梁洲瑞 汪文俊 劉福利 張朋艷 袁艷敏 姚海芹 孫修濤 王飛久

鐵促進(jìn)半葉紫菜華北變種絲狀體的生長(zhǎng)發(fā)育及其生理生化基礎(chǔ)*

梁洲瑞1,2汪文俊1,2劉福利1,2①?gòu)埮笃G1,2袁艷敏1姚海芹1孫修濤1,2王飛久1

(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 山東 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266071)

通過探討半葉紫菜華北變種(var.)絲狀體在不同鐵濃度下的相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)、孢子囊枝形成率及若干生理生化指標(biāo)(葉綠素?zé)晒鈪?shù)、活性氧含量、抗氧化劑含量、抗氧化酶活性等)的變化規(guī)律，以期獲得適宜其生長(zhǎng)及孢子囊枝形成的鐵濃度范圍，并初步揭示其在不同鐵濃度下的生理生化變化特征。研究結(jié)果顯示，在0.040 mg/L鐵濃度下，半葉紫菜華北變種營(yíng)養(yǎng)藻絲有較高的RGR、光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量(F/F)和調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量[(NPQ)]，表明此鐵濃度可促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)藻絲的光能轉(zhuǎn)換效率和光保護(hù)能力的提高，并利于其生長(zhǎng)。高鐵濃度(0.160～0.800 mg/L)組的營(yíng)養(yǎng)藻絲RGR顯著降低，而貝殼絲狀體孢子囊枝形成率顯著增加，表明高鐵濃度抑制了藻絲的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而促進(jìn)了藻絲營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)向發(fā)育狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。貝殼絲狀體的孢子囊枝比例與F/F呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明營(yíng)養(yǎng)藻絲向孢子囊枝轉(zhuǎn)變后，貝殼絲狀體的光能轉(zhuǎn)換效率顯著提高。鐵的添加使藻絲中活性氧(ROS)含量顯著增加，而類胡蘿卜素和脯氨酸含量以及抗氧化酶[超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、谷胱甘肽還原酶(GR)]活力與ROS含量均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明藻絲的抗氧化系統(tǒng)可對(duì)鐵介導(dǎo)的過量ROS作出積極應(yīng)答，以平衡ROS的產(chǎn)生和清除。本研究可為半葉紫菜華北變種的苗種培育提供理論依據(jù)。

半葉紫菜華北變種；鐵；生長(zhǎng)；孢子囊枝形成；葉綠素?zé)晒鈪?shù)；生化特性

半葉紫菜華北變種(var.)屬于紅藻門(Rhodophyta)、紅毛菜目(Bangiales)、紅毛菜科(Bangiaceae)，通常簡(jiǎn)稱華北半葉紫菜，主要分布于青島至大連沿岸(湯曉榮等, 1999; 王云霞等, 2011)。華北半葉紫菜野生藻體大多是雌雄同體，雌區(qū)和雄區(qū)被一條分界線從基部到端部分成2個(gè)不等的部分(Tseng, 1983)，自然生長(zhǎng)在潮間帶的低洼石沼處，一般不需經(jīng)過周期性的干出，此自然習(xí)性暗示其可能較適應(yīng)全浮動(dòng)筏式栽培方式，是向外海區(qū)發(fā)展的潛在優(yōu)良品種(Wang, 2016)。但是，目前華北半葉紫菜的苗種培育技術(shù)尚不成熟，限制了其在紫菜生產(chǎn)中的應(yīng)用。

紫菜(/)具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值(趙玲等, 2018)，是我國(guó)最重要的栽培海藻之一。目前，條斑紫菜()和壇紫菜()是我國(guó)主要的紫菜栽培品種，其一般采用支柱式和半浮動(dòng)筏式的栽培方式，這2種方式應(yīng)用在潮間帶附近海區(qū)，可讓紫菜周期性干出，利于苗簾上雜藻的清除(何培民等, 2018)。近年來，隨著紫菜產(chǎn)品需求增大，紫菜栽培業(yè)快速發(fā)展，適合紫菜栽培的淺灘或近岸海區(qū)日趨飽和。受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，有些海區(qū)進(jìn)行高密度紫菜栽培，導(dǎo)致紫菜的質(zhì)量和產(chǎn)量嚴(yán)重下降，并時(shí)常發(fā)生病害(張美如等, 2012)。為緩解紫菜栽培的空間問題，外海的全浮動(dòng)筏式或翻板式栽培方式在紫菜生產(chǎn)上逐漸得到應(yīng)用(黃惠珍, 2015; 趙春暖等, 2020)，但其弊端在于紫菜網(wǎng)簾的干出時(shí)間受到限制，紫菜易受到雜藻的附著污染，進(jìn)而影響?zhàn)B殖紫菜的產(chǎn)量和質(zhì)量。為進(jìn)一步推動(dòng)紫菜養(yǎng)殖向離岸深水區(qū)發(fā)展，拓展紫菜養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間，除進(jìn)一步完善栽培技術(shù)和設(shè)備外，開發(fā)新的紫菜栽培品種也是有效措施之一。

