由學策,曹淑青,王含茹,張澤宇,李曉麗

(大連海洋大學農(nóng)業(yè)部海洋水產(chǎn)增養(yǎng)殖學重點開放實驗室,遼寧大連116023)

Costaria costata常溫人工育苗的研究

由學策,曹淑青,王含茹,張澤宇,李曉麗

(大連海洋大學農(nóng)業(yè)部海洋水產(chǎn)增養(yǎng)殖學重點開放實驗室,遼寧大連116023)

以浮筏栽培的Costaria costata成熟種藻為材料,采用陰干刺激方法獲得大量孢子并采集在維尼綸繩苗簾上,研究了孢子萌發(fā)、配子體生長發(fā)育和幼孢子體生長與水溫的關系。結果表明:胚孢子在水溫16℃下24 h后開始萌發(fā)形成配子體;16～22℃是配子體生長的適宜溫度,經(jīng)過近1個月培育,雌雄配子體藻團直徑分別可達50 μm和45 μm;雌雄配子體在水溫達到22℃后生長速度明顯減慢,超過23℃后生長停止進入休眠期;當水溫降至23℃以下時配子體恢復生長,22℃時雌雄配子體開始發(fā)育,形成卵囊和精子囊,21.5～20.5℃是雌雄配子體成熟高峰期,其間雌雄配子體大量排出卵和放出精子,其卵囊和精子囊形成率分別達到70%和62%;卵受精后形成的幼孢子體在21.5～20℃間生長很快,受精20 d時測定藻體長度達到200 μm以上,經(jīng)過1個月海區(qū)暫養(yǎng)培育成藻體長度為0.3 cm的幼苗,經(jīng)海區(qū)栽培后生長成為長為3 m、寬為35 cm的C.costata成體。

Costaria costata;采孢子;人工育苗;海區(qū)暫養(yǎng);浮筏栽培

Costaria costata在分類上屬于海帶目Laminariales、海帶科Laminariaceae、Costaria屬,在亞洲主要分布在日本列島和朝鮮半島的中高緯度地區(qū)沿海,是經(jīng)濟價值較高的一年生大型褐藻[1]。C.costata在日本主要分布于北海道和本土北部的青森縣、巖手縣等沿海地區(qū),藻體長為1～2 m,寬約30 cm,葉片的兩面各具3條或2條突出于藻體表面的“筋”,被稱之為“筋布”[1-2]。C.costata幼嫩時可以食用,成體是鮑、海膽等經(jīng)濟動物的飼料[2]。據(jù)報道,用C.costata投喂皺紋盤鮑Haliotis discus hannai,其殼長和重量增長分別是投喂Eisenia bicyclis的1.56倍和2.12倍,表明該藻明顯優(yōu)于其它海帶目種類和其它藻類,具有高飼料價值,現(xiàn)已被列入日本中北部地區(qū)鮑、海膽增殖場和海洋牧場建設的主要增殖藻類[3]。近年來,由于工業(yè)和生活污水的過量排放,日本近岸藻場荒漠化日趨加劇,C.costata因其繁殖能力強,孢子放散量大,在較短的時間內(nèi)能形成大的藻場而被應用于荒漠化藻場恢復和海底森林建設[4-6]。最近研究發(fā)現(xiàn), C.costata中的多糖含量較高,從C.costata中提取多糖的研究已引起人們的關注。C.costata在中國沒有分布,僅張澤宇等[7]進行了C.costata的室內(nèi)培養(yǎng)與栽培試驗。在日本關于C.costata的研究有一些報道,但多數(shù)集中在對其分類及生態(tài)學方面的研究[8-10],有關在室內(nèi)常溫條件下進行人工育苗的研究尚未見報道。

