蘺的特定生長率要高于細(xì)基江蘺繁枝變型。

圖1 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺特定生長率的影響Fig.1 Effects of nutrient concentration changes on SGR of two species ofGracilariae

2.2 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的藻紅素含量

各處理江蘺的藻紅素含量如圖2所示。在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,細(xì)基江蘺繁枝變型藻紅素的含量隨營養(yǎng)鹽濃度的增大而增大,其中3和45μmol/L處理組的差異不顯著(P>0.05);菊花江蘺藻紅素的含量也隨營養(yǎng)鹽濃度的增大而增大,其中3μmol/L與150μmol/L處理組的差異顯著(P<0.05);細(xì)基江蘺繁枝變型藻紅素的含量略高于菊花江蘺。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型的3～45μmol/L變動(dòng)組、45μmol/L恒定組和150μmol/ L恒定組這3個(gè)處理組的藻紅素含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組(P<0.05),其中45μmol/L恒定組與45～150 μmol/L變動(dòng)組之間藻紅素含量差異不顯著(P> 0.05)。菊花江蘺的3～150μmol/L變動(dòng)組、45～150 μmol/L變動(dòng)組和150μmol/L恒定組這3個(gè)處理組的藻紅素含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組(P<0.05),其中150～45μmol/L變動(dòng)組和150μmol/L恒定組之間藻紅素含量差異不顯著(P>0.05)。

圖2 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺藻紅素含量的影響Fig.2 Effects of nutrient concentration changes on the content of PE of two species ofGracilariae

2.3 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的葉綠素a含量

各處理江蘺的葉綠素a含量如圖3所示,在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,營養(yǎng)鹽濃度為45μmol/L時(shí),細(xì)基江蘺繁枝變型葉綠素的含量最高,與其他2個(gè)處理差異顯著(P <0.05);菊花江蘺的葉綠素含量與細(xì)基江蘺繁枝變型的變化一致,也是在營養(yǎng)鹽濃度為45μmol/L時(shí)含量最高,并與其他2個(gè)處理差異顯著(P<0.05),但其各處理組的葉綠素含量低于細(xì)基江蘺繁枝變型。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型的3～150μmol/L變動(dòng)組、45～150μmol/L變動(dòng)組和150～45μmol/L變動(dòng)組這3個(gè)處理組的葉綠素含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組(P<0.05)。菊花江蘺的3～45 μmol/L變動(dòng)組和45～150μmol/L變動(dòng)組這2個(gè)處理組的葉綠素含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組,而150～3 μmol/L變動(dòng)組、150～45μmol/L變動(dòng)組和150μmol/ L恒定組這3個(gè)處理組之間葉綠素的含量無顯著差異(P>0.05)。在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)之后,細(xì)基江蘺繁枝變型的葉綠素含量仍大于菊花江蘺。

圖3 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺葉綠素a含量的影響Fig.3 Effects of nutrient concentration changes on the content of chlorophyll-aof two species ofGracilariae

2.4 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的總碳含量

各處理江蘺藻體的總碳含量如圖5所示。在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,細(xì)基江蘺繁枝變型中總碳的含量以45 μmol/L處理組最高,并與其他2個(gè)處理組有顯著差異(P<0.05);而菊花江蘺則以150μmol/L處理組的總碳含量最高,并與其他2個(gè)處理組有顯著差異(P< 0.05)。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型的45μmol/L恒定處理組和150～45μmol/L變動(dòng)組這2個(gè)處理組的總碳含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組(P< 0.05),而3～45μmol/L變動(dòng)組和3～150μmol/L變動(dòng)組這2個(gè)處理組間總碳的含量無顯著差異(P> 0.05)。菊花江蘺的3～150μmol/L變動(dòng)組、45～150 μmol/L變動(dòng)組和150～3μmol/L變動(dòng)組這3個(gè)處理組間總碳的含量顯著高于其對(duì)應(yīng)處理組(P<0.05),并且在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)之后,菊花江蘺的總碳含量略大于細(xì)基江蘺繁枝變型。

圖4 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺總碳含量的影響Fig.4 Effects of nutrient concentration changes on total carbon of two species ofGracilariae