紫菜的苗種培育主要是進(jìn)行絲狀體的培養(yǎng)，而育苗用的絲狀體通常在鈣質(zhì)固形物(如文蛤殼、牡蠣殼、河蚌殼等)上附著生長(zhǎng)，在生產(chǎn)上可利用紫菜果孢子或自由絲狀體鉆入貝殼后在大水池進(jìn)行貝殼絲狀體的平面或者吊掛培養(yǎng)(趙素芬, 2012)。貝殼絲狀體生長(zhǎng)發(fā)育過程一般可分為4個(gè)階段：藻絲營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段、孢子囊枝形成階段、殼孢子形成階段及殼孢子放散階段(He, 2006; 趙素芬, 2012)。溫度、鹽度、光強(qiáng)、光周期、氮濃度和磷濃度等均是影響紫菜貝殼絲狀體生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵生態(tài)因子(陳燁等, 2005; Frazer, 1995; He, 2006; Li, 2011; Lin, 2013; Lu, 2011; López-Vivas, 2015; Knoop, 2020; Monotilla, 2010; Pereira, 2004; 湯曉榮等, 1998)。一般認(rèn)為，維持相對(duì)較低溫度、增加光照時(shí)間(每天12 h以上)、適當(dāng)增加氮肥可促進(jìn)紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的生長(zhǎng)，而適當(dāng)提高溫度、減少光照時(shí)間(每天10 h以下)、適當(dāng)增加磷肥可促進(jìn)紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲向孢子囊枝轉(zhuǎn)變(Frazer, 1995; He, 2006; Li, 2011; Monotilla, 2010; 趙素芬, 2012)。鐵作為藻類生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量元素之一，在光合作用、呼吸作用、葉綠素合成、蛋白質(zhì)與核酸合成、營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收等生理代謝過程中發(fā)揮著極為重要的作用(Geider, 1994; Hudson, 1990; Raven, 1988)。在多種植物必需礦物元素中，鐵是需求量最大的(Kobayashi, 2012)。目前，有關(guān)大型海藻的鐵營(yíng)養(yǎng)及其代謝研究甚少(劉靜雯等, 2004; Manley, 1981; Suzuki, 1995)，涉及到紫菜栽培的鐵營(yíng)養(yǎng)研究也鮮有報(bào)道(Shen, 2005; 王素平等, 1983)。關(guān)于鐵元素對(duì)紫菜貝殼絲狀體孢子囊枝形成的影響及紫菜絲狀體對(duì)不同鐵濃度的生理生化響應(yīng)還沒有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。本研究以華北半葉紫菜絲狀體為研究對(duì)象，探討其生長(zhǎng)、孢子囊枝形成、光合生理及生化組分對(duì)不同鐵濃度的反應(yīng)規(guī)律，以期探明適宜其生長(zhǎng)、發(fā)育的鐵濃度及其內(nèi)在生理生化機(jī)制，進(jìn)而為華北半葉紫菜苗種培育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

2019年3月，在山東省青島市石老人海域收集野生的華北半葉紫菜，選擇個(gè)體較大、色澤較深、成熟度較高的健康藻體作為種藻。用滅菌天然海水充分洗凈，擠干水后把種藻攤放在竹簾上陰干，使之失去40%～50%的水分，經(jīng)陰干刺激后的種藻放入盛有滅菌天然海水的容器內(nèi)，不斷攪拌海水促使果孢子放出。取水樣鏡檢發(fā)現(xiàn)，果孢子放散量達(dá)到預(yù)定要求時(shí)即將種藻撈出，用150～300目的篩絹過濾，所得過濾液即為果孢子液。

用浮游植物計(jì)數(shù)框統(tǒng)計(jì)每毫升果孢子液中所含果孢子數(shù)，計(jì)算得到果孢子液濃度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)貝殼的總面積，計(jì)算出所需要投放的果孢子總數(shù)以及果孢子液的用量，保證接種密度為150～250個(gè)果孢子/cm2貝殼。然后，用量筒量出所需的果孢子液并裝進(jìn)噴壺內(nèi)，把果孢子液均勻地噴灑在已裝滿貝殼的塑料框中，使果孢子自然沉降到貝殼(文蛤殼)上。剩余的果孢子液分裝至數(shù)個(gè)三角燒瓶中，充氣懸浮培養(yǎng)獲得自由絲狀體，然后不斷分瓶擴(kuò)增以獲得足夠量的自由絲狀體的營(yíng)養(yǎng)藻絲進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。擴(kuò)增條件：光合有效輻射(photosynthetically active radiation, PAR)為50～ 60 μmol photons/(m2·s)，每天光照時(shí)間在12 h以上，添加營(yíng)養(yǎng)鹽(NO3–-N為10 mg/L，PO43–-P為1 mg/L)，水溫為20℃，每3 d換水1次。培養(yǎng)容器均置于智能光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠)中，充氣培養(yǎng)。

在果孢子鉆貝殼階段，培養(yǎng)條件：PAR為30～ 50 μmol photons/(m2·s)，添加營(yíng)養(yǎng)鹽(NO3–-N為2 mg/L，PO43–-P為0.2 mg/L)，水溫為20℃。采果孢子7 d后取樣檢查果孢子的萌發(fā)率，當(dāng)果孢子萌發(fā)率達(dá)50%～70%時(shí)，換水、洗刷貝殼。在貝殼絲狀體的藻絲營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，其培養(yǎng)條件與上述懸浮培養(yǎng)的營(yíng)養(yǎng)藻絲的培養(yǎng)條件一致。

采用標(biāo)準(zhǔn)鐵母液[Fe(NO3)3，F(xiàn)e3+濃度為1000 mg/L，由國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供]配制不同鐵濃度(Fe=0.040、0.160、0.800 mg/L)的工作液，以不額外添加鐵的天然滅菌海水作為對(duì)照。經(jīng)PhotoLab多參數(shù)水質(zhì)分析儀(WTW, 德國(guó))測(cè)定，本研究所用天然海水的鐵元素濃度為0.001 mg/L。以下各個(gè)處理組均添加氮/磷營(yíng)養(yǎng)鹽(NO3–-N: 10 mg/L，PO43–-P: 1 mg/L)，且每3 d換水1次。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 自由絲狀體營(yíng)養(yǎng)藻絲的相對(duì)生長(zhǎng)速率測(cè)定 將華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲置于4個(gè)不同的鐵濃度下(Fe= 0.001、0.040、0.160、0.800 mg/L)懸浮培養(yǎng)，其他培養(yǎng)條件：光周期為12D︰12L，PAR為50 μmol photons/(m2·s)，溫度為20℃。每個(gè)鐵濃度組設(shè)置3個(gè)平行，各處理組的初始鮮重為(1.0±0.1) g，鮮重?zé)o顯著差異(> 0.05)，培養(yǎng)液體積為2 L。每隔3 d換水1次，培養(yǎng)15 d后稱量鮮重，計(jì)算相對(duì)生長(zhǎng)速率(relative growth rate, RGR)，計(jì)算公式如下：

RGR=[ln(W/0)/]×100%

式中，0為初始藻的鮮重(g)，W為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻的鮮重(g)，為實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間(d)。

1.2.2 自由絲狀體營(yíng)養(yǎng)藻絲的葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

將營(yíng)養(yǎng)藻絲置于1.2.1所述的4個(gè)不同的鐵濃度條件下懸浮培養(yǎng)15 d后，采用調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)(IMAGING-PAM, WALZ, 德國(guó))測(cè)定其葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線，獲得4個(gè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)：營(yíng)養(yǎng)藻絲的光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量F/F、實(shí)際量子產(chǎn)量(Ⅱ)、調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量(NPQ)和非調(diào)節(jié)性能量耗散的量子產(chǎn)量(NO)。

