郭蔚華，周美修，范建元，彭習(xí)武

1. 重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2. 四川省建筑設(shè)計研究院 四川 成都 610000；3. 廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 深圳 518026

星肋小環(huán)藻、滇池銅綠微囊藻的春化作用

郭蔚華1，周美修2，范建元3，彭習(xí)武1

1. 重慶大學(xué) 城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶 400045；2. 四川省建筑設(shè)計研究院 四川 成都 610000；3. 廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東 深圳 518026

為認知星肋小環(huán)藻（硅藻）春季活動、滇池銅綠微囊藻（藍藻）春夏大規(guī)模暴發(fā)的活動規(guī)律，通過確定生長溫區(qū)后進行變溫實驗，分析低溫對2種實驗藻的生長影響，其結(jié)果為：小環(huán)藻的生長溫度為9.5～15.0 ℃，微囊藻生長溫度為15.0～31.0 ℃，生長高溫將抑制2種藻的生長；15.5 ℃以上、9.0 ℃以下時小環(huán)藻停止生長，31.0 ℃以上、15.0 ℃以下時微囊藻停止生長；在15.5～17.5 ℃停止生長后用7.0～9.0 ℃處理一天后放回生長溫度培養(yǎng)，小環(huán)藻恢復(fù)生長，在31.0～33.0 ℃停止生長后用7.0～14.0 ℃處理一天后放回生長溫度培養(yǎng)，微囊藻恢復(fù)生長，表明特定低溫可使處于高溫休眠的藻恢復(fù)生長，即低溫具有解除高溫休眠的作用；誘導(dǎo)低溫7.5～9.5 ℃、10.0～14.0 ℃時，星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻的生長與低溫誘導(dǎo)強度反相關(guān)，與誘導(dǎo)時間正相關(guān)；低溫可解除高溫休眠作用誘導(dǎo)藻生長，同樣，高溫也可解除藻的低溫誘導(dǎo)作用。分析認為：星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻的低溫誘導(dǎo)作用與植物春化作用一致，因此實驗藻具有春化作用，其年活動規(guī)律為：經(jīng)冬季低溫誘導(dǎo)，處于休眠的實驗藻春季恢復(fù)生長，夏季生長高溫抑制銅綠微囊藻生長，秋季無誘導(dǎo)低溫過程，銅綠微囊藻華可發(fā)生但不如春夏。

低溫誘導(dǎo)；春化作用；星肋小環(huán)藻；滇池銅綠微囊藻

圖1 星肋小環(huán)藻電鏡圖片(1.殼內(nèi)面觀2.殼面觀）Fig. 1 Electron microscope photo of Cyclotell aasterocostata (1. inner surface of the shell; 2. surface of the shell)

圖2 銅綠微囊藻光學(xué)顯微圖片F(xiàn)ig. 2 Optical microscope photo of Microcystis aeruginosa

星肋小環(huán)藻（Cyclotella asterocostata. 圖1）（郭蔚華，2010）屬硅藻門中心綱圓篩藻目圓篩藻科小環(huán)藻屬，個體單細胞，細胞壁為堅硬的硅殼體，生長方式為裂殖（齊雨藻等，1995），2004年起逐年開展嘉陵江出口段藻類組成調(diào)查（張智等，2005），發(fā)現(xiàn)星肋小環(huán)藻每年春季均如期出現(xiàn)（郭蔚華等，2010）。銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa. 圖2）屬藍藻門色球藻目微囊藻屬，群生體呈球形團塊狀或不規(guī)則形成穿孔的網(wǎng)狀團塊，橄欖綠色或污綠色，細胞幼時球形、橢圓形、中實，成熟后中空的囊狀體，銅綠微囊藻是太湖、巢湖、滇池等藍藻水華的典型藻種（王愛業(yè)等，2008）。長期研究關(guān)注2種藻發(fā)生規(guī)律時提出2個疑問：一年四季春秋2季氣候光照相似，為何星肋小環(huán)藻僅春季而非秋季出現(xiàn)？為何太湖、滇池、巢湖的銅綠微囊藻大規(guī)模暴發(fā)春夏重于秋季？長期以來，藻類生長的溫、光、生態(tài)等研究很多，如水溫在不同時的葉綠素a變化