2.5 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的總氮含量

各處理江蘺的總氮含量如圖5所示。在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,細(xì)基江蘺繁枝變型總氮的含量隨營養(yǎng)鹽濃度的升高而增大,各處理組間有顯著差異(P<0.05);而菊花江蘺則以45μmol/L處理組總氮的含量最高并與其他處理組有顯著差異(P<0.05)。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型的3～150μmol/L變動(dòng)組、45～150μmol/L變動(dòng)組和150 μmol/L恒定處理組總氮含量最高并與其他對(duì)應(yīng)組有顯著差異(P<0.05)。菊花江蘺的3～150μmol/L變動(dòng)組處理組與其對(duì)應(yīng)組有顯著差異(P<0.05),而45 μmol/L恒定組與45～150μmol/L變動(dòng)組、150μmol/ L恒定組與150～45μmol/L變動(dòng)組之間其總氮含量均無顯著差異(P>0.05)。

圖5 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺總氮含量的影響Fig.5 Effects of nutrient concentration changes on total nitrogen of two species ofGracilariae

2.6 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的硝酸還原酶活性

各處理江蘺的硝酸還原酶活性的變動(dòng)情況如圖6所示。在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,細(xì)基江蘺繁枝變型硝酸還原酶的活性隨營養(yǎng)鹽濃度的升高而增強(qiáng),各處理組之間有顯著差異(P<0.05);菊花江蘺以45μmol/L處理組硝酸還原酶活性最強(qiáng)并與其他處理組有顯著差異(P <0.05)。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型各處理組硝酸還原酶活性較前10 d實(shí)驗(yàn)均有顯著減弱(P<0.05),3～150μmol/L變動(dòng)組、45μmol/L恒定組和150～3μmol/L變動(dòng)組處理組硝酸還原酶活性略高于其對(duì)應(yīng)組,但3～45μmol/L變動(dòng)組與3～150 μmol/L變動(dòng)組之間無顯著差異(P>0.05),45μmol/ L恒定組與45～150μmol/L變動(dòng)組之間無顯著差異(P>0.05),150μmol/L恒定組、150～3μmol/L變動(dòng)組與150～45μmol/L變動(dòng)組之間均無顯著差異(P> 0.05)。菊花江蘺各處理組硝酸還原酶活性較前10 d實(shí)驗(yàn)也均有顯著減弱(P<0.05),其中45μmol/L恒定組與45～150μmol/L變動(dòng)組、150μmol/L恒定組與150～45μmol/L變動(dòng)組之間其硝酸還原酶活性無顯著差異(P>0.05)。

圖6 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺硝酸還原酶活性的影響Fig.6 Effects of nutrient concentration changes on NR activities of two species ofGracilariae

2.7 不同營養(yǎng)鹽變動(dòng)培養(yǎng)條件下2種江蘺的過氧化氫酶活性

各處理江蘺的過氧化氫酶活性的變動(dòng)情況如圖8所示。在前10 d的實(shí)驗(yàn)中,細(xì)基江蘺繁枝變型過氧化氫酶的活性隨營養(yǎng)鹽濃度的增大而逐漸降低,各處理組之間差異(P<0.05);菊花江蘺過氧化氫酶活性的變化趨勢(shì)與細(xì)基江蘺繁枝變型的變化趨勢(shì)一致,隨營養(yǎng)鹽濃度的增大而逐漸降低,各處理組之間差異(P< 0.05)。

在營養(yǎng)鹽濃度進(jìn)行變動(dòng)后,細(xì)基江蘺繁枝變型的3 μmol/L恒定組過氧化氫酶活性顯著高于其對(duì)應(yīng)組(P <0.05),45～3μmol/L變動(dòng)組過氧化氫酶活性雖較高但與45μmol/L恒定組間無顯著差異(P>0.05),同樣過氧化氫酶具有較高活性的150～45μmol/L變動(dòng)組處理組和150～3μmol/L變動(dòng)組間也無顯著差異(P> 0.05)。菊花江蘺3～45μmol/L變動(dòng)組、45～3μmol/L變動(dòng)組和150μmol/L恒定組過氧化氫酶活性較高一些,其中3～45μmol/L變動(dòng)組與3～150μmol/L變動(dòng)組間有顯著差異(P<0.05),45～3μmol/L變動(dòng)組與45～150 μmol/L變動(dòng)組間有顯著差異(P<0.05),150μmol/L恒定組150～3μmol/L變動(dòng)組與150～45μmol/L變動(dòng)組間無顯著性差異(P>0.05)。