基于鮑、海膽增養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展和海洋牧場建設及多糖產(chǎn)業(yè)的實際需求,作者于2008年從日本引進C.costata的雌雄配子體,采用配子體采苗及育苗的方式在室內(nèi)培育成C.costata幼苗,并在浮筏上栽培為成體。本試驗中,作者以浮筏栽培的C.costata成體為材料,采用陰干刺激的方法從成熟種藻獲得孢子并采集在維尼綸繩附著基上,研究了雌雄配子體生長、發(fā)育和幼孢子體生長與水溫的關系,在室內(nèi)常溫條件下培育出C.costata幼苗,經(jīng)過海區(qū)暫養(yǎng)后在浮筏上栽培為C.costata成體。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為2008年采用配子體采苗方法培育出的C.costata幼苗并在海區(qū)浮筏上栽培為成體的種藻(圖1-A)。采孢子時間為2009年7月3日。

取浮筏栽培的種藻20余棵,在海上洗凈后運回室內(nèi)采孢子。

1.2 方法

1.2.1 種藻陰干刺激及采孢子 將種藻擺放在育苗池的池沿上陰干2 h后,移到玻璃鋼水槽(長1.5 m、寬1.0 m、高0.5 m)內(nèi),添加過濾海水后攪拌促進孢子放散。當觀察孢子水變?yōu)闇\褐色時,撈出種藻,放入附著基采孢子。附著基是用直徑為3.0 mm的維尼綸繩纏繞在80 cm×60 cm聚乙烯框架上制成的苗簾,同時放入檢查孢子附著密度的載玻片,孢子附著時間為3 h。當載玻片上有大量胚孢子附著時,將苗簾移到玻璃鋼水槽(長2.0 m、寬1.2 m、高1.0 m)內(nèi)培育。

1.2.2 配子體生長與成熟 附著后的胚孢子萌發(fā)為雌雄配子體。雌雄配子體生長階段,每5 d測定1次,每次測定20個個體的長度,取其平均值。雌雄配子體成熟(從雌配子體形成卵囊并排出卵,雄配子體形成精子囊并放出精子開始)后,每3 d測定1次,每次各測定50個個體,按排出卵和排出精子個體數(shù)占測定總數(shù)的百分比計算排卵率和排精率。

1.2.3 幼孢子體的生長 卵受精后形成幼孢子體。幼孢子體生長階段,每5 d測定1次,每次測定20個藻體的長度,取其平均值。當幼孢子體長度達到200 μm以上時下海暫養(yǎng)。

以上培養(yǎng)在大連海洋大學裙帶菜人工育苗室內(nèi)進行。光源為自然光,配子體生長階段,光強為1 000～1 500 lx;度夏階段(水溫高于23℃),光強為300 lx;幼孢子體生長階段,光強為2 000～2 500 lx。培養(yǎng)用水為當?shù)刈匀缓Ｋ?經(jīng)沉淀過濾后供試驗使用。營養(yǎng)鹽的添加量為:NaNO310 g/m3,NaH2PO4·12H2O 2 g/m3。培養(yǎng)液每天全量更換1次。

1.2.4 幼苗暫養(yǎng) 幼苗下海暫養(yǎng)時間為2009年9月24日。暫養(yǎng)前將苗簾上端用細繩固定,下端切斷,拆掉下端和兩側的框架,將上端連同苗繩垂掛在大連旅順柏嵐子水產(chǎn)養(yǎng)殖場海區(qū)的浮筏上暫養(yǎng)。暫養(yǎng)期間,每5 d測定1次幼苗的長度,每次測定50個個體,取其平均值。

1.2.5 海區(qū)栽培 分苗時間為2009年10月25日。具體方法是:將生長幼苗的苗種繩切成3 cm小段,按30 cm的間距夾在長為8 m、直徑為3 cm的聚乙烯栽培苗繩上,然后平掛在浮筏上栽培,栽培海區(qū)同上。每個月測定1次藻體的長度和寬度,每次測定20個藻體,取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差(Means± S.E.)表示,采用SPSS 15.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果

2.1 孢子放散、附著與萌發(fā)