（李榮輝，2008；Zhao et al，2008；張曼，2010）、微囊藻在不同溫度下的生長和光合作用特征及浮力調(diào)控機制（金相燦等，2008）、太湖和巢湖水華藍藻的越冬和春季復(fù)蘇的動力特征（吳曉東，2008）、水體中藍藻上浮和下沉速率的季節(jié)性變化（姜霞，2010）等，這些諸多研究均不能解釋提出的2個疑問，同時在多年的星肋小環(huán)藻春季活動機理實驗、銅綠微囊藻春夏暴發(fā)機理探尋與環(huán)境因子分析毫無結(jié)果后，將2種藻春季活動與植物春化作用相關(guān)聯(lián)。春化作用（verenalization）是指低溫誘導(dǎo)促使植物開花的作用（武微華，2003；周云龍，2004），如冬小麥、甘藍、蘿卜等需要低溫春化才能在開春后正常開花結(jié)實。如果星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻具有植物一樣的春化作用，上述所提的2個疑問可以得到合理解釋，而且將揭示微觀世界微型藻類—非維管束孢子植物中也存在著春化作用。由于藻類生長與低溫作用的相關(guān)研究尚未見國內(nèi)外報道，于2009年至2013年進行了2種藻的低溫誘導(dǎo)實驗。

本文通過藻生長溫度和變溫實驗，測試各溫度下的藻生長，分析實驗藻的低溫誘導(dǎo)作用、藻增長與低溫誘導(dǎo)強度、誘導(dǎo)時間的關(guān)系，解釋星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻春夏活動規(guī)律。

1 材料與方法

1.1材料

儀器：SWJ-73型測溫采水器，HETTICH-EBA離心機，MOTICBA200數(shù)碼顯微鏡，SPX-300I-G程控光照培養(yǎng)箱（靈敏度±0.2 ℃）、血球計數(shù)板、滅菌鍋、抽慮機等。

實驗藻種：

①星肋小環(huán)藻：實驗期間每年初春嘉陵江瓷器口右岸（元月中下旬各采樣點的氣溫、水溫值為全年最小，2月份開始，氣溫、水溫開始回升，氣溫變化無規(guī)律性且復(fù)雜）星肋小環(huán)藻出現(xiàn)時現(xiàn)場采取水樣。由于培養(yǎng)時間過長，原水樣雜菌滋生，實驗藻生長計數(shù)被干擾，為確保春季完成實驗，需充分利用嘉陵江實驗藻出現(xiàn)期（15 d左右）的藻源，進行多次取樣，即每2 d一次，于樣點水面下50 cm處采取水樣，帶回室內(nèi)擴大培養(yǎng)，提供實驗用藻。

②銅綠微囊藻：由中國科學(xué)院水生生物研究所提供，擴大培養(yǎng)后直接用于實驗。

1.2方法

培養(yǎng)條件：光暗比12 h:12 h，光強36 μE/(m2·s)。

培養(yǎng)液制備：①星肋小環(huán)藻：原水樣經(jīng)0.45 μm膜濾，裝入1000 ml燒瓶中高壓滅菌30 min，用于藻培養(yǎng)。②銅綠微囊藻：BG11培養(yǎng)基。

實驗藻擴大：①星肋小環(huán)藻：當(dāng)嘉陵江星肋小環(huán)藻密度達0.4×104/L開始采樣。將采回水樣放入1000 mL燒杯中，12.0 ℃（多年調(diào)查分析所得）培養(yǎng)2 d，按1:1將原水樣和培養(yǎng)液放入燒瓶中混勻后于13.0 ℃下培養(yǎng)；當(dāng)藻密度達1.5×104/L時，取藻液50 ml移入裝有200 mL培養(yǎng)液的燒瓶中于13.0 ℃下擴大培養(yǎng)，當(dāng)藻密度達3.0×104/L時，用于實驗藻液配制。若原水中星肋小環(huán)藻密度達到3.0×104/L時，可直接用于實驗藻液配制。②銅綠微囊藻：將藻種接入BG-11培養(yǎng)液中，加塞，放入在2000 lx下擴大培養(yǎng)，當(dāng)藻密度達10.0×104個/L時，開始溫度實驗。

實驗藻液配制：取擴倍后藻液10 mL和培養(yǎng)液90 mL放入250 mL滅菌燒瓶中，加上棉塞，用于生長溫區(qū)實驗和變溫實驗。實驗前后進行實驗藻計數(shù)。

