耿　紅，孟　希，賀　萌

(中南民族大學 生命科學學院， 武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護與利用湖北省重點實驗室，武漢430074)

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不同綠藻濃度下銅綠微囊藻對輪蟲生活史的影響

耿紅，孟希，賀萌

(中南民族大學 生命科學學院， 武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護與利用湖北省重點實驗室，武漢430074)

摘要利用生命表實驗，研究了不同斜生柵藻濃度下，銅綠微囊藻對萼花臂尾輪蟲和紅臂尾輪蟲生活史的影響.結(jié)果表明：當斜生柵藻濃度較高(105，106 cells/mL)時，銅綠微囊藻對萼花臂尾輪蟲的存活和繁殖有抑制作用，對照組輪蟲的rm、R0均顯著高于銅綠微囊藻組中的值(p<0.01)；當斜生柵藻濃度較低(104 cells/mL)時，銅綠微囊藻對萼花臂尾輪蟲種群則有一定的促進作用.任一斜生柵藻濃度下，銅綠微囊藻對紅臂尾輪蟲種群存活和繁殖及生活史特征參數(shù)均有抑制作用，且這種抑制作用隨斜生柵藻濃度的升高而減弱.說明銅綠微囊藻對輪蟲的作用受其他可食性綠藻食物濃度的影響，且這種影響隨輪蟲種類的不同而有差異.

關(guān)鍵詞斜生柵藻；銅綠微囊藻；輪蟲；存活；繁殖

Effect ofMicrocystisaeruginosaon the Rotifer Life History at Different Concentrations of Green Algae

GengHong,MengXi,HeMeng

(Hubei Provincial Key Laboratory for Protection and Application of Special Plants in Wuling Area of China，College of Life Sciences，South-Central University for Nationalities，Wuhan 430074，China)

AbstractThe effect ofMicrocystisaeruginosaon the life history ofBrachionuscalyciflorusandB.rubensat different concentrations ofScenedesmusobliquuswas investigated by using the life table experiments. The results showed thatM.aeruginosasuppressed the survivorship and reproduction ofB.calyciflorusat the high concentration ofS.obliquus(105and 106cells/mL). The intrinsic increase rate (rm) and net reproductive rate (R0) ofB.calyciflorusin control group were significantly higher than those in the group withM.aeruginosa(p<0.01). However,M.aeruginosacould stimulate the rotifer population at the low concentration ofS.obliquus(104cells/mL).M.aeruginosasuppressed the survivorship, reproduction and demographic parameters ofB.rubensat any concentration ofS.obliquusand this inhibition was relieved with the increase of concentration ofS.obliquus. These results indicate that the effects ofM.aeruginosaon the rotifer population may be influenced by the other food availability and this influence may be different with the different rotifer species.

KeywordsScenedesmusobliquus;Microcystisaeruginosa; rotifer; survivorship; reproduction

湖泊、水庫等的水體富營養(yǎng)化及伴隨的藍藻水華發(fā)生是全球范圍內(nèi)的重大水環(huán)境問題，在我國，大約有85%的湖泊已經(jīng)富營養(yǎng)化且比率呈增加趨勢[1]. 銅綠微囊藻Microcystisaeruginosa是藍藻水華的主要種類，在富營養(yǎng)化水體中有著廣泛的分布. 這種藻類可以產(chǎn)生一種有毒的次生代謝物質(zhì)即微囊藻毒素(MC)，對包括魚和浮游動物等在內(nèi)的水生生物產(chǎn)生毒害作用[2,3].