圖7 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺過氧化氫酶活性的影響Fig.7 Effects of nutrient concentration changes on CAT activities of two species ofGracilariae

3 討論

3.1 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺生長的影響

在自然條件下,海水的溫度、鹽度、p H及營養(yǎng)鹽濃度均是動(dòng)態(tài)變化的[11]。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),海水溫度和鹽度的波動(dòng)對(duì)藻類的生長具有重要的影響[18-19]。本研究結(jié)果表明,營養(yǎng)鹽不同程度的變動(dòng)顯著影響江蘺的生長,并且不同種類的江蘺對(duì)營養(yǎng)鹽變動(dòng)的生長上的反應(yīng)也有所不同。在從擴(kuò)大培養(yǎng)的低營養(yǎng)鹽濃度(總無機(jī)氮1.3μmol/L)介質(zhì)轉(zhuǎn)入相對(duì)高的營養(yǎng)鹽介質(zhì)(總無機(jī)氮3～150μmol/L)初期(前10 d),細(xì)基江蘺繁枝變型生長顯著加快,但隨著時(shí)間的延長以及營養(yǎng)鹽濃度的進(jìn)一步變動(dòng),其生長速度則顯著下降。相比之下,菊花江蘺生長率盡管也有不同程度下降,但下降幅度則要遠(yuǎn)小于細(xì)基江蘺繁枝變型?？傮w上看,中等濃度(總無機(jī)氮45μmol/L)的營養(yǎng)鹽條件最有利于江蘺的生長,過高的營養(yǎng)鹽水平(總無機(jī)氮150μmol/L)則對(duì)江蘺的生長具有抑制作用。這與黃鶴忠等人的研究結(jié)果相似[20]。但前期的環(huán)境中營養(yǎng)鹽水平顯著影響江蘺對(duì)后期營養(yǎng)鹽變動(dòng)的生長反應(yīng)?？梢钥闯?不論營養(yǎng)鹽濃度如何變化,菊花江蘺生長均在中等濃度的營養(yǎng)鹽條件下最好。而細(xì)基江蘺繁枝變型的生長反應(yīng)則有所差異。經(jīng)過低營養(yǎng)鹽水平前期培養(yǎng)的江蘺,在中等濃度的營養(yǎng)鹽下生長最好,而經(jīng)過高營養(yǎng)鹽水平前期培養(yǎng)的江蘺,則在低濃度的營養(yǎng)鹽下生長最快。但經(jīng)過中營養(yǎng)鹽水平前期培養(yǎng)的江蘺,其后期的生長幾乎不再受營養(yǎng)鹽變動(dòng)的影響。這些結(jié)果表明,細(xì)基江蘺繁枝變型的生長更容易受環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度的影響,其生長對(duì)營養(yǎng)鹽變動(dòng)的適應(yīng)能力可能要低于菊花江蘺。