1.2.3 貝殼絲狀體的葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 采果孢子后第60天，貝殼絲狀體的營(yíng)養(yǎng)藻絲布滿貝殼且部分變成不定形細(xì)胞，此時(shí)，把每個(gè)貝殼分別置于裝有不同鐵濃度的天然滅菌海水的無菌培養(yǎng)皿(直徑12 cm)中。其他培養(yǎng)條件：光周期為10D︰14L，PAR為30 μmol photons/(m2·s)，溫度為20℃。以上每個(gè)鐵濃度組設(shè)置8個(gè)培養(yǎng)皿，每個(gè)培養(yǎng)皿裝1個(gè)貝殼。采用調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)測(cè)定培養(yǎng)30 d后的貝殼絲狀體的葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)曲線，獲得葉綠素?zé)晒鈪?shù)F/F、(Ⅱ)、(NPQ)和(NO)。然后，每組隨機(jī)選出4個(gè)貝殼轉(zhuǎn)換到不添加鐵元素的天然滅菌海水中繼續(xù)培養(yǎng)15 d后，再次測(cè)定F/F值。每組剩余4個(gè)貝殼，用于后續(xù)孢子囊枝比例測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 貝殼絲狀體孢子囊枝比例測(cè)定 首先對(duì)上述經(jīng)鐵處理30 d后的貝殼進(jìn)行殼面顏色觀察，然后采用柏蘭尼液溶殼后進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)藻絲和孢子囊枝的細(xì)胞顏色及孢子囊枝成熟度的顯微觀察。孢子囊枝細(xì)胞的長(zhǎng)寬比越趨近1∶1，表明其成熟度越高。華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲細(xì)胞呈細(xì)長(zhǎng)圓柱形，色素體為側(cè)生帶狀，而孢子囊枝為營(yíng)養(yǎng)藻絲明顯增粗變?yōu)椴欢ㄐ渭?xì)胞后再轉(zhuǎn)變而成，孢子囊枝細(xì)胞色素體為深紅色星狀體，位于細(xì)胞中央。在400×視野下隨機(jī)選取15個(gè)視野進(jìn)行拍照，基于上述營(yíng)養(yǎng)藻絲和孢子囊枝形態(tài)上的區(qū)別，結(jié)合ImageJ軟件對(duì)圖片進(jìn)行處理，計(jì)算孢子囊枝比例(Varela-Alvarez, 2004)，計(jì)算公式如下：

孢子囊枝比例=孢子囊枝面積/(營(yíng)養(yǎng)藻絲面積+孢子囊枝面積)×100%

1.2.5 絲狀體生化檢測(cè) 1.2.1中的藻絲在稱重結(jié)束后，立刻用液氮將其快速冷凍并儲(chǔ)存在超低溫冰箱中，待進(jìn)行生化指標(biāo)的測(cè)定。本研究測(cè)定的指標(biāo)包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(peroxidase, POD)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase, GR)、超氧陰離子(superoxide anion, SA)、過氧化氫(hydrogen peroxide, H2O2)、葉綠素(chlorophyll, Chl-)、類胡蘿卜素(carotenoid, Car)、抗壞血酸(ascorbic acid, AsA)和脯氨酸(proline, Pro)。生化指標(biāo)檢測(cè)均采用酶聯(lián)免疫吸附分析法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)。酶聯(lián)免疫分析檢測(cè)試劑盒購(gòu)自上海酶聯(lián)生物科技有限公司，嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn)均設(shè) 4個(gè)平行。生化檢測(cè)用到的主要儀器為：352型酶標(biāo)儀(Labsystems Multiskan MS, 芬蘭)，AC8洗板機(jī)(Thermo Labsystems, 芬蘭)，電熱恒溫培養(yǎng)箱(武漢一恒蘇凈科學(xué)儀器有限公司)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)、Duncan多重比較及Pearson相關(guān)性分析，<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 不同鐵濃度下營(yíng)養(yǎng)藻絲的相對(duì)生長(zhǎng)速率

方差分析結(jié)果顯示，鐵濃度對(duì)營(yíng)養(yǎng)藻絲的相對(duì)生長(zhǎng)速率(RGR)有顯著影響(<0.05)。圖1顯示，在0.001～ 0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，營(yíng)養(yǎng)藻絲的RGR呈先升高后降低的趨勢(shì)。營(yíng)養(yǎng)藻絲在0.040 mg/L的鐵濃度條件下，其RGR顯著高于其他鐵濃度組(<0.05)。

圖1 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的相對(duì)生長(zhǎng)速率

不同字母表示差異顯著(<0.05)，下同

Different letters indicate significant difference (<0.05), the same as below

2.2 不同鐵濃度下營(yíng)養(yǎng)藻絲的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

圖2顯示，在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，營(yíng)養(yǎng)藻絲的F/F呈先升高后降低的趨勢(shì)。0.040 mg/L鐵濃度處理組的F/F顯著高于其他鐵濃度組(<0.05)。圖3顯示，在0.040 mg/L的鐵濃度下，營(yíng)養(yǎng)藻絲呈現(xiàn)出較高的(NPQ)、(Ⅱ)和較低的(NO)。在低鐵(0.001 mg/L)或高鐵(0.160～ 0.800 mg/L)濃度條件下，(NPQ)均顯著降低(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，營(yíng)養(yǎng)藻絲的相對(duì)生長(zhǎng)速率與F/F呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。

圖2 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm)

圖3 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的Y(NPQ)、Y(NO)和Y(Ⅱ)

2.3 不同鐵濃度下的貝殼絲狀體孢子囊枝比例

方差分析結(jié)果顯示，鐵濃度對(duì)貝殼絲狀體的孢子囊枝比例有顯著影響(<0.05)。圖4和圖5顯示，在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，孢子囊枝形成率和孢子囊枝成熟度逐漸升高。0.040～ 0.800 mg/L的鐵濃度組的孢子囊枝比例均顯著大于對(duì)照組(<0.05)。隨著貝殼絲狀體營(yíng)養(yǎng)藻絲不斷發(fā)育形成孢子囊枝，殼面顏色逐漸加深(由鮮紅變深紅)。在殼面外觀上，高鐵濃度組殼面顏色較深且有明顯的藻絲紋路或藻團(tuán)。