輪蟲是淡水浮游動物中的重要組成類群之一，由于分布廣泛、繁殖速率快，在水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生物生產(chǎn)力的研究中具有重要意義. 輪蟲也是大多數(shù)經(jīng)濟水產(chǎn)品的開口餌料，在漁業(yè)生產(chǎn)上有很大的應(yīng)用價值；而且，輪蟲還被認為是很好的指示生物，在環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)毒理研究中被廣泛采用. 目前已有相關(guān)實驗研究銅綠微囊藻對輪蟲實驗種群的影響[4-7]，但結(jié)果不相一致. 此外，外界環(huán)境因子的變化會影響銅綠微囊藻對輪蟲種群的作用，已有研究表明水體溫度的升高會加劇銅綠微囊藻對輪蟲種群的抑制作用[8,9]. 而在自然水體中，不僅水溫會發(fā)生變化，水體中其他可食性藻類食物的濃度也會發(fā)生變化，這也將影響到銅綠微囊藻對輪蟲種群的作用. 目前，有關(guān)這方面的研究工作卻非常少[10]. 因此，本實驗以斜生柵藻Scenedesmusobliquus為綠藻食物，研究不同斜生柵藻濃度下，銅綠微囊藻PCC7820對兩種輪蟲生活史的影響，探討環(huán)境中其他可食性食物在銅綠微囊藻對輪蟲影響中所起的作用及機理等.

1材料與方法

1.1輪蟲的來源與培養(yǎng)

實驗所用的萼花臂尾輪蟲(B.calyciflorus)和紅臂尾輪蟲(B.rubens)均采自武漢東湖自然水體中，其個體體長分別為180±3 μm和140±4 μm(平均體長±標準誤，n=25). 實驗室內(nèi)于溫度25±1℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進行單個體培養(yǎng)，光照強度約300 lux，光照周期為L∶D=16∶8. 培養(yǎng)液采用EPA配方[11]，所用餌料為處于指數(shù)增長期的斜生柵藻(S.obliquus).

1.2藻種及其培養(yǎng)

實驗中所用的綠藻為斜生柵藻S.obliquus，藍藻為銅綠微囊藻M.aeruginosaPCC7820，兩種藻類均由中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫提供，所用培養(yǎng)液分別為HB-4[12]和BG11[13]. 實驗室內(nèi)于溫度25±1℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進行充氣培養(yǎng).

1.3生命表實驗

依斜生柵藻濃度的不同，兩種輪蟲均設(shè)三個濃度梯度，分別為104，105和106cells/mLS.obliquus，每個濃度下再依據(jù)銅綠微囊藻的有無設(shè)兩種處理即對照組(C組)和銅綠微囊藻組(M組)，其微囊藻濃度分別為：萼花臂尾輪蟲-C組：0 cells/mLM.aeruginosa，M組：1.0×106cells/mLM.aeruginosa；紅臂尾輪蟲-C組：0 cells/mLM.aeruginosa，M組：1.0×105cells/mLM.aeruginosa. 每組3個重復(fù)，每個重復(fù)含有10個輪蟲幼體(齡長<6 h)；培養(yǎng)容器為5 mL特制的玻璃培養(yǎng)杯，培養(yǎng)液體積為3 mL，共用36個培養(yǎng)杯(2 輪蟲 × 3 濃度 × 2 處理 × 3重復(fù))；實驗時的溫度、光照等條件同上. 實驗時，每12 h觀察和記錄母體的攜卵數(shù)，存活數(shù)以及孵化的幼體數(shù)，并移去產(chǎn)出的幼體；在觀察的同時用玻璃微吸管輕輕懸浮沉積于水底的藻類食物，每間隔24 h更換培養(yǎng)液并喂食. 實驗持續(xù)至所有個體全部死亡為止.

1.4生活史各參數(shù)的定義和計算方法

依據(jù)生命表實驗所觀察到的數(shù)據(jù)可以計算出以下生活史各參數(shù).

1.4.1特定年齡存活率(lx)

x年齡組開始時存活個體的百分數(shù).

1.4.2特定年齡繁殖率(mx)

x年齡組平均個體所產(chǎn)的雌性后代數(shù).

1.4.3凈生殖率(R0)

1.4.4內(nèi)稟增長率(rm)

1.4.5世代時間(T)

1.4.6出生時的生命期望(e0)

相應(yīng)的參數(shù)在Excel中算得，所用公式參考Krebs[14]和Lotka[15]. 對實驗數(shù)據(jù)所進行的方差分析、多重比較以及回歸分析等均在統(tǒng)計軟件SPSS11.5中進行.