3.2 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺的生化組成的影響

關(guān)于水體營養(yǎng)鹽的濃度及配比對(duì)藻類的生理生化組成的影響目前已有很多研究[20-21],Kursar等指出,光合輔助色素——藻紅蛋白對(duì)外界的營養(yǎng)變化最為敏感,藻紅蛋白的含量與水體中可利用氮源的濃度間有密切的關(guān)系[22],而藻體內(nèi)葉綠素a含量與環(huán)境中的N濃度關(guān)系則不是很密切[23]。本研究則發(fā)現(xiàn),2種江蘺藻紅素含量與營養(yǎng)鹽變化總體上相關(guān)密切。當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度由3向45、150μmol/L變動(dòng)時(shí),2種江蘺的藻紅素的含量都會(huì)有所增加;而將江蘺由營養(yǎng)鹽為45和150 μmol/L變動(dòng)為3μmol/L時(shí),則導(dǎo)致江蘺體內(nèi)藻紅素減少。但受前期培養(yǎng)歷史及種類差異的影響,2種江蘺葉綠素a的含量對(duì)營養(yǎng)鹽變動(dòng)的響應(yīng)則有所不同。細(xì)基江蘺繁枝變型經(jīng)3和45μmol/L無機(jī)氮濃度培養(yǎng)以及菊花江蘺經(jīng)45μmol/L無機(jī)氮濃度培養(yǎng)后,其體內(nèi)葉綠素a與外界營養(yǎng)鹽變動(dòng)關(guān)系非常密切,這一點(diǎn)與徐永健等的研究有所不同[23]。可以看出,江蘺色素含量與環(huán)境中可利用的氮源濃度有密切關(guān)系,當(dāng)環(huán)境中可利用氮源濃度較高時(shí),江蘺體內(nèi)色素會(huì)較高,當(dāng)環(huán)境中氮源濃度較低時(shí),色素則會(huì)作為一種功能性儲(chǔ)存氮被用來合成其他蛋白質(zhì),導(dǎo)致藻體內(nèi)色素含量降低。

測(cè)定藻體內(nèi)總碳和總氮的含量,可以揭示藻體的氮營養(yǎng)狀態(tài)。Lohman等認(rèn)為測(cè)定藻體內(nèi)總有機(jī)碳和有機(jī)氮的含量是確定其處于何種營養(yǎng)鹽狀態(tài)的最準(zhǔn)確的方法[24]?？傮w上看,江蘺在營養(yǎng)鹽濃度為3μmol/L條件下進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),江蘺基本處于營養(yǎng)鹽限制的條件下,使得藻體內(nèi)總碳和總氮的含量都不是很高。當(dāng)將在營養(yǎng)鹽濃度為3μmol/L條件下培養(yǎng)的江蘺轉(zhuǎn)移到營養(yǎng)鹽濃度分別為45和150μmol/L中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),曾受到營養(yǎng)鹽脅迫的江蘺對(duì)營養(yǎng)鹽會(huì)有1個(gè)補(bǔ)償性吸收,從而引起藻體內(nèi)各組分含量會(huì)隨之有所增加。而在營養(yǎng)鹽濃度為45和150μmol/L條件下進(jìn)行培養(yǎng)的江蘺,由于營養(yǎng)鹽充足,所以使其各組分含量都在1個(gè)較高的水平,當(dāng)將其轉(zhuǎn)移到3μmol/L中進(jìn)行培養(yǎng)時(shí),較低的營養(yǎng)鹽濃度對(duì)江蘺造成營養(yǎng)鹽脅迫,江蘺需要通過分解藻體內(nèi)儲(chǔ)存的氮來維持其正常生長,因此就導(dǎo)致藻體內(nèi)總氮和總碳的含量有所減少。不過,相比較而言,藻體內(nèi)總氮的含量是比總碳更能反映江蘺的營養(yǎng)狀態(tài)的指標(biāo)。2種江蘺比較,細(xì)基江蘺繁枝變型藻體內(nèi)總氮含量對(duì)外界營養(yǎng)鹽變化響應(yīng)更為敏感,總碳含量則隨營養(yǎng)鹽變動(dòng)變化不大。

3.3 營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)對(duì)2種江蘺硝酸還原酶和過氧化氫酶活性的影響