陰干刺激后的種藻經(jīng)攪拌后孢子囊吸水破裂,囊內(nèi)孢子被大量放出。放散10 min后觀察孢子水呈淺褐色。經(jīng)顯微鏡檢查,孢子水中孢子的密度已達到30個/視野(×100)以上。剛放出的孢子呈梨形,為(11.5～8.5)μm×(6.5～5.0)μm,下腹部有一盤狀色素體,腹部凹陷處側生兩條不等長的鞭毛,前長后短,依靠鞭毛擺動快速游動(圖1-B),30 min后,孢子開始陸續(xù)附著。孢子附著時,長鞭毛與基質接觸并快速旋轉將鞭毛收回體內(nèi),隨后旋轉速度減慢并逐漸停止。孢子前端附著在基質上成為胚孢子,隨著附著時間的延長,胚孢子與基質附著面逐漸增大并附著牢固。放散1 h后,絕大部分孢子已附著。經(jīng)顯微鏡觀察,水中僅剩個別孢子在游動,載玻片上胚孢子附著密度達到40個/視野(×100)以上。

胚孢子呈圓形,直徑為8～10 μm,內(nèi)含一個盤狀色素體,在16℃水溫下附著24 h后開始萌發(fā)。萌發(fā)時圓形胚孢子先產(chǎn)生突起狀萌發(fā)管,萌發(fā)管在向外延伸拉長的同時前端膨大,形成一個前端膨大的長圓形透明細胞與胚孢子相連,且呈啞鈴狀。隨后,胚孢子內(nèi)的原生質開始向透明細胞前端膨大處移動。隨著細胞內(nèi)原生質數(shù)量的增多,透明細胞逐漸變?yōu)闇\褐色。當胚孢子內(nèi)的原生質全部移動到細胞前端膨大處后,在細胞膨大處基部產(chǎn)生隔閡并與胚孢子殼分隔,形成褐色單細胞配子體,依靠與透明萌發(fā)管連接的胚孢子殼附著在基質上,此時進入配子體生長階段。

2.2 配子體的生長與成熟

剛形成的配子體呈長圓形,內(nèi)含一個盤狀色素體,呈褐色。配子體生長時細胞先拉長,然后細胞一分為二形成兩個細胞。隨后,配子體開始性分化,約50%配子體通過旺盛的細胞分裂增加細胞數(shù)量,最后形成具有十余個細小細胞的雄配子體。顯微鏡下可見多個細胞堆積在一起形成大的藻團,

約50%配子體只增加細胞體積,細胞分裂很慢,形成3～4個粗大細胞的雌配子體。

雌雄配子體生長與水溫的關系見圖2。可以看出,配子體形成后至水溫上升至22℃前屬于配子體生長階段,在此溫度下雌雄配子體處于良好的生長狀態(tài)。顯微鏡下可見,配子體呈淺褐色,雄配子體進行旺盛的細胞分裂,雌配子體細胞體積逐漸增大,雌雄配子體藻體長度快速增加。當水溫達到22℃以上時,雌雄配子體生長明顯減慢;水溫超過23℃時生長停止,進入休眠階段。此時在顯微鏡下觀察,雌雄配子體細胞增厚、硬化且呈褐色,藻體易脫落。

9月上旬,水溫降低至23℃以下時,雌雄配子體從休眠狀態(tài)中恢復生長,部分藻體開始發(fā)育并逐漸成熟。雌配子體發(fā)育時細胞逐漸拉長呈棒狀,細胞內(nèi)的色素體連同原生質向細胞頂端移動使細胞頂端逐漸膨大,形成深褐色橢圓形卵囊并排出卵,掛在透明的卵囊袋上等待受精(圖1-C)。雄配子體則在細胞表面產(chǎn)生多個乳狀精子囊并放出精子(圖1-D),卵受精后形成幼孢子體。

圖1 Costaria costata的生活史Fig.1 Life cycle of sea weed Costaria costata

圖2 雌雄配子體的生長與水溫的變化Fig.2 Changes in growth of female and male gametophytes at ambient sea water temperature

雌雄配子體的成熟與水溫的關系見圖3?？梢钥闯?雌雄配子體開始成熟時,水溫約為22℃,其中雄配子體成熟略早于雌配子體。在21℃和20℃下是配子體成熟的高峰期,此期間雌雄配子體的卵囊和精子囊形成率可達70%左右,在水溫為20.2℃下測定(9月22日),卵囊和精子囊形成率均達到90%以上。