2結(jié)果與分析

2.1萼花臂尾輪蟲特定年齡存活率和繁殖率

相同斜生柵藻濃度下，比較兩種處理組中輪蟲的存活率曲線，可以看出，銅綠微囊藻組的輪蟲存活率開始下降的時間早于對照組的輪蟲，下降的速度也較快于對照組，這在斜生柵藻濃度為105和106cells/mL時尤為明顯(圖1)，說明銅綠微囊藻的存在抑制了輪蟲的存活.比較同種處理不同斜生柵藻濃度下輪蟲的存活率曲線，可以看出，隨柵藻濃度的升高，兩組輪蟲存活率變化是一致的，即輪蟲的存活率隨柵藻濃度的升高而逐漸增大.

圖2顯示了不同斜生柵藻濃度下，萼花臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡繁殖率. 從圖中可以看出，當斜生柵藻濃度為104cells/mL時，對照組輪蟲無后代產(chǎn)出，而處理組輪蟲則有一定的繁殖率；說明在柵藻濃度較低時，萼花臂尾輪蟲能從銅綠微囊藻中獲取一定的營養(yǎng)用于繁殖后代. 當柵藻濃度升高至106cells/mL時，處理組輪蟲的繁殖率明顯低于對照組，表明銅綠微囊藻對輪蟲繁殖的抑制作用.

圖1　不同斜生柵藻濃度下萼花臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡存活率Fig.1　Age-specific survivorships of Brachionus calyciflorus in two treatments at different concentrations of Scenedesmus obliquus

圖2　不同斜生柵藻濃度下萼花臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡繁殖率Fig.2　Age-specific fecundities of Brachionus calyciflorus in two treatments at different concentrations of Scenedesmus obliquus

由此可見，銅綠微囊藻對輪蟲繁殖率的影響比較復(fù)雜，隨柵藻濃度的不同而有所變化. 比較同種處理不同柵藻濃度下輪蟲的繁殖率曲線，可以看出，兩組輪蟲繁殖率均隨柵藻濃度的升高而增大.

2.2紅臂尾輪蟲特定年齡存活率和繁殖率

圖3顯示了不同斜生柵藻濃度下，紅臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡存活率. 從圖中可以看出，不同柵藻濃度下，銅綠微囊藻的加入都使得輪蟲的存活率明顯下降，表現(xiàn)為銅綠微囊藻組的輪蟲存活率開始下降的時間均早于對照組的輪蟲，且下降的速度也快于對照組；說明銅綠微囊藻的存在明顯抑制了紅臂尾輪蟲的存活. 比較同種處理不同斜生柵藻濃度下輪蟲的存活率曲線，發(fā)現(xiàn)兩組輪蟲的存活率均隨柵藻濃度的升高而呈增大趨勢.

圖3　不同斜生柵藻濃度下紅臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡存活率Fig.3　Age-specific survivorships of Brachionus rubens in two treatments at different concentrations of Scenedesmus obliquus

當斜生柵藻濃度為104cells/mL時，對照組和銅綠微囊藻組的輪蟲均無后代個體產(chǎn)出；當柵藻濃度為105cells/mL時，對照組輪蟲有后代產(chǎn)生，其繁殖率曲線見圖4所示，但在銅綠微囊藻組中，由于加入105cells/mL銅綠微囊藻，輪蟲的繁殖受抑制，無后代個體產(chǎn)出；柵藻濃度為106cells/mL時，對照組和銅綠微囊藻組的輪蟲均有繁殖，但銅綠微囊藻組的輪蟲繁殖率明顯低于對照組的輪蟲(圖4). 說明銅綠微囊藻的存在也抑制了紅臂尾輪蟲的繁殖. 此外，比較不同斜生柵藻濃度下對照組輪蟲的繁殖率曲線，可以看出，輪蟲繁殖率隨柵藻濃度的升高而增大.

