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        不同環(huán)境因子對(duì)草履蟲種群生長(zhǎng)的影響

        2017-07-29 02:32:33王興達(dá)曹英昆霸婉玉張奇王小瑞
        河北漁業(yè) 2017年7期

        王興達(dá)+曹英昆+霸婉玉+張奇+王小瑞+沈慶洲+張鐵

        摘 要:為了研究不同環(huán)境因子對(duì)草履蟲種群生長(zhǎng)的影響,培養(yǎng)出優(yōu)質(zhì)的草履蟲,分別在pH梯度為:6.0、65、7.0、7.5、8.0,光照梯度為:0 lx、500 lx、1 000 lx、1 500 lx條件下培養(yǎng)草履蟲,結(jié)果表明,小白菜培養(yǎng)液培養(yǎng)草履蟲的最適pH值為7.0,并且相比于弱酸性環(huán)境,草履蟲更適宜在弱堿性環(huán)境中生長(zhǎng)。在光照為0 lx條件下,草履蟲數(shù)量在第4天時(shí)達(dá)到最大值4 073 ind/100 mL,在光照為500~1 500 lx條件下,隨著光照度的增加,草履蟲的種群數(shù)量也隨之增加。

        關(guān)鍵詞:草履蟲;pH值;光照;種群密度

        1 引言

        1.1 研究背景

        大草履蟲(Paramecium caudatum)屬原生動(dòng)物門, 纖毛亞門, 纖毛綱,體長(zhǎng)只有80~300 μm,由一個(gè)單細(xì)胞組成,是動(dòng)物學(xué)教學(xué)常用的實(shí)驗(yàn)材料,也是實(shí)驗(yàn)生物學(xué)的重要材料[1]。它除了應(yīng)激迅速外,還具有分布廣泛,繁殖速度快,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于采集培養(yǎng)以及觀察的特點(diǎn),在細(xì)胞生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、仿生學(xué)等研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用, 同時(shí)也是環(huán)境保護(hù)科學(xué)用來(lái)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和水質(zhì)凈化的活性生物材料[2~3]。本文旨在探討pH值和光照對(duì)草履蟲種群密度的影響, 從而為實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下,短時(shí)間內(nèi)大量培養(yǎng)出純度高、性狀穩(wěn)定的草履蟲,以及為草履蟲在水體環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

        1.2 研究進(jìn)展

        草履蟲是原生動(dòng)物門的代表動(dòng)物,對(duì)其采集、純化及培養(yǎng)方面的研究,隨著科研的進(jìn)步,實(shí)驗(yàn)條件及設(shè)備的改進(jìn)而不斷發(fā)展?,F(xiàn)有研究結(jié)果表明,23~27 ℃時(shí)大草履蟲的分裂生殖最為旺盛,25 ℃為最適溫度,低于10 ℃時(shí)不利于草履蟲的繁殖[4]。當(dāng)培養(yǎng)液酸性較強(qiáng)時(shí)(pH值為3.0和4.0),草履蟲均死亡,草履蟲僅能在弱酸性條件下正常生長(zhǎng),對(duì)酸的耐受范圍在pH值5.0~7.0。當(dāng)pH值高于9.0時(shí),草履蟲不能正常生長(zhǎng),草履蟲只能在弱堿性條件下正常生長(zhǎng),對(duì)堿的耐受范圍在pH值7.0~9.0。

        2 材料及方法

        2.1 實(shí)驗(yàn)材料燒杯、量筒、0~50 μL移液槍、紗布和皮筋若干、漏斗、載玻片,光學(xué)顯微鏡、電子天平、pH計(jì)、照度計(jì)等;新鮮的小白菜、氫氧化鈉、濃鹽酸等。

        2.2 草履蟲的采集和純化

        草履蟲通常生活在水流速度不大,深度較淺的水溝、池塘和稻田中, 并且大多積聚在有機(jī)質(zhì)豐富、光線充足的水面附近。當(dāng)水溫在24~27 ℃時(shí), 繁殖最旺盛, 數(shù)目最多。草履蟲的這些習(xí)性, 是確定采集地點(diǎn)和方法的重要依據(jù)[5]。采集時(shí)到附近的水溝、池塘邊, 選擇沒有污染的地方, 用清潔的大燒杯沿水面采集水樣, 這樣的水中往往含有許多草履蟲,并且在距根部 10 cm處剪下并拔出處于生長(zhǎng)狀態(tài)的蘆葦,拔出時(shí)帶有少量的泥土, 將此蘆葦根部再剪成 2~3 cm小段放于燒杯中,注入清水,放在溫暖明亮處。一周以后, 用顯微鏡檢查可見許多草履蟲。