實驗藻計數(shù)：①星肋小環(huán)藻：取藻液10 mL，經(jīng)HETTICH-EBA離心機10 min/4000 r離心，濃縮定容1 mL，取其0.05 mL滴加于血球計數(shù)板上，蓋上蓋玻片，于MOTICBA 200數(shù)碼顯微鏡下對星肋小環(huán)藻計數(shù)（國家環(huán)境保護總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會，2002）。②銅綠微囊藻：直接于燒瓶取0.05 mL滴加于血球計數(shù)板上，蓋上蓋玻片，于MOTICBA 200數(shù)碼顯微鏡下對微囊藻計數(shù)。

實驗藻生長單位：藻生長溫區(qū)測試用比生長率（μ），變溫實驗用生長率（r）。

比生長率（μ）計算：μ=ln(N2/N1)/(T2-T1)，式中N2、N1為藻密度在時刻T2、T1的值。

生長率（r）計算：r=(N2-N1)/t×100%，式中N2、N1分別為藻密度在培養(yǎng)時間t（單位：d）前后的值。

1.3實驗設(shè)計

實驗組：2種藻均設(shè)置3個平行實驗組A、B、C。

生長溫區(qū)實驗：測試2種藻生長溫度三基點。

變溫試驗：測試實驗藻對溫度變化的響應(yīng)，實驗溫度按年氣溫變化規(guī)律調(diào)定。調(diào)溫時間每2 d調(diào)一次溫度。

①無高溫處理實驗：變溫順序是，生長低溫→適溫→高溫→適溫→低溫；②高溫處理實驗：變溫順序是，生長低溫→適溫→高溫→處理高溫→適溫；③高低溫處理實驗：變溫順序是，生長低溫→適溫→高溫→處理高溫→處理低溫→適溫。實驗每2 d上調(diào)1 ℃，經(jīng)處理高溫培養(yǎng)后的藻液直接進入生長適溫或處理低溫；④致死高低溫處理實驗：變溫順序是，生長低溫→適溫→高溫→處理高溫→致死高溫→處理低溫→適溫。

2 結(jié)果

2.1生長溫區(qū)實驗

2種藻生長溫區(qū)實驗數(shù)據(jù)整理成表1可知，星肋小環(huán)藻生長溫度三基點為9.5 ℃（最低）、13.0 ℃

（最適）、15.0 ℃（最高）；銅綠微囊藻生長溫度三基點為15.0 ℃（最低）、19.0 ℃（最適）、31.0 ℃（最高）。

表1 實驗藻生長溫區(qū)和處理溫度Table 1 The growth temperature area and processing temperature of experiment algae

2.2變溫實驗

無高溫處理實驗（圖3）表明生長溫度內(nèi)的高溫對2種實驗藻均產(chǎn)生了一定的抑制作用。

高低溫變化處理實驗，表明經(jīng)過高溫處理（表1）再進行生長培養(yǎng)2種藻未見生長（圖4）。但先經(jīng)休眠高溫處理再誘導(dǎo)低溫（表1）處理最后進行培養(yǎng)，則2種藻出現(xiàn)生長（圖5），而先經(jīng)致死高溫處理后用誘導(dǎo)低溫處理再進行生長培養(yǎng)，則2種藻均不生長（圖6）。

2.3誘導(dǎo)低溫與誘導(dǎo)時間

表2表明處理低溫在一定范圍內(nèi)才有誘導(dǎo)作用，高于或低于處理低溫都不具有誘導(dǎo)作用，我們稱具有誘導(dǎo)作用的低溫為誘導(dǎo)低溫（表1）。在這個低溫范圍內(nèi)，有一個最適誘導(dǎo)低溫，由表2可知星肋小環(huán)藻最適誘導(dǎo)低溫為7.5 ℃，銅綠微囊藻為10.0 ℃，高于最適誘導(dǎo)低溫時處理低溫與藻增長反相關(guān)，低于最適誘導(dǎo)低溫時處理低溫與藻增長正相關(guān)，而誘導(dǎo)低溫處理時間與藻生長正相關(guān)。最適、最大誘導(dǎo)時間有待實驗確定。