圖4　不同斜生柵藻濃度下紅臂尾輪蟲在兩種處理組中的特定年齡繁殖率Fig.4　Age-specific fecundities of Brachionus rubens in two treatments at different concentrations of Scenedesmus obliquus

2.3萼花臂尾輪蟲和紅臂尾輪蟲的生活史參數(shù)

不同斜生柵藻濃度下，萼花臂尾輪蟲在兩種處理組中的生活史各參數(shù)見表1所示. 當斜生柵藻濃度為104cells/mL 時，由于對照組輪蟲無后代產(chǎn)出，故無rm、R0等參數(shù)值；而加入106cells/mL銅綠微囊藻后，輪蟲出現(xiàn)繁殖，有較低rm值，表明了銅綠微囊藻為萼花臂尾輪蟲提供了一定的營養(yǎng). 在斜生柵藻濃度為105和106cells/mL時，t檢驗的結(jié)果顯示，對照組輪蟲的rm、R0均顯著高于銅綠微囊藻組中的值(p<0.01)，而T在兩種處理組間無顯著差異，說明在柵藻濃度較高時，銅綠微囊藻的存在抑制了萼花臂尾輪蟲種群的rm，且這種抑制作用是通過降低輪蟲種群的R0來實現(xiàn)的. 對同種處理不同斜生柵藻濃度下輪蟲種群的rm、R0和T進行方差分析，結(jié)果表明，相同處理組中，斜生柵藻濃度對輪蟲種群的rm和R0均有顯著影響(ANOVA，p<0.01)，而對世代時間T無顯著影響；相同處理組中輪蟲種群的rm和R0隨斜生柵藻濃度的升高而增大.

表2列出了不同斜生柵藻濃度下，紅臂尾輪蟲在兩種處理組中的生活史各參數(shù)值. 當斜生柵藻濃度為106cells/mL時，對兩種處理組輪蟲種群的rm等參數(shù)進行t檢驗，結(jié)果表明，銅綠微囊藻組輪蟲種群的rm和R0均顯著低于對照組中的值(p<0.01)，而世代時間T在兩種處理間無顯著差異.對照組輪蟲種群的rm和R0受斜生柵藻濃度的影響也具有顯著性(ANOVA，p<0.01)，隨柵藻濃度的升高而逐漸增大.

表1　不同斜生柵藻濃度下萼花臂尾輪蟲在兩種處理組中的生活史參數(shù)

表2　不同斜生柵藻濃度下紅臂尾輪蟲在兩種處理組中的生活史參數(shù)

3討論

食物是影響輪蟲種群的重要生物因子，有關(guān)食物濃度對輪蟲種群增長的影響已被廣泛研究. Guisande和Mazuelos認為，高食物濃度下，輪蟲幼體能較快地發(fā)育為成熟個體，從而提高種群增長率[16]. Dumont等研究也表明，食物濃度升高可導(dǎo)致輪蟲種群增長率的增加[17]. 本研究中我們也得到了相似的結(jié)論，兩種輪蟲種群的存活率、繁殖率以及內(nèi)稟增長率等均隨柵藻食物濃度的升高而增大.

本研究中任一斜生柵藻食物濃度下，銅綠微囊藻的存在都明顯抑制了紅臂尾輪蟲的存活和繁殖，進而降低了輪蟲種群的內(nèi)稟增長率和凈生殖率. 這與Rothhaupt[18]以及我們之前的研究結(jié)果[6]是一致的，充分說明了銅綠微囊藻對紅臂尾輪蟲種群的毒害作用. 而銅綠微囊藻對萼花臂尾輪蟲種群的影響則較為復(fù)雜，隨柵藻食物濃度的不同有所變化. 當柵藻食物濃度較低，提供不了足夠的營養(yǎng)使輪蟲繁殖時，銅綠微囊藻對輪蟲種群非但沒有抑制作用，反而促進了輪蟲的種群增長；說明萼花臂尾輪蟲能夠從銅綠微囊藻中獲取一定的營養(yǎng)以用于其繁殖后代. Fulton和Paerl的研究也表明，僅喂食銅綠微囊藻(單細胞以及群體)時，萼花臂尾輪蟲種群的存活較長于饑餓對照組；且饑餓對照組輪蟲種群無繁殖，而輪蟲種群在群體銅綠微囊藻組中則有一定的繁殖能力；因此他們認為，與實驗中所研究的其他浮游動物種類不同，萼花臂尾輪蟲能夠利用銅綠微囊藻作為輔助食物來源[4]. 此外，DeMott等也提出，盡管銅綠微囊藻PCC7820含有藻毒素，其有毒細胞仍能提供一定的營養(yǎng)[2].