圖4 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)30 d后華北半葉紫菜貝殼絲狀體的孢子囊枝形成比例

圖5 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)30 d后華北半葉紫菜貝殼絲狀體形態(tài)特征

A:Fe=0.001 mg/L; B:Fe=0.040 mg/L; C:Fe=0.160 mg/L; D:Fe=0.800 mg/L

2.4 不同鐵濃度下貝殼絲狀體的葉綠素?zé)晒鈪?shù)

如圖6所示，0.160和0.800 mg/L鐵濃度處理組的F/F之間無顯著性差異(>0.05)，而這2組的F/F均顯著高于鐵濃度≤0.040 mg/L的組(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，貝殼絲狀體F/F與孢子囊枝比例呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。經(jīng)鐵處理30 d后的貝殼絲狀體F/F，與其轉(zhuǎn)換到不添加鐵元素的溶液中繼續(xù)培養(yǎng)15 d后的F/F的變化趨勢(shì)相同，均呈現(xiàn)為高鐵濃度組的F/F值較高。圖7顯示，在0.160和0.800 mg/L鐵濃度條件下，貝殼絲狀體呈現(xiàn)出較高的(Ⅱ)、(NPQ)和較低的(NO)。

圖6 華北半葉紫菜貝殼絲狀體的光系統(tǒng)Ⅱ最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm)

柱狀圖上的字母下標(biāo)為相同數(shù)字的作為同一組進(jìn)行多重比較，同一組的不同字母表示在<0.05水平具有顯著性差異，下同

The same subscript number of the letters represent the same group. The measured value in the same group were compared. Different letters in the same group represent significant difference (<0.05), the same as below

圖7 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)30 d后華北半葉紫菜貝殼絲狀體的Y(NPQ)、Y(NO)和Y(Ⅱ)

2.5 不同鐵濃度條件下營(yíng)養(yǎng)藻絲的活性氧含量

圖8顯示，鐵處理組的ROS (SA和H2O2)含量均顯著高于對(duì)照組(<0.05)。在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，營(yíng)養(yǎng)藻絲的H2O2含量呈逐漸升高的趨勢(shì)。0.040～0.800 mg/L的鐵濃度組的H2O2和SA含量均顯著大于對(duì)照組(<0.05)。

圖8 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的活性氧含量

2.6 不同鐵濃度條件下營(yíng)養(yǎng)藻絲的抗氧化酶活力

圖9顯示，鐵處理組的SOD、POD和GR等抗氧化酶活力均顯著高于對(duì)照組(<0.05)。在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，POD活力呈逐漸升高的趨勢(shì)。在0.040～0.800 mg/L的鐵濃度范圍內(nèi)，SOD和GR活力均保持在較高水平，與對(duì)照組相比差異顯著(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，抗氧化酶(SOD、POD和GR)活力與活性氧(SA和H2O2) 含量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。

圖9 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的SOD、POD和GR活力

2.7 不同鐵濃度條件下營(yíng)養(yǎng)藻絲的類胡蘿卜素和葉綠素a含量

圖10顯示，在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，類胡蘿卜素含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，而葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢(shì)。0.160 mg/L和0.800 mg/L鐵濃度組的類胡蘿卜素含量顯著高于低鐵濃度組(Fe≤0.040 mg/L) (<0.05)。0.040～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)的3個(gè)處理組的葉綠素含量均顯著低于對(duì)照組(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，類胡蘿卜素含量與ROS含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。

圖10 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的類胡蘿卜素和葉綠素a含量

2.8 不同鐵濃度條件下營(yíng)養(yǎng)藻絲的AsA和Pro含量

圖11顯示，在0.001～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，隨著鐵濃度的升高，AsA含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，而Pro含量呈逐漸升高的趨勢(shì)。0.040 mg/L鐵濃度組的AsA含量顯著高于其他鐵濃度組(<0.05)。0.160和0.800 mg/L鐵濃度組的Pro含量顯著高于低鐵濃度組(Fe≤0.040 mg/L)(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，Pro含量與ROS含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(<0.05)。

圖11 不同鐵濃度條件下培養(yǎng)15 d后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的抗壞血酸和脯氨酸含量

3 討論

光合能力的強(qiáng)弱與光合器官PSⅡ活性及電子傳遞有關(guān)，可由葉綠素?zé)晒鈪?shù)反映。經(jīng)過充足暗適應(yīng)后測(cè)出的F/F反映了當(dāng)時(shí)所有的PSⅡ反應(yīng)中心均處于開放態(tài)時(shí)的量子產(chǎn)量，即植物的潛在最大光合能力，是反映植物光能轉(zhuǎn)換效率的指標(biāo)(張守仁, 1999)。(NPQ)代表的是通過調(diào)節(jié)性的光保護(hù)機(jī)制耗散為熱的能量，而(NO)代表的是被動(dòng)的耗散為熱量和發(fā)出熒光的能量，若(NPQ)較高，說明藻細(xì)胞具有較高的光保護(hù)能力(Klughammer, 2008)。圖1、圖2和圖3顯示，在0.040 mg/L鐵濃度條件下，華北半葉紫菜自由絲狀體營(yíng)養(yǎng)藻絲的RGR、F/F和(NPQ)相對(duì)較高，而(NO)相對(duì)較低。由此推測(cè)，0.040 mg/L鐵濃度促進(jìn)了營(yíng)養(yǎng)藻絲的光能轉(zhuǎn)換效率及光保護(hù)能力的提高，并利于其生長(zhǎng)。圖7顯示，在0.160～0.800 mg/L鐵濃度范圍內(nèi)，華北半葉紫菜貝殼絲狀體呈現(xiàn)較高的(NPQ)和較低的(NO)，暗示該鐵濃度范圍下，貝殼絲狀體可發(fā)揮調(diào)節(jié)性的光保護(hù)機(jī)制以減少過剩光能的傷害，而低鐵條件下(Fe≤0.040 mg/L)的貝殼絲狀體則是以非調(diào)節(jié)性能量耗散機(jī)制為主。圖6顯示，無論是鐵處理30 d后的貝殼絲狀體(孢子囊枝比例顯著增加)，還是經(jīng)鐵處理30 d后再轉(zhuǎn)換到不添加鐵元素的溶液中繼續(xù)培養(yǎng)15 d后的貝殼絲狀體，其F/F的變化趨勢(shì)相同，表明貝殼絲狀體光能轉(zhuǎn)換效率的高低與其孢子囊枝比例的大小呈正相關(guān)關(guān)系。對(duì)條斑紫菜自由絲狀體的研究也發(fā)現(xiàn)(魏家慧等, 2020)，條斑紫菜孢子囊枝的F/F及光合速率均顯著高于營(yíng)養(yǎng)藻絲。研究表明，相對(duì)于營(yíng)養(yǎng)藻絲，孢子囊枝中的藻膽蛋白等捕光色素含量的顯著增加及碳水化合物和蛋白質(zhì)的比值明顯上升(陳燁等, 2007)，這可能是孢子囊枝光合性能顯著提升的原因之一。

