于 瑩, 張武昌, 許恒龍, 肖 天

(1. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國海洋大學 海洋生物多樣性與進化研究所, 山東 青島 266003; 3. 中國科學院 研究生院, 北京 100049; 4. 國家海洋局 海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學重點實驗室, 浙江 杭州 310012)

海洋寡毛類纖毛蟲的室內(nèi)培養(yǎng)

Laboratory culture of marine oligotrich ciliates

于 瑩1,3,4, 張武昌1,4, 許恒龍2, 肖 天1

(1. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國海洋大學 海洋生物多樣性與進化研究所, 山東 青島 266003; 3. 中國科學院 研究生院, 北京 100049; 4. 國家海洋局 海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學重點實驗室, 浙江 杭州 310012)

海洋寡毛類纖毛蟲包括無殼寡毛類纖毛蟲和砂殼纖毛蟲, 是一類微小的單細胞原生動物(粒徑大小在5~200 μm)。它們是微型浮游動物和海洋微食物環(huán)的重要組成部分[1], 在微食物環(huán)和經(jīng)典食物鏈中起著重要的樞紐作用[2-3], 即完成物質(zhì)和能量由pico-和nano-級生產(chǎn)者的初級消費者和營養(yǎng)再生者向 meso-級浮游動物和魚類幼蟲的傳遞[4]。

至今人們通過海洋野外調(diào)查已開展了大量的纖毛蟲生態(tài)學研究, 但有關(guān)海洋寡毛類纖毛蟲室內(nèi)培養(yǎng)及個體及種群生態(tài)學研究一直是薄弱環(huán)節(jié)[5]。而要深入研究纖毛蟲種群動力學, 纖毛蟲與上下營養(yǎng)級之間攝食與被攝食的關(guān)系等都需要纖毛蟲的成功培養(yǎng)作為基礎(chǔ)。本研究總結(jié)了海洋寡毛類纖毛蟲的室內(nèi)培養(yǎng)歷史、種類及條件等, 為進一步開展該類群纖毛蟲的培養(yǎng)及下游研究提供參考。

1 海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)歷史

海洋寡毛類纖毛蟲培養(yǎng)的先驅(qū)是 Kenneth Gold[6], 他在 1968年首次進行海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)實驗, 成功培養(yǎng)了管狀擬鈴蟲(Tintinnopsis tubulosa)、百樂擬鈴蟲(Tintinnopsis beroidea)及鐘形網(wǎng)紋蟲(Favella campanula)等砂殼纖毛蟲, 創(chuàng)立了基礎(chǔ)培養(yǎng)基(Basal medium D), 為后來海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)工作奠定了基礎(chǔ)。

1985年之前, 海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)工作進展緩慢, 培養(yǎng)成功的案例并不多。Heinbokel[7]在1978年成功培養(yǎng)了錐形旋口蟲(Helicostomella subulata)、梳狀真丁丁蟲(Eutintinnus pectinis)、四線甕狀蟲(Amphorella quadrilineata)、尖底擬鈴蟲(Tintinnopsiscf.acuminate)及百樂擬鈴蟲; Paranjape[8]在1980年成功培養(yǎng)錐形旋口蟲; Stoecker等[9]在1981年成功培養(yǎng)愛氏網(wǎng)紋蟲(Favella ehrenbergii)。

1985年, Gifford[10]建立了海洋寡毛類纖毛蟲采集及培養(yǎng)的方法和規(guī)范, 并成功創(chuàng)立了目前仍為人們廣泛采用的“纖毛蟲培養(yǎng)基”。從此海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)進入了快速發(fā)展時期, 尤以20世紀90年代最為繁盛, 其中 Montagnes[11-12]、Stoecker[9,13-14]、Strom等[15-19]在海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)工作中作出了很大的貢獻。

2 成功培養(yǎng)的海洋寡毛類纖毛蟲種類

迄今人們已成功培養(yǎng) 13屬26種海洋寡毛類纖毛蟲, 其中砂殼纖毛蟲 6屬 10種, 無殼寡毛類纖毛蟲7屬16種(表1)。擬盜蟲屬(Strombidinopsis), 俠盜蟲屬(Strobilidium), 擬鈴蟲屬(Tintinnopsis)及急游蟲屬(Strombidium)4屬培養(yǎng)出的纖毛蟲種類比較多, 尤其是急游蟲屬, 已報道的有6種。

目前, 成功培養(yǎng)的海洋寡毛類纖毛蟲主要來自北美洲東西部近岸海區(qū), 其中大部分分布在美國東西部海岸, 如Puget Sound、Port Aransas、Vineyard Sound及Perch Pond等。此外, 歐洲的荷蘭、瑞典, 亞洲的中國、印度及韓國雖有在近岸海區(qū)成功培養(yǎng)海洋寡毛類纖毛蟲的案例, 但普遍處于起步階段。