藍藻對浮游動物種群的影響與眾多因素有關(guān)，如藍藻種類和濃度[3]、浮游動物種類[19]以及溫度[8,9]等. 此外，水體中其他可食性藻類如綠藻的濃度也是重要的影響因子之一. Reinikainen等通過急性毒性實驗，研究了不同濃度的柵藻Scenedesmusobtusiusculus條件下，銅綠微囊藻PCC7820對蚤狀溞Daphniapulex存活率的影響，發(fā)現(xiàn)柵藻食物濃度的升高會削弱銅綠微囊藻對蚤狀溞存活率的抑制作用[20]. 本研究中，我們也發(fā)現(xiàn)，隨斜生柵藻食物濃度的升高，有毒銅綠微囊藻對紅臂尾輪蟲種群的存活率、繁殖率以及平均壽命等的抑制作用減弱. Reinikainen等提出了兩個可能的原因以解釋食物濃度對銅綠微囊藻毒害作用的削弱，一方面，隨柵藻濃度的升高，浮游動物獲取的食物中有毒銅綠微囊藻所占的比例相對下降，因而毒害作用也減弱；另一方面，較高柵藻濃度下，浮游動物的生理狀態(tài)也較好，因而抵抗銅綠微囊藻毒素的能力也增強[20]. 此外，我們認為，也有可能是藻毒素的性質(zhì)部分被綠藻細胞內(nèi)的化合物所改變，從而降低毒性.

然而，本研究中，這種柵藻食物濃度的升高對銅綠微囊藻毒害作用的減弱在萼花臂尾輪蟲中并沒有明顯體現(xiàn)出來，表明這種減弱作用隨輪蟲種類的不同而具有特異性. Gilbert的研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，有毒水華魚腥藻的存在降低了梳狀疣毛輪蟲Synchaetapectinata的壽命及繁殖，且在較低隱藻食物濃度Cryptomonaserosa下，這種抑制作用更加劇烈；但對于萼花臂尾輪蟲而言，水華魚腥藻對輪蟲壽命及繁殖的抑制作用隨隱藻食物濃度的升高無明顯變化[10]. 造成這種差異的原因可能是由于輪蟲種類的不同，如上所述，銅綠微囊藻對萼花臂尾輪蟲種群的影響較為復(fù)雜，在一定條件下，萼花臂尾輪蟲能夠利用銅綠微囊藻，從中獲取營養(yǎng)[6].

在野外自然水體中，當藍藻水華爆發(fā)時，水溫常較高且浮游植物群落中藍藻占優(yōu)勢，其他可食性食物種類及數(shù)量都較少. 我們也發(fā)現(xiàn)，溫度的升高常會加劇銅綠微囊藻對輪蟲種群的抑制作用[9]。因此，如果溫度與其他可食性食物對銅綠微囊藻-輪蟲所起的作用發(fā)生協(xié)同或拮抗，輪蟲種群的結(jié)構(gòu)就會發(fā)生很大的變化，從而也會影響其高營養(yǎng)級的其他生物種類；所以，有必要進一步研究兩種或兩種以上環(huán)境因子同時變化時，銅綠微囊藻及其他藍藻種類對輪蟲等浮游動物種群的影響.

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中圖分類號Q178

文獻標識碼A

文章編號1672-4321(2016)01-0044-06

基金項目國家自然科學基金資助項目(31200361)；橫向項目基金(HZY14009)；國家留學基金委青骨項目[留金發(fā)(2013)3050號]

作者簡介耿紅(1979-)，副教授，博士，研究方向：水生生物學，E-mail：genghong@mail.scuec.edu.cn

收稿日期2015-02-15