圖3 雌雄配子體的成熟與水溫的變化Fig.3 Changes in maturation of female and male gametophytes at ambient sea water temperature

2.3 幼孢子體的生長

卵受精后剛形成的幼孢子體呈橢圓形,第一次分裂為橫分裂,形成上下兩個細胞;再經(jīng)過3次橫分裂,成為7個細胞的單列細胞幼孢子體;隨后經(jīng)過多次細胞縱橫分裂,形成由20余個細胞組成的多列細胞幼孢子體。幼孢子體在適宜的培養(yǎng)條件下生長很快,培養(yǎng)20 d后藻體平均長度超過200 μm,少數(shù)藻體長度接近300 μm。顯微鏡下可見藻體基部細胞生出透明的假根絲替代卵囊袋附著在基質上。幼孢子體生長與水溫的關系見圖4。可以看出,在水溫為22℃左右時,形成的幼孢子體因水溫偏高初期生長緩慢,受精5 d后藻體長度僅為(60±8.2)μm。隨著水溫的下降,幼孢子體的生長速度逐漸加快。培養(yǎng)10 d后,藻體長度達到(120±9.1)μm(圖1-E);培養(yǎng)15 d后,藻體的長度為(180±11.2)μm;培養(yǎng)20 d后,藻體長度為(225±12.3)μm(圖1-F),達到暫養(yǎng)標準,可以下海暫養(yǎng)。

圖4 室內(nèi)培養(yǎng)期間幼孢子體生長與水溫的變化Fig.4 Changes in growth of juvenile sporophytes at ambient sea water temperature during the indoor culture

2.4 幼苗暫養(yǎng)及栽培

下海后的幼孢子體因對海區(qū)條件不適應生長緩慢。一周后,顯微鏡下可見苗繩上有大量雜藻、藪枝螅Obelia gracilis和浮泥附著,藻體密度明顯減少。藻體長度雖有所增加,但生長狀態(tài)較差,葉片中下部有相當數(shù)量雜藻附著。隨著水溫的下降和對海區(qū)條件的逐漸適應,幼孢子體生長速度明顯加快。當藻體長度達到0.5 mm時,可見葉片基部中間細胞呈條狀突起并向下延伸形成短柄,柄基部生出多條透明的假根絲,成為葉片、柄、假根絲區(qū)分明顯的幼孢子體;當藻體長度達到1 mm以上時,隨著葉片基部細胞層數(shù)的增加,葉片變得堅挺,柄拉長呈圓柱狀,基部形成圓形假根。當藻體長度達到3 mm以上時,假根、柄和葉片已肉眼清楚可見,成為幼苗。

暫養(yǎng)期間幼苗生長與水溫的關系見圖5。暫養(yǎng)初期,幼苗生長緩慢,暫養(yǎng)5 d(9月29日)后測定,幼苗長度僅為(380±20)μm。隨著水溫下降,幼苗生長速度逐漸加快,暫養(yǎng)10 d后達到(780±50)μm,15 d后長度增加至(1.3±0.17)

mm,20 d后幼苗長度已達到(2.1±0.15)mm。暫養(yǎng)30 d(10月24日)后測定,幼苗長度已經(jīng)超過3 mm(圖1-G),可分苗栽培。

圖5 暫養(yǎng)期間幼苗生長與水溫的變化Fig.5 Changes in growth of sporelings at ambient sea water temperature during holding sea cultivation

C.costata在海區(qū)栽培期間其藻體生長與水溫的關系見表1。從表1可見:栽培初期(10月25日至11月25日),因幼苗個體較小,相對生長較慢;隨著藻體的增大,其生長速度明顯加快。即使在低溫期(水溫為0℃左右)內(nèi),幼苗的生長也保持較快的生長速度,顯示出耐低溫的優(yōu)良特性。3月下旬(水溫為3℃左右)測定,藻體長度達到(2.50±0.15)m,寬度為(30.0±2.9)cm(圖1-H);到4月25日(水溫為4.2℃),藻體長度已增至(3.5±0.2)m,寬度達到(40.0±4.5)cm,均達到相關資料介紹的最大值,成為C.costata成體(圖1-I)。