一方面，鐵作為酶和氧化還原蛋白的輔助因子，在一些生物過程中起著重要的催化作用。植物缺鐵時(shí)，許多酶的活性將受到影響，進(jìn)而影響到植物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)、電子的傳遞、營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收、呼吸作用、ATP合成等，最終影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育(Hudson, 1990; 金亞波等, 2007; Raven, 1988)。另一方面，過量的鐵則可對(duì)植物造成傷害，這種傷害往往是由鐵離子介導(dǎo)的ROS導(dǎo)致的，大量羥自由基可通過鐵離子的相關(guān)反應(yīng)(Fenton反應(yīng)和Haber-Weiss反應(yīng))產(chǎn)生(Foundation, 1995; 汪洪等, 2006)。本研究中，隨著鐵濃度的升高，H2O2含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，超氧陰離子水平也維持在高水平，表明添加鐵元素后華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的活性氧水平顯著升高。隨著鐵濃度的升高，營(yíng)養(yǎng)藻絲的RGR呈先升高后降低的趨勢(shì)，表明當(dāng)鐵離子濃度較低時(shí)，鐵促進(jìn)了藻絲的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，而高鐵濃度對(duì)營(yíng)養(yǎng)藻絲形成了氧化脅迫，抑制其生長(zhǎng)。植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)和發(fā)育狀態(tài)之間存在著相互依存、相互制約的辯證統(tǒng)一關(guān)系(周德超, 1984)。對(duì)于華北半葉紫菜貝殼絲狀體來說，其藻絲營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與孢子囊枝形成也存在拮抗關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鐵濃度的升高，貝殼絲狀體孢子囊枝形成率逐漸升高。由此推測(cè)，高鐵濃度促進(jìn)了華北半葉紫菜貝殼絲狀體由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)向發(fā)育狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在關(guān)于褐藻配子體發(fā)育的研究中也有類似發(fā)現(xiàn)(Lewis, 2013; Motomura, 1984; Suzuki, 1994; 王瀟等, 2020)，鐵往往表現(xiàn)為促進(jìn)褐藻配子體的發(fā)育，在鐵限制時(shí)，不同的大型褐藻配子體發(fā)育率均有不同程度的下降，甚至維持在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)。值得一提的是，在實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，0.160～0.800 mg/L的鐵濃度未能促進(jìn)華北半葉紫菜自由絲狀體的營(yíng)養(yǎng)藻絲向孢子囊枝轉(zhuǎn)變，因此，鐵元素對(duì)自由絲狀體的發(fā)育誘導(dǎo)條件還有待進(jìn)一步探索。另外，延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，華北半葉紫菜貝殼絲狀體孢子囊枝形成率可繼續(xù)提高(60 d后，0.800 mg/L組孢子囊枝比例可達(dá)75%以上)，而增加鐵濃度至2.400 mg/L時(shí)，在同樣培養(yǎng)條件下培養(yǎng)30 d后的孢子囊枝形成率與0.800 mg/L鐵濃度組相比并無顯著差異(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。

ROS在植物的許多生命過程中均具有有害(導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷)和有利(信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、調(diào)控發(fā)育、防衛(wèi)作用等)雙重功能(Chen, 2014; 林植芳等, 2012; 薛鑫等, 2013)。發(fā)揮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控發(fā)育的功能需要達(dá)到一定ROS濃度，如在植物種子休眠和萌發(fā)的大量研究中發(fā)現(xiàn)，在外因(如溫度、水分)和內(nèi)因(如激素與ROS等信號(hào)分子的交互應(yīng)答)的共同作用下，種子才能萌發(fā)(Chen, 2014)。ROS濃度處于一定范圍內(nèi)是種子成功萌發(fā)所必需的條件，該ROS濃度范圍被稱為萌發(fā)的“氧化窗口”(Bailly, 2008)。研究發(fā)現(xiàn)，添加H2O2的氧化應(yīng)激可促進(jìn)條斑紫菜放散單孢子(Takahashi, 2017)，表明ROS對(duì)于紫菜細(xì)胞由營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)向發(fā)育狀態(tài)的轉(zhuǎn)變發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。綜上可推測(cè)，本研究中的貝殼絲狀體藻絲在高鐵濃度的作用下，由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)向發(fā)育狀態(tài)的轉(zhuǎn)變可能與鐵介導(dǎo)的ROS密切相關(guān)，即鐵介導(dǎo)的ROS可能開啟了藻絲發(fā)育的“氧化窗口”。