表1 成功培養(yǎng)的海洋寡毛類纖毛蟲種類

3 海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)條件

3.1 溫度

已成功培養(yǎng)的海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)溫度范圍為5~30℃, 大多數(shù)集中在15~20℃, 培養(yǎng)溫度因種而異, 盡量與采樣海區(qū)的海水溫度一致。

3.2 光照

培養(yǎng)海洋寡毛類纖毛蟲與培養(yǎng)浮游植物相反,對光照強度要求很低, 一般弱光即可, 大都不超過40 μmol/(m2?s)。例如, 培養(yǎng)環(huán)紋蟲屬(Coxliella)需要的光照強度<10 μmol/(m2?s)[17-18,33]; 擬盜蟲屬需要的光照強度大都不超過 30 μmol/(m2?s)[12,15,27,29]; 俠盜蟲屬[13,19,34]、網(wǎng)紋蟲屬(Favella)[13,16,27]及急游蟲屬[13,33-34]需要的光照強度一般不超過 40 μmol/ (m2?s)。但也有些種類的培養(yǎng)需要的光照強度較高, 例如錐形急游蟲[20]、優(yōu)雅急游蟲[28]、尖底擬盜蟲[28]、梳狀真丁丁蟲[20]、有角類杯蟲[20]、愛氏網(wǎng)紋蟲[20]需要 100μmol/(m2?s); 而有些可進行光合自養(yǎng)的纖毛蟲如球果螺體蟲在約 200~300 μmol/(m2?s)的高光照強度或者15~35 μmol/(m2?s)的低光照強度下均能生長良好[24]。

與浮游植物一樣, 海洋寡毛類纖毛蟲的生長也需要一定的光照周期, 光照與黑暗的時間比例一般是12: 12[20]、14:10[34]或16:8[22], 也有報道培養(yǎng)百樂擬鈴蟲采用的光照與黑暗的比例為18:6[32]。

3.3 培養(yǎng)基

海洋寡毛類纖毛蟲培養(yǎng)基一般采用原位海水過濾以后來配制, 采用較多的是Gifford[10]在1985年創(chuàng)立的 “纖毛蟲培養(yǎng)基”。該培養(yǎng)基特別之處在于添加了螯合劑和微量金屬元素。實驗表明螯合劑(10-8~10-6mol/L)和微量金屬元素能促進纖毛蟲的生長。最早成功培養(yǎng)海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)基當屬Gold[6]建立的基礎(chǔ)培養(yǎng)基。之后也有人選用其他培養(yǎng)基成功培養(yǎng)纖毛蟲的先例, 如利用NEPCC培養(yǎng)基成功培養(yǎng)了西西里急游蟲[35], 利用麥粒培養(yǎng)基成功培養(yǎng)了具溝急游蟲[30], 此外, 也有很多人選用浮游植物培養(yǎng)基, 即Guillard等[36]在1962創(chuàng)立及Guillard[37]在1975年改進的f/2培養(yǎng)基。

3.4 餌料

海洋寡毛類纖毛蟲的餌料因種而異, 餌料的種類及供給量的多少等一直是纖毛蟲培養(yǎng)中的一大難題。在已報道的文獻中, 成功培養(yǎng)的海洋寡毛類纖毛蟲的餌料大多數(shù)集中在金藻門(Chrysophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)、綠藻門(Chlorophyta)、隱藻門(Cryptophyta)等類群, 也有報道利用一種硅藻—假微型海鏈藻(Thalassiosira pseudonana)成功培養(yǎng)西西里急游蟲的例子[11]。餌料的粒級從幾微米到幾十微米不等,其中大多數(shù)種類具有鞭毛可以運動。纖毛蟲對餌料的選擇可能與細胞粒級、運動性及化學組成有關(guān)[10]。

海洋寡毛類纖毛蟲餌料濃度的選擇也是培養(yǎng)的關(guān)鍵。餌料的初始濃度通?？刂圃?103~104個/mL。Rosetta[20]在培養(yǎng)梳狀真丁丁蟲時選用的球等鞭金藻(Isochrysis galbana)濃度約為 1×103個/mL, 雙凸形紅胞藻(Rhodomonas lens)密度約為 1×104個/mL;Kleppel[23]在培養(yǎng)愛氏網(wǎng)紋蟲時選用的球等鞭金藻、藍隱藻屬(Chroomonassp.)及裸甲藻屬(Gymnodiniumsp.)的碳濃度均為 100 μg/L; Stoecker[14]在培養(yǎng)球果螺體蟲時用的球等鞭金藻及鹽沼藍隱藻(Chroomonas salina)的密度分別為 1×104個/mL (碳質(zhì)量濃度為73 μg/L)和 0.5×103個/mL (碳質(zhì)量濃度為 23μg/L)。餌料的添加視情況需要而定, 可以在解剖鏡下觀察來確定餌料添加的頻率, 一般為4~7 d添加1次[10]。培養(yǎng)海洋寡毛類纖毛蟲時, 一般要求餌料的濃度維持較低的水平, 這可能是為了避免pH值升高而影響纖毛蟲的生長[22]。