圖3 無高溫處理的實驗藻生長與溫度關(guān)系Fig. 3 Experiment algae growing in growth temperature without high temperature treatment

圖4 高溫處理后未經(jīng)低溫處理的實驗藻生長變化Fig. 4 Experiment algae growing after high-temperature treatment without the low-temperature

3 討論

3.1星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻的低溫誘導(dǎo)作用

實驗中處于高溫休眠狀態(tài)的實驗藻需要一定的低溫過程后，在適宜溫度中才能恢復(fù)生長；而處于生長高溫生長受抑制時，低溫過程后可使實驗藻正常生長（圖5）。高溫與低溫交替對實驗藻的作用：

低溫解除高溫休眠作用，高溫反過來又解除低溫誘導(dǎo)作用，因而，自然環(huán)境下2種溫度控制著實驗藻的年活動規(guī)律。誘導(dǎo)低溫7.5～9.5 ℃時、10.0～14.0 ℃時，星肋小環(huán)藻生長、銅綠微囊藻生長與低溫強度反相關(guān)，與作用時間正相關(guān)。

圖5 高溫處理后再經(jīng)低溫處理的實驗藻生長變化Fig. 5 Experiment algae growing after low- temperature treatment after high-temperature

表2 不同誘導(dǎo)低溫、誘導(dǎo)時間實驗藻生長情況Table 2 Two algae growth at different induction temperature and for different induction time

圖6 致死高溫處理后經(jīng)低溫處理的實驗藻生長變化Fig. 6 Experiment algae growing after high fatal temperature treatment with the low temperature

3.2星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻的年活動規(guī)律分析

星肋小環(huán)藻生長溫度9.5～15.0 ℃、休眠高溫15.5～17.5 ℃、誘導(dǎo)低溫7.0～9.5 ℃，嘉陵江出口段

水溫每年初春水溫8.0～15.0 ℃，此時開始生長活動，3月上中旬水溫上升到15.0～17.0 ℃，停止生長活動，直到年底、來年初7～8 ℃水溫出現(xiàn)，小環(huán)藻的高溫休眠作用被低溫解除接下來春季又開始活動，盡管秋季也有適宜小環(huán)藻生長的水溫，但之前沒有低溫解除高溫休眠作用，因此星肋小環(huán)藻每年活動一次且時間不長。銅綠微囊藻生長溫度15.0～31.0 ℃、休眠高溫31.0～33.0 ℃、誘導(dǎo)低溫7.0～14.0 ℃，3月下至11月上滇池水溫范圍14.0～26.0 ℃，微囊藻的生長活動期長達7、8個月，但是大規(guī)模暴發(fā)只出現(xiàn)在每年的春末初夏，其原因是3月到5月上中旬水溫適宜微囊藻生長，之后生長高溫開始出現(xiàn)且逐步升高，開始抑制藻生長且抑制作用加強，由于此后沒有低溫過程消除抑制作用，使得進入水溫適宜的秋季微囊藻雖生長但活動遠不如春末初夏，秋后冬季的低溫可以消除生長高溫的抑制作用，來年春末初夏微囊藻又開始活動頻繁。

3.3藻類低溫誘導(dǎo)作用與植物春化作用

春化植物是指具有春化作用的高等植物，在生長期中需要一定的低溫過程才能開花結(jié)實，春化作用促進繁殖器官的發(fā)育形成，影響繁殖過程。星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻為單細胞低等植物，以裂殖繁殖為主，其低溫作用就是影響裂殖。高溫可以解除春化植物的春化作用，也可解除實驗藻的低溫誘導(dǎo)作用；低溫可以誘導(dǎo)春化植物開花結(jié)實，低溫也可以誘導(dǎo)實驗藻生長活動；春化作用促進植物花分化，而低溫促進實驗藻細胞分裂，盡管兩者有異，但本質(zhì)相同，即促進繁殖。分析認為，星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻的低溫誘導(dǎo)作用與植物的春化作用相關(guān)聯(lián)，即星肋小環(huán)藻銅綠微囊藻的低溫誘導(dǎo)作用可稱為藻的春化作用。