表1 栽培期間藻體的生長情況及水溫的變化Tab.1 Growth of sea weed C.costata and changes in natural sea water temperature during the sea cultivation

3 討論

3.1 配子體休眠及其溫度

海帶目藻類是以配子體階段度過夏季高溫期,當海水溫度升高至某一值時,配子體生長停止,藻體細胞增厚,以休眠方式度過夏季高溫期,在生產(chǎn)上被稱之為“度夏”,這在海帶、裙帶菜等相關研究中已有報道[11]。因此,在海帶目藻類育苗生產(chǎn)技術研究中,準確掌握配子體度夏的起始溫度并采取相應的技術措施,對提高育苗的成功率是非常重要的。

本試驗結果表明,當培育水溫達到或超過配子體生長適溫的上限時,C.costata配子體停止生長,細胞質膜明顯增厚,藻體硬化,細胞由淺褐色逐漸變?yōu)樯詈稚?表現(xiàn)出明顯的休眠度夏特征。當培育水溫達到22℃時,C.costata雌雄配子體的生長速度明顯減慢;當水溫升至22.5℃時基本生長停止,細胞顏色逐漸加深;當水溫達到23℃時,配子體藻團變?yōu)樯詈稚?進入休眠狀態(tài)。因此,C.costata配子體進入休眠期的起始溫度應為23℃左右。關于配子體結束休眠的溫度,本試驗中發(fā)現(xiàn),當水溫降至23℃時,配子體仍處于休眠狀態(tài);當水溫降至22.5℃左右時,配子體細胞的顏色開始逐漸變淺,22℃左右時才恢復為正常配子體的淺褐色并開始生長或發(fā)育。這表明配子體結束休眠的溫度應為22.5℃,略低于休眠期的起始溫度。

C.costata配子體休眠度夏這一特性為其人工育苗提供了極其便利的條件。借鑒裙帶菜配子體度夏期間的管理技術[12],在室內(nèi)進行C.costata的人工育苗時,水溫升至22.5℃需開始降低光強,23℃時光強降至300 lx;當秋季水溫降低至23℃以下時,配子體從逐漸休眠狀態(tài)復蘇,此時通過調整光照、營養(yǎng)鹽添加量和更換培養(yǎng)海水等措施促進配子體發(fā)育,使其在短時間內(nèi)大量成熟,形成卵囊和精子囊,從而獲得大量的幼孢子體,取得了良好的育苗效果。

3.2 幼苗海區(qū)暫養(yǎng)

暫養(yǎng)是利用自然海區(qū)的優(yōu)越條件促進幼苗快速生長,盡快達到分苗標準的培育過程。關于海帶目藻類幼苗暫養(yǎng)海區(qū)的選擇條件在海帶、裙帶菜的相關研究中已有許多報道,但多數(shù)集中在對溫度、營養(yǎng)鹽、透明度、水流等暫養(yǎng)海區(qū)自身條件的要求以及水云Ectocarpus siliculosus、石莼Ulva pertusa等雜

藻附著對幼苗生長的影響[11-12],有關附著動物的影響尚未見報道。本試驗中,在旅順柏嵐子海區(qū)C.costata幼苗暫養(yǎng)期間恰逢藪枝螅繁殖期內(nèi),幼苗下海暫養(yǎng)5 d后觀察,顯微鏡下可見大量透明藪枝狀的藪枝螅附著在苗繩上,C.costata幼苗生長在藪枝螅間。暫養(yǎng)10 d后,肉眼可見藪枝螅在苗繩表面形成密密的一層白色絨毛。顯微鏡下可見大量藪枝螅已產(chǎn)生多節(jié)叉狀分枝及多個觸手(呈傘狀),除部分個體較大的幼苗外,個體較小的幼苗被覆蓋在下面已經(jīng)陸續(xù)死亡,苗繩上幼苗密度明顯降低。試驗期間使用50 g/L的NaNO3溶液可以把藪枝螅殺死,但陸續(xù)仍有新的藪枝螅附著。