在發(fā)育的“氧化窗口”內(nèi)，ROS可能通過與激素信號(hào)通路相互作用或觸發(fā)與ROS信號(hào)相關(guān)的細(xì)胞事件(如基因表達(dá)、鈣離子的運(yùn)動(dòng)或氧化還原狀態(tài)的控制)而發(fā)揮作用?！把趸翱凇敝?ROS過少)，發(fā)育受到抑制，“氧化窗口”之上(ROS過多)，細(xì)胞則可能發(fā)生氧化損傷，導(dǎo)致發(fā)育延遲(Bailly, 2008)。因此，需要嚴(yán)格調(diào)控貝殼絲狀體營(yíng)養(yǎng)藻絲向孢子囊枝轉(zhuǎn)變過程來平衡ROS的產(chǎn)生和清除，而抗氧化系統(tǒng)是維持這種平衡的關(guān)鍵?？寡趸到y(tǒng)分為酶促抗氧化系統(tǒng)(抗氧化酶)和非酶促抗氧化系統(tǒng)(包括類胡蘿卜素、抗壞血酸、脯氨酸、維生素E等抗氧化分子)(尹永強(qiáng)等, 2007)。SOD是生物體內(nèi)特異清除超氧陰離子自由基(O2–)的酶，其與O2–反應(yīng)產(chǎn)生H2O2和O2，是抗氧化的第1道保護(hù)層；POD是以H2O2為電子受體催化底物氧化的酶，即POD可消除H2O2；葉綠體中H2O2的清除主要是通過Halliwell-Asada途徑進(jìn)行的，該途徑主要是由抗壞血酸過氧化物酶(APX)和GR等抗氧化酶發(fā)揮關(guān)鍵作用(閻成士等, 1999)。本研究中，SOD、POD和GR活力與活性氧(SA和H2O2)含量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明SOD、POD和GR等抗氧化酶對(duì)于華北半葉紫菜絲狀體中清除活性氧從而降低氧化傷害發(fā)揮著關(guān)鍵作用。類胡蘿卜素可直接猝滅單線態(tài)氧或通過猝滅三線態(tài)葉綠素而阻止單線態(tài)氧的形成，從而消除單線態(tài)氧對(duì)光合結(jié)構(gòu)的破壞(郭連旺等, 1996; 尹永強(qiáng)等, 2007)。AsA也稱維生素C，是植物中廣泛存在的一種水溶性抗氧化有機(jī)小分子，可作為某些還原酶的輔因子參與還原反應(yīng)(石永春等, 2015)，還可參與植物光合結(jié)構(gòu)保護(hù)、糖代謝和脅迫響應(yīng)等多種生理調(diào)控過程(Garchery, 2013; Tóth, 2013)。Pro是水溶性最大的氨基酸，Pro的積累是藻類及高等動(dòng)植物在各種生物和非生物脅迫下常見的生理反應(yīng)，其可行使?jié)B透調(diào)節(jié)、抗氧化和分子伴侶等生理功能(Delauney, 1993; Szabados, 2010)。另外，植物在從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變時(shí)可在不同的組織或器官中明顯積累Pro，這時(shí)Pro可作為生長(zhǎng)發(fā)育信號(hào)，促進(jìn)細(xì)胞的分裂與分化(Lehmann, 2010; Szabados, 2010; 謝虹等, 2011)。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鐵濃度升高到0.160 mg/L以上時(shí)，藻絲的類胡蘿卜素和Pro含量均顯著增加，且類胡蘿卜素和Pro含量與ROS含量均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明類胡蘿卜素和Pro在藻絲適應(yīng)高鐵濃度脅迫過程中均發(fā)揮著關(guān)鍵的活性氧清除作用。AsA含量隨著鐵濃度的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，表明較高鐵濃度下可能不利于AsA發(fā)揮其生理功能。本研究中，添加鐵后，藻絲中葉綠素含量顯著減少，一方面可能與ROS對(duì)葉綠體的破壞有關(guān)，另一方面也可能為了減少光吸收、避免光過量，從而降低光氧化傷害(Foyer, 1994)。綜上可推測(cè)，華北半葉紫菜絲狀體的酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶促抗氧化系統(tǒng)均可對(duì)鐵脅迫逆境作出積極應(yīng)答，它們相互輔助并通過嚴(yán)格的調(diào)控來平衡ROS的產(chǎn)生和清除。

目前，為促進(jìn)條斑紫菜或壇紫菜的貝殼絲狀體從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)入發(fā)育狀態(tài)(孢子囊枝形成)，一般需要升溫(>20℃)(何培民等, 2018; 趙素芬, 2012)。高溫環(huán)境下的貝殼極易滋生細(xì)菌及發(fā)生雜藻附著等病害問題，需要經(jīng)常洗刷貝殼及養(yǎng)殖池，耗費(fèi)較多的人力、物力和財(cái)力。因此，從營(yíng)養(yǎng)藻絲發(fā)育為孢子囊枝若能擺脫“升溫”的限制且使孢子囊枝快速形成，將對(duì)紫菜貝殼絲狀體人工育苗產(chǎn)生重要的經(jīng)濟(jì)意義。本研究探明了適宜華北半葉紫菜藻絲營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的鐵濃度，及通過鐵元素的誘導(dǎo)，營(yíng)養(yǎng)藻絲在不升溫的情況下短時(shí)間內(nèi)同步形成孢子囊枝，該研究結(jié)果對(duì)華北半葉紫菜貝殼絲狀體培育過程中鐵營(yíng)養(yǎng)的運(yùn)用具有重要的指導(dǎo)意義。華北半葉紫菜營(yíng)養(yǎng)藻絲的快速生長(zhǎng)及孢子囊枝的快速形成，可保證及時(shí)獲得足夠量的藻絲應(yīng)用于生產(chǎn)上的貝殼接種，并可適時(shí)獲得發(fā)育同步的貝殼絲狀體，從而提高華北半葉紫菜的采苗效率。

BAILLY C, EL-MAAROUF-BOUTEAU H, CORBINEAU F. From intracellular signaling networks to cell death: The dual role of reactive oxygen species in seed physiology. Comptes Rendus Biologies, 2008, 331(10): 806–814

CHEN C, TWITO S, MILLER G. New cross talk between ROS, ABA and auxin controlling seed maturation and germination unraveled in APX6 deficient Arabidopsis seeds. Plant Signaling and Behavior, 2014, 9(12): e976489

CHEN Y, PEI L Q, YAN X J,. Changes of chemical components during sporangial branchlets formation of. Journal of Marine Sciences, 2007, 25(2): 23–28 [陳燁, 裴魯青, 嚴(yán)小軍, 等. 壇紫菜孢子囊枝形成過程中生化組分的變化. 海洋學(xué)研究, 2007, 25(2): 23–28]

CHEN Y, PEI L Q, YAN X J,. Effects of phosphorus on sporangial branchlets formation of. Journal of Aquaculture, 2005, 26(5): 1–4 [陳燁, 裴魯青, 嚴(yán)小軍, 等. 磷對(duì)壇紫菜孢子囊枝形成的影響. 水產(chǎn)養(yǎng)殖, 2005, 26(5): 1–4]

DELAUNEY A J, VERMA D P S. Proline biosynthesis and osmoregulation in plants. The Plant Journal, 1993, 4(2): 215–223

FOUNDATION T B N. Iron. Netherlands: Springer, 1995

FOYER C H, LELANDAIS M, KUNERT K J. Photooxidative stress in plants. Physiologia Plantarum, 1994, 92(4): 696– 717