3.4植物春化作用起源

由植物進化過程可知，高等植物由單細胞藻類進化而來，從進化關(guān)系看原核藻類→真核藻類→低等維管植物→高等植物，銅綠微囊藻屬于原核單細胞植物、星肋小環(huán)藻為真核單細胞植物，實驗發(fā)現(xiàn)兩種藻均有春化作用（低溫誘導(dǎo)作用），既然最原始的原核單細胞植物中存在春化作用，表明春化作用出現(xiàn)的歷史早于真核單細胞植物的歷史，更遠遠早于高等植物出現(xiàn)的歷史，春化作用由原核單細胞植物→真核單細胞植物→高等植物。春化作用由低等向高等植物傳遞，可為高等植物進化淵源的又一實證。

4 結(jié)論

（1）星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻具有春化作用，休眠高溫將解除藻春化作用，生長高溫將抑制藻生長。2種藻年活動規(guī)律為：經(jīng)冬季低溫誘導(dǎo)，處于休眠的實驗藻春季恢復(fù)生長，夏季生長高溫抑制銅綠微囊藻生長，仲春的休眠高溫停止星肋小環(huán)藻生長，秋季無誘導(dǎo)低溫過程，銅綠微囊藻華可發(fā)生但不如春夏。

（2）星肋小環(huán)藻、銅綠微囊藻春化作用的低溫誘導(dǎo)關(guān)系：增長率與誘導(dǎo)時間正相關(guān)，與誘導(dǎo)低溫強度反相關(guān)（最適誘導(dǎo)低溫以上時）。

（3）高等植物春化作用起源與微型藻春化作用相關(guān)聯(lián)。

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Verenalization in Cyclotella asterocostata and Microcystis aeruginosa

GUO WeiHua1, ZHOU Meixiu2, FAN JianYuan3, PENG Xiwu1
1. Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. Sichuan Provincial Architectural Design and Research Institute, Chengdu 610000, China; 3. Architectural Design and Research Institute of Guangdong Province, Shenzhen 518026, China

To study the activities of the Cyclotella asterocostata in spring and Microcystis aeruginosa in Dianchi Lake in spring and summer, on the basis of the experiment to determine the growth temperature, Analyses the low temperature impact on two experimental algae growth. The results show that: the Cyclotella asterocostata growth temperature was 9.5～15.0 ℃, the Microcystis aeruginosa growth temperature was 15.0～31.0 ℃, growth high temperature would restrain the growth of the two kinds of experimental algae. The Cyclotella asterocostata stopped growing when the temperature was more than 15.5 ℃, 9.0 ℃ below, it was the same to Microcystis aeruginosa(more than 31.0 ℃, 15.0 ℃ below). The stop growing Cyclotella asterocostata will recovery growth after treated with 7.0～9.0 ℃ for a day and back on the growth temperature, it was the same to Microcystis aeruginosa which was treated with 7.0～14.0 ℃. This showed that specific low temperature could make experimental algae recovery growth in dormancy high temperature, low temperature could remove the effect of dormancy high temperature. Two algae growth and the intensity of induction-low-temperature was anti-correlation when the temperature was 7.5～9.5 ℃ and 10.0～14.0 ℃, positive correlation with the reaction time. Low temperature could induce experimental algae growth and high temperature could lift the low temperature induced effect of experimental algae. Analysis that Cyclotella asterocostata and Microcystis aeruginosa had vernalization which is similar to those higher plants, therefore the experimental algae had the vernalization. The annual activity rhythm of experimental algae was: low-temperature in winter induced growing in spring which had stopped growing; high temperature in summer inhibited the growth of experimental algae, because there was no low temperature induction in autumn, algal blooms could occur but not large-scale outbreak.

low-temperature induction; verenalization; Cyclotella asterocostata; Microcystis aeruginosa

X522

A

1674-5906（2014）07-1187-06

郭蔚華（1956年生），男，副教授，西藏工作多年，現(xiàn)工作于重慶大學(xué)，從事水處理微生物技術(shù)、水環(huán)境藻類等研究。E-mail: gwhchl@163.com

聯(lián)系人：周美修，E-mail: 835289924@qq.com

2014-03-23

郭蔚華，周美修，范建元，彭習(xí)武. 星肋小環(huán)藻、滇池銅綠微囊藻的春化作用[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014, 23(7): 1187-1192. GUO WeiHua, ZHOU Meixiu, FAN JianYuan, PENG Xiwu. Verenalization in Cyclotella asterocostata and Microcystis aeruginosa [J].Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(7): 1187-1192.