硝酸還原酶是藻類氮代謝的關(guān)鍵酶,在藻類將海水中的硝酸鹽還原成它可以吸收利用的銨鹽的反應(yīng)中,硝酸還原酶是整個(gè)過程的限速酶[25],硝酸還原酶的活性對(duì)于海藻的氮代謝具有重要意義[26]。研究表明,硝酸還原酶是1種底物誘導(dǎo)酶,底物硝酸根(NO-3)的存在可以誘導(dǎo)硝酸還原酶的產(chǎn)生,從而進(jìn)一步使其活性得到提高[27]。而徐智廣等人的研究表明,將壇紫菜進(jìn)行氮饑餓到氮加富處理時(shí),壇紫菜的硝酸還原酶活性是先增大,后逐漸降低至穩(wěn)定水平[28]。在本研究中,當(dāng)將2種江蘺由營養(yǎng)鹽濃度為3μmol/L條件變動(dòng)為45和150μmol/L時(shí),2種江蘺硝酸還原酶的活性隨之有所提高,而將2種江蘺由營養(yǎng)鹽濃度為45和150 μmol/L變動(dòng)為3μmol/L時(shí),2種江蘺硝酸還原酶的活性隨之則有所下降,這一結(jié)果與徐智廣等人的研究結(jié)果相似[28]。不過,營養(yǎng)鹽濃度45和150μmol/L的相互變動(dòng)對(duì)2種江蘺硝酸還原酶的活性影響不大。這一結(jié)果表明,營養(yǎng)鹽中適當(dāng)水平的硝酸根濃度對(duì)2種江蘺體內(nèi)硝酸還原酶誘導(dǎo)具有促進(jìn)作用,從而使其活性得到顯著提高,而過高的硝酸根濃度則對(duì)硝酸還原酶的活性具有明顯的抑制作用。另外,從本研究結(jié)果看,2種江蘺體內(nèi)硝酸還原酶的活性的變動(dòng)與江蘺的生長總體上表現(xiàn)出一定的相關(guān)性,即在低的營養(yǎng)鹽水平下(3μmol/L),2種江蘺的生長速率較低,硝酸還原酶的活性也處于較低水平,而過高的營養(yǎng)鹽水平(45 μmol/L)對(duì)江蘺的生長與硝酸還原酶的活性也均表現(xiàn)出一定的抑制作用。

過氧化氫酶是植物細(xì)胞內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)中重要的酶[29-30],它是酶蛋白與4個(gè)高鐵血紅素輔基相結(jié)合的色素蛋白,用以催化有機(jī)體組織中生物氧化所產(chǎn)生的過氧化氫,解除其對(duì)有機(jī)體組織的毒害,因此對(duì)于植物體具有重要的生理意義。在本研究發(fā)現(xiàn),隨著營養(yǎng)鹽濃度的逐漸增加,過氧化氫酶的活性呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì),這一結(jié)果與孫菊燕的研究結(jié)果相似[31]。同時(shí),當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度由3μmol/L向150μmol/L變動(dòng)時(shí),2種江蘺過氧化氫酶的活性顯著下降;而營養(yǎng)鹽濃度由150 μmol/L向3μmol/L變動(dòng)時(shí),2種江蘺過氧化氫酶的活性則隨之增強(qiáng)。本研究結(jié)果說明,過高的營養(yǎng)鹽濃度對(duì)過氧化氫酶活性具有一定的抑制作用,可能對(duì)2種江蘺的正常生理過程產(chǎn)生了一定負(fù)面影響。

4 結(jié)論

水體環(huán)境中營養(yǎng)鹽水平及其變動(dòng)顯著影響2種的生長。其中,菊花江蘺生長相對(duì)穩(wěn)定,且在中等濃度(45μmol/L)的營養(yǎng)鹽條件下生長最佳,而細(xì)基江蘺繁枝變型的生長反應(yīng)則受前期環(huán)境中營養(yǎng)鹽水平影響而有所不同。對(duì)比2種江蘺生長、生化組成以及相關(guān)酶活性隨營養(yǎng)鹽水平的變動(dòng)情況可以看出,細(xì)基江蘺繁枝變型更容易受環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)的影響,對(duì)環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度變動(dòng)的適應(yīng)能力可能要低于菊花江蘺。因此,在將江蘺應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境修復(fù)中時(shí),除了要考慮其各自的溫度和鹽度適應(yīng)范圍外,不同環(huán)境中營養(yǎng)鹽水平的差異也是需要考慮的重要因素之一。

[1] Ahno,Petrell R J,Harrison P J.Ammonium and nitrate uptake byL aminaria saccharinaandNereocystis leutkeanaoriginating from a salmon sea cage farm[J].Appl Phycol,1998,10:333-340.

[2] 董雙林,李德尚,潘克厚.論海水養(yǎng)殖的養(yǎng)殖容量[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào),1998,28(2):245-250.