FRAZER A W J, BROWN M T. Growth of the conchocelis phase of(Bangiales, Rhodophyta) at different temperatures and levels of light, nitrogen and phosphorus. Phycological Research, 1995, 43(4): 249–253

GARCHERY C, GEST N, DO P T,. A diminution in ascorbate oxidase activity affects carbon allocation and improves yield in tomato under water deficit. Plant, Cell and Environment, 2013, 36(1): 159–175

GEIDER R J, LA ROCHE J. The role of iron in phytoplankton photosynthesis, and the potential for iron-limitation of primary productivity in the sea. Photosynthesis Research, 1994, 39(3): 275–301

GUO L W, SHEN Y G. Protective mechanisms against photodamage in photosynthetic apparatus of higher plants. Plant Physiology Communications, 1996, 32(1): 1–8 [郭連旺, 沈允鋼. 高等植物光合機(jī)構(gòu)避免強(qiáng)光破壞的保護(hù)機(jī)制. 植物生理學(xué)通訊, 1996, 32(1): 1–8]

HE P M, YARISH C. The developmental regulation of mass cultures of free-living conchocelis for commercial net seeding offrom Northeast America. Aquaculture, 2006, 257(1/2/3/4): 373–381

HE P M, ZHANG Z Y, ZHANG X C,. Seaweed cultivation. Beijing: Science Press, 2018 [何培民, 張澤宇, 張學(xué)成, 等. 海藻栽培學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 2018]

HUANG H Z. Preliminary study on the turnover culture technique of. Journal of Fujian Fisheries, 2015, 37(3): 256–260 [黃惠珍. 壇紫菜翻轉(zhuǎn)式養(yǎng)殖技術(shù)初探. 福建水產(chǎn), 2015, 37(3): 256–260]

HUDSON R J M, MOREL F M M. Iron transport in marine phytoplankton: Kinetics of cellular and medium coordinationreactions. Limnology and Oceanography, 1990, 35(5): 1002–1020

JIN Y B, WEI J Y, WANG J. Research progress on the physiological and biochemical of iron nutrition in plants. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007, 35(32): 10215–10219 [金亞波, 韋建玉, 王軍. 植物鐵營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展Ⅰ: 生理生化. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 35(32): 10215–10219]

KLUGHAMMER C, SCHREIBER U. Complementary PS Ⅱ quantum yields calculated from simple fluorescence parameters measured by PAM fluorometry and the saturation pulse method. PAM Application Notes, 2008, 1: 27–35

KNOOP J, GRIFFIN J N, BARRENTO S. Cultivation of early life history stages offrom the British Isles. Journal of Applied Phycology, 2020, 32: 459–471

KOBAYASHI T, NISHIZAWA N K. Iron uptake, translocation, and regulation in higher plants. Annual Review of Plant Biology, 2012, 63(1): 131–152

LEHMANN S, FUNCK D, SZABADOS L,. Proline metabolism and transport in plant development. Amino Acids, 2010, 39(4): 949–962

LEWIS R J, GREEN M K, AFZAL M E. Effects of chelated iron on oogenesis and vegetative growth of kelp gametophytes (Phaeophyceae). Phycological Research, 2013, 61(1): 46–51

LI X S, YANG L, HE P M. Formation and growth of free-living conchosporangia of: Effects of photoperiod, temperature and light intensity. Aquaculture Research, 2011, 42(8): 1079–1086

LIN R L, STEKOLL M S. Responses of chlorophyllcontent for conchocelis phase of Alaskan(Bangiales, Rhodophyta) species to environmental factors. Advances in Bioscience and Bioengineering, 2013, 1(1): 28–39

LIN Z F, LIU N. Research progress in the control and regulation of plant growth and development by reactive oxygen species. Chinese Bulletin of Botany, 2012, 47(1): 74–86 [林植芳, 劉楠. 活性氧調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的研究進(jìn)展. 植物學(xué)報(bào), 2012, 47(1): 74–86]

LIU J W, DONG S L, FENG L J. Physiological and ecological response ofvar.to iron stress. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2004, 35(2): 167–175 [劉靜雯, 董雙林, 馮麗潔. 細(xì)基江蘺繁枝變型(var.)鐵限制的生理生態(tài)學(xué)反應(yīng). 海洋與湖沼, 2004, 35(2): 167–175]

LóPEZ-VIVAS J M, RIOSMENA-RODRíGUEZ R, JIMéNEZ-GONZáLEZ DE LA LLAVE A A,. Growth and reproductive responses of the conchocelis phase of(Bangiales, Rhodophyta) to light and temperature. Journal of Applied Phycology, 2015, 27: 1561–1570

LU S, YARISH C. Interaction of photoperiod and temperature in the development of conchocelis of(Rhodophyta: Bangiales). Journal of Applied Phycology, 2011, 23(1): 89–96

MANLEY S L. Iron uptake and translocation by. Plant Physiology, 1981, 68(4): 914–918

MONOTILLA W D, NOTOYA M. Growth and development of(Bangiales, Rhodophyta) under different temperatures and photoperiod. Philippine Journal of Science, 2010, 139(2): 197–206

MOTOMURA T, SAKAI Y. Regulation of gametogenesis ofand(Phaeophyta) by iron and boron. Journal of Phycology, 1984, 32(3): 209–215

PEREIRA R, SOUSA-PINTOⅠ, YARISH C. Field and culture studies of the life history of(Bangiales, Rhodophyta) from Portugal. Phycologia, 2004, 43(6): 756–767

RAVEN J A. The iron and molybdenum use efficiencies of plant growth with different energy, carbon and nitrogen sources. New Phytologist, 1988, 109(3): 279–287

SHEN S D, DAI J X. The influence of Fe2+on growth and development of cells enzymatically isolated fromblades. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2005, 23(1): 48–53

SHI Y C, YANG Y Y, XUE R L,. Research advance of biological function of ascorbic acid in plants. Plant Physiology Journal, 2015, 51(1): 1–8 [石永春, 楊永銀, 薛瑞麗, 等. 植物中抗壞血酸的生物學(xué)功能研究進(jìn)展. 植物生理學(xué)報(bào), 2015, 51(1): 1–8]

SUZUKI Y, KUMA K, KUDO I,. Iron requirement of the brown macroalgae,(Phaeophyta) and the crustose coralline alga(Rhodophyta), and their competition in the northern Japan Sea. Phycologia, 1995, 34(3): 201–205