        上述采集到的草履蟲,往往含有許多其它的小型生物以及雜質(zhì),要想獲得純度較高的草履蟲,就必須經(jīng)過(guò)分離純化。具體采用微量分離法,即用50 μL移液槍吸取擴(kuò)大培養(yǎng)后的培養(yǎng)液10 μL于干凈載玻片上,在4倍顯微鏡下鏡檢,如發(fā)現(xiàn)草履蟲及其它一些小型生物,將之轉(zhuǎn)吸到另一塊干凈載玻片上,加10 μL小白菜培養(yǎng)液(小白菜培養(yǎng)液制作過(guò)程見2.3)按照1∶1比例稀釋變成20 μL,用移液槍在同一塊載玻片上再將其分成2滴,每滴10 μL,然后鏡檢,將含有草履蟲的那一滴再加10 μL小白菜培養(yǎng)液再次按1∶1比例稀釋變成20 μL,如此重復(fù)稀釋3~5次后,直到在10倍鏡下鏡檢確認(rèn)已無(wú)其他生物為止。最后,將只含有草履蟲的10 μL培養(yǎng)液吸入500 mL小白菜培養(yǎng)液中(在吸取時(shí)注意更換槍頭以免混入其它生物),放于25 ℃光照培養(yǎng)箱中純化培養(yǎng)1周,即可得到濃度較高的草履蟲。若除草履蟲外仍有較多其他生物及雜質(zhì),可重復(fù)用上述微量分離方法再次進(jìn)行分離純化。

        2.3 培養(yǎng)液的制備

        本實(shí)驗(yàn)主要采用小白菜培養(yǎng)液,取新鮮潔凈的小白菜,用剪刀剪碎,按照2 g小白菜搭配自來(lái)水1 000 mL的比例, 將小白菜和自來(lái)水放入燒杯中, 加熱煮沸10~15 min,停止加熱。待冷卻至室溫,先后用雙層紗布、濾紙各過(guò)濾一次,以免一些雜質(zhì)混入培養(yǎng)液妨礙草履蟲的計(jì)數(shù)觀察。為了防止空氣中其它原生動(dòng)物的包囊落入以及蚊蟲產(chǎn)卵, 燒杯口要用雙層紗布包好, 然后放置在溫暖明亮處進(jìn)行細(xì)菌繁殖。經(jīng)過(guò)24 h后,小白菜培養(yǎng)液即可用于接種使用。

        2.4 接種

        接種是指將擴(kuò)大提純后的草履蟲轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)液的過(guò)程。按照上述分離提純時(shí)所用的方法,接種時(shí), 先將含有草履蟲的液滴吸到干凈的載玻片上,置于低倍顯微鏡下鏡檢, 如果發(fā)現(xiàn)液滴內(nèi)只有草履蟲, 可用移液槍將草履蟲吸入到盛有小白菜培養(yǎng)液的250 mL小燒杯中進(jìn)行繁殖。如果液滴內(nèi)除了草履蟲還有其它小型生物,可按照1∶1比例重復(fù)稀釋3~5次后,直到液滴內(nèi)只含有草履蟲,才可用于接種。

        2.5 培養(yǎng)

        2.5.1 不同pH梯度下的培養(yǎng)

        取100 mL小白菜培養(yǎng)液于250 mL小燒杯中,按以下pH值梯度:5.0、6.0、7.0、8.0、9.0 (用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)液到相應(yīng)pH值), 配制5種培養(yǎng)液, 每種設(shè)3個(gè)重復(fù)組。在每瓶培養(yǎng)液中接種10個(gè)草履蟲, 瓶口上方加蓋雙層潔凈紗布,放在25 ℃的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng),從第2天開始每隔24 h進(jìn)行取樣計(jì)數(shù),每次計(jì)數(shù)完成后調(diào)節(jié)培養(yǎng)液到相應(yīng)的pH值。

        2.5.2 不同光照度下的培養(yǎng)

        取100 mL小白菜培養(yǎng)液于250 mL小燒杯中,設(shè)置光照梯度分別在0 lx、500 lx、1 000 lx、1 500 lx,每個(gè)光照設(shè)3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)接種10個(gè)草履蟲,瓶口上方加蓋雙層潔凈紗布,放入25 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),從第2天開始,每隔24 h進(jìn)行取樣計(jì)數(shù)。

        2.6 觀察計(jì)數(shù)