[3] 許妍,董雙林,金秋.幾種大型海藻對(duì)赤潮異彎藻生長抑制效應(yīng)的初步研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,35(3): 475-477.

[4] 徐永健,陸開宏,韋瑋.大型海藻江蘺對(duì)養(yǎng)殖池塘水質(zhì)污染修復(fù)的研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,15(5):156-159.

[5] 徐姍楠,溫珊珊,吳望星,等.真江蘺(Gracilaria verrucosa)對(duì)網(wǎng)箱養(yǎng)殖海區(qū)的生態(tài)修復(fù)及生態(tài)養(yǎng)殖匹配模式[J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2008,28(4):1466-1475.

[6] Jones A B,Dennison W C,Preston N P.Integrated treatment of shrimp effluent by sedimentation,oyster filt ration and macroalgal absorption:a laboratory scale study[J].Aquaculture,2001, 193:155-178.

[7] 劉靜雯,董雙林.光照和溫度對(duì)細(xì)基江蘺繁枝變型的生長及生化組成影響[J].青島海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2001,31(3):332-338.

[8] 吳超元,李紉芷,林光恒,等.細(xì)基江蘺繁枝變型生長適宜環(huán)境條件的研究[J].海洋與湖沼,1994,25(1):60-66.

[9] 錢魯閩,徐永健,焦念志.營養(yǎng)鹽因子對(duì)龍須菜和菊花江蘺N、P吸收速率的影響[J].臺(tái)灣海峽,2005,24(4):546-552.

[10] 徐永健,王永勝,韋瑋.多因子交互作用對(duì)菊花江蘺氮、磷吸收速率的影響[J].水產(chǎn)科學(xué),2006,25(5):222-226.

[11] 姜宏波,田相利,董雙林,等.鼠尾藻生長、藻體成分及其生境的初步研究[J].海洋湖沼通報(bào),2009:59-66.

[12] 張峻甫,夏邦美.華南的兩種江蘺[G].//經(jīng)濟(jì)海藻分類.2卷.美國:美加州大學(xué)出版社,1998,5(3):281-282.

[13] 曾呈奎,王素娟,劉思儉,等.海藻栽培學(xué)[M].上海:科技出版社,1985,225-250.

[14] 陳錘,林振碧,李淑瑜,等.江蘺生長環(huán)境因子適應(yīng)度的研究[J].福建水產(chǎn),1999,20(3):48-55.

[15] 達(dá)維斯C J.海洋植物學(xué)[M].廈門大學(xué)植物生態(tài)學(xué)研究室譯.廈門:廈門大學(xué)出版社,1989:258.

[16] Moran R.Formulae for determination of Chlorphyllous pigments extracted with N,N-dimethylformamide[J].Plant physiol, 1982,69:1376-1381.

[17] 張志良.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京:高等教育出版社,2003:268-269.

[18] 郭贛林,董雙林,董云偉.溫度及其波動(dòng)對(duì)孔石莼生長及光合作用的影響[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,36(6): 941-945.

[19] 王巧晗,董雙林,田相利,等.鹽度日節(jié)律性連續(xù)變化對(duì)孔石莼生長和生化組成的影響[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007,37(6):911-915.

[20] 黃鶴忠,孫菊燕,王永玲,等.無機(jī)氮濃度及其配比對(duì)細(xì)基江蘺繁枝變型生長及生化組成的影響[J].海洋科學(xué).2006,30(9):23-27.

[21] Jiang Yu,Yu-Feng Yang.Physiological and biochemical response of seaweed Gracilaria lemaneiformis to concentration changes of N and P[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2008,367:142-148.

[22] Kursar T A,Alberte R S.Photosynthetic unit organization in a red alga:relationships between light-harvesting pigments and reaction centres[J].Plant Physiol,1983,72:409-414.

[23] 徐永健,錢魯閩,王永勝.氮素營養(yǎng)對(duì)龍須菜生長及色素組成的影響[J].臺(tái)灣海峽,2006,25(2):222-228.

[24] Lohman K,Priscu J C.Physiological indicators of nutrient deficiency inCladophora(Chorophyta)in the Clark Fork of the Columbia River,Montana[J].Phycol,1992,28:443-448.