本試驗中發(fā)現(xiàn),苗繩上幼苗密度不同對藪枝螅的附著數(shù)量有明顯的影響。幼苗密度越小,苗繩上附著藪枝螅的數(shù)量越多;反之,苗繩上幼苗密度越大,其上面附著藪枝螅的數(shù)量越少。其原因可能是因為幼苗密度小的苗繩空余的區(qū)域大,導致藪枝螅大量附著,因此,增加苗繩上幼苗密度可以在一定程度上降低藪枝螅的危害,但無法從根本上解決問題。本試驗中幼苗暫養(yǎng)區(qū)域也是大連市裙帶菜幼苗的重要暫養(yǎng)區(qū),藪枝螅的大量繁衍極大地影響了裙帶菜的出苗率,也給企業(yè)帶來了重大損失,因此,深入開展藪枝螅生物量、繁殖期及幼蟲附著溫度和水層的調查,研究防止或避開藪枝螅大量附著的技術措施勢在必行。

[1] 殖田三郎,巖本康三,三浦昭雄.水産植物[M].東京:疭星社厚生閣,1978:408-412.

[2] 德田広,大野正夫,小河久郎.海藻資源養(yǎng)殖[M].東京:緑書房,1987:201-203.

[3] 日本增殖場造成指針作成委員仝.增殖場造成指針[M].東京:地球社,1985:89-104.

[4] 能登谷正浩.藻場の海藻と造成技術[M].東京:成山堂書社, 2003:90-144.

[5] 谷口和也.アラメ海中林の造成[J].水産の研究,1984,2(3): 81-85.

[6] 中久喜昭.アラメ,ヵジメ場,藻場,海中林[M].東京:疭星社厚生閣,1981:116-129.

[7] 張澤宇,陳樹科,蔣暉.Costaria costata的室內(nèi)培養(yǎng)與栽培試驗[J].大連水產(chǎn)學院學報,1992,7(2-3):39-48.

[8] 崛輝三.藻類の生活史集成第2蜅:褐藻、紅藻類[M].東京:內(nèi)田老鶴圃,1993:125-137.

[9] 新崎盛敏.アラメ,ヵジメの分類[M].東京:海洋科,1985: 760-765.

[10] 喜田和四郎,前川行幸.アラメ,ヵジメ群落に関する研究Ⅱ[J].三重大水産宓験所研報,1983(10):57-69.

[11] 曾呈奎,王素娟,劉思儉,等.海藻栽培學[M].上海:上?？萍汲霭嫔?1985:11-15.

[12] 劉煥亮.水產(chǎn)養(yǎng)殖學概論[M].青島:青島出版社,2000:22-33.

Artificial seeding of sea weed Costaria costata at ambient temperature

YOU Xue-ce,CAO Shu-qing,WANG Han-ru,ZHANG Zhe-yu,LI Xiao-li
(Key Laboratory of Mariculture,Agriculture Ministry,PRC,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

Mass zoospores were induced to release from sea weed Costaria costata collected from culture rafts by drying in air and were spread on nylon strings.The germination of zoospores,development of gametophytes and growth of juvenile sporophytes were studied in natural seawater temperature.The zoospores were found to germinate into gametophytes over 24 h at 16℃.The female and male gametophytes developed rapidly into clusters in diameter of 50 μm and 45 μm from 16℃to 20℃,but developed slowly at 22℃,even stopped developing over 23℃. The mature female and male gametophytes produced oogonia and antheridia with formation rate of 70%for oogonia and 62%for antheridia,from which released eggs and sperm from 21.5℃to 20.5℃.The juvenile sporophytes had good growth from 21.5℃to 20℃.The sporelings had length of over 200 μm after germination,0.3 cm after one month holding cultivation,and mature sporophytes length of 3 m and width of 35 cm in sea cultivation.

Costaria costata;zoospore collection;artificial seeding;holding sea cultivation;raft cultivation

2095-1388(2011)01-0017-06

S968.42

A

2010-06-02

國家“863”計劃項目(2006AA10A412);海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費資助項目(200805030)

由學策(1954-),男,高級工程師。E-mail:yxc@dlou.edu.cn