        取樣時(shí),先把小燒杯搖勻,然后隨機(jī)取9份樣液,每份樣液10 μL,滴在干凈的載玻片上,用顯微鏡觀察計(jì)數(shù),即每次每組pH和光照條件下,同組3瓶各觀察9份樣液,共27份。當(dāng)蟲體數(shù)量較多時(shí),草履蟲的運(yùn)動(dòng)速度快,不便于計(jì)數(shù)觀察,可采用擦鏡紙纖維阻攔法,在一定程度上限制草履蟲的運(yùn)動(dòng)。擦鏡紙本身呈細(xì)密網(wǎng)絡(luò)狀, 質(zhì)地薄而均勻,能很好地限制草履蟲的運(yùn)動(dòng), 觀察效果極為理想。方法如下:把擦鏡紙剪成與蓋玻片等大(或略大于蓋玻片)的小方塊, 放在載玻片上, 然后將草履蟲培養(yǎng)液滴到擦鏡紙上(不可太多, 以培養(yǎng)液正好能濕潤(rùn)擦鏡紙為宜), 然后蓋上蓋玻片觀察[6]。鏡檢所有液滴內(nèi)的蟲數(shù), 把每一瓶?jī)?nèi)9滴培養(yǎng)液的蟲數(shù)相加即為90 μL的總數(shù), 然后再計(jì)算出100 mL培養(yǎng)液中草履蟲的個(gè)數(shù)。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 不同pH值對(duì)草履蟲種群密度的影響

        pH值為6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的5組草履蟲的數(shù)量見表1、圖1,其中,pH7.0組草履蟲生長(zhǎng)最好,在第3天種群數(shù)量達(dá)到最大值。第3天后,弱堿性條件下2個(gè)組(pH值分別為7.5和80)草履蟲的種群數(shù)量明顯高于弱酸性條件下2個(gè)組(pH值分別為6.0和6.5)。從第2天開始,5個(gè)組的草履蟲種群密度都在飛速上升,其中以pH值7.0組上升趨勢(shì)最快,第3天達(dá)到最大值5 555 ind/100 mL,由此可知草履蟲生長(zhǎng)所需的最適pH值為7.0。5個(gè)組草履蟲基本上到第2~3天種群密度達(dá)到最大值,弱堿性條件下的2個(gè)組(pH值分別為7.5和8.0)在第2天開始種群增長(zhǎng)速度要高于弱酸性條件下的2個(gè)組(pH值分別為6.0和6.5),并且在以后持續(xù)幾天內(nèi),數(shù)量變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn),由此可知,草履蟲更適于生長(zhǎng)在中性及弱堿性的水體環(huán)境中。

        通過(guò)方差分析可得 pH值為6.0與6.5組間草履蟲的種群密度差異不顯著(P>0.05),但與其它3組差異顯著(P<0.05);pH值7.0、7.5、80組間差異不顯著(P>0.05),pH值7.0組增長(zhǎng)最快。

        3.2 不同光照度對(duì)草履蟲種群密度的影響

        草履蟲體內(nèi)不含有葉綠體,不能進(jìn)行光合作用,目前沒有光照與草履蟲種群數(shù)量變化關(guān)系方面的相關(guān)研究。作者認(rèn)為光照可能會(huì)在某一程度上影響草履蟲的晝夜活動(dòng)規(guī)律以及營(yíng)養(yǎng)攝食。本試驗(yàn)中4種不同光照下各組草履蟲的具體統(tǒng)計(jì)數(shù)量及變化見表2、圖2。在光照為0 lx的條件下,草履蟲的長(zhǎng)勢(shì)良好,從第2天開始草履蟲的種群密度快速上升,并在第5天時(shí)達(dá)到最大值5 184 ind/100 mL。與有光照條件的其它3個(gè)組比較,無(wú)光照條件下的草履蟲生長(zhǎng)狀況良好,并在第5天達(dá)到所有組的最大值,可見,光照的有無(wú)并不是制約草履蟲生長(zhǎng)繁殖的必要條件。在有光照的條件下, 1 500 lx組的草履蟲數(shù)量在第3天為1 581 ind/100 mL,低于其它兩組,但從第3天開始,草履蟲大量分裂生殖,到第4天達(dá)到最大值4 073 ind/100 mL,其后兩天均高于1 000 lx與500 lx 組。1 000 lx組與500 lx組相比無(wú)明顯差異,但在第4天兩組草履蟲數(shù)量都達(dá)到最大值2 962 ind/100 mL以后, 1 000 lx組草履蟲數(shù)量下降趨勢(shì)平穩(wěn),表明1 000 lx比500 lx更有利于草履蟲生長(zhǎng),在500~1 500 lx條件下,草履蟲的種群密度隨著光照的增強(qiáng)而增大。