[25] Lopes P F,Oliveira M C,Colepicolo P.Diurnal fluctuation of nitrate reductase activity in the marine red algaGracilaria tenuistipitata(Rhodophyta)[J].Phycologia,1997,33:225-231.

[26] Zou D H.Effects of elevated atmospheric CO2on growth,photosynthes is and nitrogen metabolism in the economic brown seaweed,Hizikia fusiforme(Sargassaceae,Phaephyta)[J].Aquaculture,2005,250:726-735.

[27] Crawford N M,Arst N H J.The molecular genetics of nitrate assimilation in fungi and plants[J].Annu Rev Genet,1993,27: 115-146.

[28] 徐智廣,鄒定輝,張?chǎng)?等.光照和不同形態(tài)氮營養(yǎng)鹽供應(yīng)對(duì)壇紫菜硝酸還原酶活性的影響[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào),2007,31(1):90-96.

[29] J Fridovich.The biology of oxygen radical[J].Science,1975, 20(1):875-880.

[30] Song F M,Ge X C,Zheng Z H.Changes in activities of superoxide dismutase and catalase in cotton seedling after infection with Fusarium oxysporum f.sp.vasinf ectumand their relations to the resistance[J].Journal of Zhejiang University(Agric.&Life Sci.),1999,25(4):373-377.

[31] 孫菊燕.營養(yǎng)鹽因子對(duì)江蘺生理、生長及生化組成的影響[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào),2006,30:14-24.

Abstract: Effects of nutrient concentration changes on growth,biochemical compositions and physiology ofGracilarialichenoides andG.tenuistipitatavar.liui were compared under the conditions of laboratory.The results showed that different forms of nutrient concentration changes have different impacts on growth,content of PE,chlorophyll-a,total carbon,total nitrogen,NR activities and CA T activities of the two species ofGracilariae.Gracilaria lichenoidesexpressed the best growth in the middle concentration of nutrient.G.tenuistipitatavar.liui expressed different growth which depends on the concentration of nutrient in the preliminary environment.Generally,the content of PE,chlorophyll-a,total carbon,total nitrogen and NR activities of the two species ofGracilariaewould be increased when the nutrient concentration changed from 3μmol/L to 45μmol/L and 150μmol/L.However,when the nutrient concentration changed from 45μmol/L and 150μmol/L to 3μmol/L those data mentioned above would decline.It had no effects to the NR activities of the two species ofGracilariaewhen the nutrient concentration mutually changes from 45μmol/L to 150μmol/L.The activities of CAT would decline dramatically as the concentration of inorganic nitrogen increases.When the nutrient concentration changed from 3μmol/L to 150 μmol/L,the CAT activities of the two species ofGracilariaedeclined dramatically.Oppositely,when the nutrient concentration changed from 150μmol/L to 3μmol/L,it's activities would increased somewhat. Comprehensive comparison showed thatG.tenuistipitatavar.liui was much susceptible to be influenced by the nutrient concentration changes in the environment,and it’s adaptability of nutrient concentration changes may be lower thanG.lichenoides.

Key words: nutrient concentration changes;growth;physiology;biochemical compositions;Gracilaria lichenoides;G.tenuistipitatavar.liui

責(zé)任編輯 于 衛(wèi)

Effects of Nutrient Concentration Changes on Growth,Biochemical Compositions and Physiology of Gracilaria lichenoides and G.tenuistipitata var.liui

J IANG Wen-Wen,TIAN Xiagn-Li,DONG Shuang-Lin,WANG Qing-Lin,LI Ying
(Key Laboratory of Mariculture,Ministry of Education,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

S917.3

A

1672-5174(2010)09Ⅱ-083-08

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃課題(2006AA10Z409);國家十一五科技支撐計(jì)劃課題(2006BAD09A01);新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃(NCET-08-0503)資助

2010-03-03;

2010-04-15

蔣雯雯(1985-),女,碩士生。E-mail:wen850211@yahoo.com.cn

Tel:0532-82032117;E-mail:xianglitian@ouc.edu.cn