4 海洋寡毛類纖毛蟲的培養(yǎng)時間

海洋寡毛類纖毛蟲培養(yǎng)的時間不長。一般情況下, 分離的單克隆纖毛蟲培養(yǎng)體系在 100個世代左右能維持較穩(wěn)定的生長速率, 在200個世代以后, 接合生殖終止, 大部分的培養(yǎng)體系就會走向衰亡[38]。在培養(yǎng)鐘形網(wǎng)紋蟲的過程中, 發(fā)現(xiàn)有接合生殖的行為,而且在 5個月的培養(yǎng)時期中可以通過多次逆轉(zhuǎn)衰亡的趨勢而存活 2.5 a, 而其他種類的海洋寡毛類纖毛蟲可能最長只能存活10個月[21]。

海洋寡毛類纖毛蟲培養(yǎng)衰敗的原因可能是有些纖毛蟲由于環(huán)境條件不適合而死亡, 但大多數(shù)培養(yǎng)體系最終會出現(xiàn)自發(fā)的明顯的衰敗, 終止繁殖而導致死亡。這種現(xiàn)象在無殼寡毛類、砂殼纖毛蟲及有孔蟲類的培養(yǎng)過程中均有發(fā)現(xiàn)[8,39]。Gifford[10]認為出現(xiàn)這種衰敗的原因可能是接合生殖的終止而導致培養(yǎng)體系隨時間逐漸失去活力。

延長培養(yǎng)時間的方法目前尚不多。雖然無法知道一種纖毛蟲體系到底能存活多長時間, 但接合生殖的終止可能是體系衰亡的一個暗示。這給我們一個啟示, 在培養(yǎng)海洋寡毛類纖毛蟲的過程中適當?shù)馗淖円幌屡囵B(yǎng)條件可能會延長生活周期。除了增加接合生殖來延長纖毛蟲的壽命以外, 還可以考慮采用其他的方法。比如, 在培養(yǎng)鐘形網(wǎng)紋蟲過程中, 因為培養(yǎng)條件比自然環(huán)境條件較適宜, 分裂速度較快而導致細胞粒級逐漸變小, 這可能導致纖毛蟲的壽命較短。由此, 可以通過饑餓或者降低培養(yǎng)溫度來減緩分裂速度從而延長生長周期[39]。

5 海洋寡毛類纖毛蟲培養(yǎng)的下游研究

纖毛蟲的成功培養(yǎng)可用來在實驗室可控條件下研究纖毛蟲的種群動力學、纖毛蟲與藻類的關(guān)系及獲得生態(tài)學參數(shù)等。海洋寡毛類纖毛蟲獲得成功培養(yǎng)早期, 研究多數(shù)集中在某一種或某一屬纖毛蟲在不同外界條件(包括溫度、光照及餌料)下的生長率、攝食率的變化[7,9,11,25,30,40-41]。而后期隨著水華發(fā)生的增加, Rosetta[20]、Hansen[28]、Montagnes[12]等利用纖毛蟲培養(yǎng)研究纖毛蟲對水華藻類的攝食及其在控制水華中的作用。Putt[5]利用培養(yǎng)成功的纖毛蟲進行生物量與細胞體積之間的換算因子的實驗, 得出了用魯哥試劑固定后纖毛蟲的碳含量與體積之間的轉(zhuǎn)換因子為 0.19 pg/μm3。

6 小結(jié)和展望

總體來說, 寡毛類纖毛蟲的室內(nèi)培養(yǎng)很難, 需要合適的溫度、光照、培養(yǎng)基及餌料等。中國只培養(yǎng)出了一種-具溝急游蟲, 培養(yǎng)工作還需要進一步地進行。中國已經(jīng)在渤海、黃海、東海、南海進行了海洋寡毛類纖毛蟲的生態(tài)學調(diào)查[42], 積累了不少基礎(chǔ)資料。但隨著生態(tài)學的發(fā)展, 對生態(tài)學參數(shù)(如生長率、攝食率、生態(tài)傳遞效率等)的需求越來越多、越來越高, 作為進一步研究的基礎(chǔ), 海洋寡毛類纖毛蟲的室內(nèi)培養(yǎng)已經(jīng)成為生態(tài)學研究急需突破的瓶頸之一。

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Q958.8

A

1000-3096(2011)09-0119-05

2010-07-20;

2010-12-30

國家自然科學基金資助項目(40876085); 國家973計劃項目(2011CB409804); 海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費資助項目(200805042);國家海洋局海洋生態(tài)系統(tǒng)與海洋生物地球化學重點實驗室開放基金資助項目(LMEB200803)

于瑩(1986-), 女, 山東榮成人, 碩士研究生, 主要從事海洋浮游動物生態(tài)學, 電話: 0532-82898937, Email: yuyingxlf001@163.com

譚雪靜)