        通過(guò)方差分析可得,500 lx、1 000 lx和1 500 lx組間均無(wú)顯著性差異(P>0.05);0 lx與1 500 lx組間無(wú)顯著性差異(P>0.05),但與其他三組差異顯著(P<0.05)。在弱光條件下(低于1 500lx),草履蟲的種群密度隨光照的增強(qiáng)而增大;0 lx與500 lx,1 000 lx,1 500 lx三組相比差異顯著(P<0.05),在無(wú)光條件(0 lx)下,草履蟲的長(zhǎng)勢(shì)良好,最早達(dá)到最大生長(zhǎng)密度。

        4 討論

        pH值對(duì)動(dòng)植物的生長(zhǎng)有很大影響。何新華、張秋平等人在研究pH值對(duì)南美白對(duì)蝦蝦苗成活率的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)pH值對(duì)白對(duì)蝦蝦苗影響非常大。水體環(huán)境的pH值為7.0~9.0時(shí),蝦苗的應(yīng)激性較小,蝦苗的存活率較高,為蝦苗的適宜環(huán)境。在pH值為7.0以下及9.0以上時(shí),蝦苗的應(yīng)激性非常大,蝦苗不適應(yīng)此環(huán)境[7]。不同動(dòng)植物對(duì)pH值的耐受范圍存在差異。有的生物對(duì)pH值的適應(yīng)范圍非常廣,有的相對(duì)較窄,只適宜生活在特定的酸堿度下。甘志凱、張燕[8]認(rèn)為在相當(dāng)大的pH范圍內(nèi)(5.0~10.0)草履蟲均能正常生長(zhǎng), 由此可見草履蟲對(duì)酸堿的耐受范圍很大、耐受性較強(qiáng), 能夠適應(yīng)較為惡劣的生存環(huán)境;黃正一和蔣正揆[9]認(rèn)為草履蟲適宜在微堿性環(huán)境中生長(zhǎng),與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果表明,草履蟲在pH值為7.0的條件下長(zhǎng)勢(shì)最好,并且相對(duì)于弱酸性條件(pH 6.0~7.0),草履蟲更適宜在弱堿性條件(pH 7.0~8.0)下生長(zhǎng)。

        在水生動(dòng)物生存的環(huán)境中,光是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)因子,它有多方面的生態(tài)作用,直接或間接地影響動(dòng)物的趨光性、晝夜活動(dòng)節(jié)律、群集活動(dòng)、攝食以及生長(zhǎng)發(fā)育等[10]。草履蟲在數(shù)量較少時(shí)有一定的趨光性,即吸一滴帶有草履蟲的培養(yǎng)液于載玻片上,草履蟲會(huì)趨于水滴向光的邊緣帶運(yùn)動(dòng)。草履蟲體內(nèi)不含有葉綠體,不能進(jìn)行光合作用。作者認(rèn)為光照不是影響草履蟲種群生長(zhǎng)的主要因素,但可能會(huì)在晝夜活動(dòng)節(jié)律以及營(yíng)養(yǎng)攝食等方面起到一些限制作用。所以作者設(shè)置4種光照條件,初步探索光照與草履蟲種群生長(zhǎng)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在光照為0 lx的條件下,草履蟲的長(zhǎng)勢(shì)良好,在弱光條件下(低于1 500 lx),草履蟲的種群密度隨著光照的增強(qiáng)而增大。

        參考文獻(xiàn):

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        (收稿日期:2017-03-01;修回日期:2017-07-04)

        Abstract:In order to study the influence of different environmental factors on the paramecium population growth, and provide a theoretical basis for the acquisition paramecium culture and environment monitoring, respectively, at pH gradient: 6.0,6.5,7.0,7.5,8.0, light gradient: 0 lx, 500 Training under lx, 1 000 lx, 1 500 lx paramecium condition, results showed that cabbage broth culture paramecium optimum pH of 7.0, as compared to the acidic environment, paramecium more suitable for growing in a weak alkaline environment . In the light of the conditions under 0 Lx, Paramecium quantity in 4 days to reach a maximum 4 073 ind/100 mL, in the 500~1 500 lx illu mination conditions, light intensity increases, the number of paramecium population also increases.

        Key words:paramecium; pH; light;population density

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