SUZUKI Y, KUMA K, MATSUNAGA K. Effect of iron on oogonium formation, growth rate and pigment synthesis of(Phaeophyta). Fisheries Science, 1994, 60(4): 373–378

SZABADOS L, SAVOURé A. Proline: A multifunctional amino acid. Trends in Plant Science, 2010, 15(2): 89–97

TAKAHASHI M, MIKAMI K. Oxidative stress promotes asexual reproduction and apogamy in the red seaweed. Frontiers in Plant Science, 2017, 8: 26

TANG X R, FEI X G. Artificial culture from conchocelis to conchosporelings ofvar.. Oceanologia et Limnologia Sinica, 1999, 30(2): 180–185 [湯曉榮, 費(fèi)修綆. 半葉紫菜華北變種的絲狀體成苗研究. 海洋與湖沼, 1999, 30(2): 180–185]

TANG X R, FEI X G. Effects of light and temperature on the growth and development of. Marine Sciences, 1998(4): 44–46 [湯曉榮, 費(fèi)修綆. 光溫對(duì)紫菜絲狀體生長(zhǎng)發(fā)育的影響. 海洋科學(xué), 1998(4): 44–46]

TóTH S Z, SCHANSKER G, GARAB G. The physiological roles and metabolism of ascorbate in chloroplasts. Physiologia Plantarum, 2013, 148(2):161–175

TSENG C K. Common seaweeds of China. Beijing: Science Press, 1983

VARELA-ALVAREZ E, STENGEL D B, GUIRY M D. The use of image processing in assessing conchocelis growth and conchospore production in. Phycologia, 2004, 43(3): 282–287

WANG W J, SUN X T, LIU F L,. Effect of abiotic stress on the gameophyte ofvar.(Bangiales, Rhodophyta). Journal of Applied Phycology, 2016, 28(1): 469–479

WANG H, JIN J Y. Possible effects of iron, magnesium and zinc on the metabolism of reactive oxygen species in plants. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006, 12(5): 738–744 [汪洪, 金繼運(yùn). 鐵、鎂、鋅營(yíng)養(yǎng)脅迫對(duì)植物體內(nèi)活性氧代謝影響機(jī)制. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(5): 738–744]

WANG S P, JIANG H R. Studies on the ecology of free-living conchocelisof. Marine Fisheries Research, 1983, 14(5): 77–94 [王素平, 姜紅如. 條斑紫菜游離絲狀體生態(tài)的研究. 海洋水產(chǎn)研究, 1983, 14(5): 77–94]

WANG X, LIU F L, LIANG Z R,. Effects of iron on the growth and development of gametophyte clones in. Journal of Fishery Sciences of China, 2020, 27(9): 1052–1061 [王瀟, 劉福利, 梁洲瑞, 等. 鐵離子對(duì)海帶配子體克隆系生長(zhǎng)發(fā)育的影響. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 2020, 27(9): 1052–1061]

WANG Y X, WANG M M, XIA D M,. Photosynthetic characteristics during the formation of reproductive tissues ofvar.. Journal of Nanjing Normal University (Natural Science), 2011, 34(3): 95–102 [王云霞, 王苗苗, 夏洞明, 等. 華北半葉紫菜繁殖組織形成期間的光合特性研究. 南京師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 34(3): 95–102]

WEI J H, LI G L, WANG W J,. Effects of light intensity and temperature on photosynthetic adaptability of the different stages offree-living conchocelis. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(6): 115–124 [魏家慧,李國(guó)梁, 汪文俊, 等. 條斑紫菜絲狀體不同發(fā)育時(shí)期對(duì)光照和溫度的光合適應(yīng)能力. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(6): 115–124]

XIE H, YANG L, LI Z G. The roles of proline in the formation of plant tolerance to abiotic stress. Biotechnology Bulletin, 2011(2): 23–27, 60 [謝虹, 楊蘭, 李忠光. 脯氨酸在植物非生物脅迫耐性形成中的作用. 生物技術(shù)通報(bào), 2011(2): 23–27, 60]

XUE X, ZHANG Q, WU J X. Research of reactive oxygen species in plants and its application on stress tolerance. Biotechnology Bulletin, 2013(10): 6–11 [薛鑫, 張芊, 吳金霞. 植物體內(nèi)活性氧的研究及其在植物抗逆方面的應(yīng)用. 生物技術(shù)通報(bào), 2013(10): 6–11]

YAN C S, LI D Q, ZHANG J H. Plant leaf senescence and oxidative stress. Chinese Bulletin of Botany, 1999, 16(4): 398–404 [閻成士, 李德全, 張建華. 植物葉片衰老與氧化脅迫. 植物學(xué)通報(bào), 1999, 16(4): 398–404]

YIN Y Q, HU J B, DENG M J. Latest development of antioxidant system and responses to stress in plant leaves. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2007, 23(1): 105–110 [尹永強(qiáng), 胡建斌, 鄧明軍. 植物葉片抗氧化系統(tǒng)及其對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)研究進(jìn)展. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2007, 23(1): 105–110]

ZHANG M R, LU Q Q, XU G P. The present situation ofindustry and prospects on its healthy development. China Fisheries, 2012(11): 15–19 [張美如, 陸勤勤, 許廣平. 條斑紫菜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及對(duì)其健康發(fā)展的思考. 中國(guó)水產(chǎn), 2012(11): 15–19]

ZHANG S R. A discussion on chlorophyll fluorescence kinetics parameters and their significance. Chinese Bulletin of Botany, 1999, 16(4): 444–448 [張守仁. 葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的意義及討論. 植物學(xué)通報(bào), 1999, 16(4): 444–448]

ZHAO C N, WU Y L, CAI Z Q,. Experimental study on deep-water rollover type cultivation of. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2020, 48(11): 107–109 [趙春暖, 吳遠(yuǎn)亮, 蔡忠強(qiáng), 等. 紫菜深水翻臺(tái)式養(yǎng)殖試驗(yàn)研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 48(11): 107–109]

ZHAO L, CAO R, WANG L Z,. Nutritional analysis and umami assessment offrom Jing Bay. Progress in Fishery Sciences, 2018, 39(6): 134–140 [趙玲, 曹榮, 王聯(lián)珠, 等. 靖海灣條斑紫菜的營(yíng)養(yǎng)及鮮味評(píng)價(jià). 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2018, 39(6): 134–140]

ZHAO S F. Marine algae and algal culture science. Beijing: National Defence Industry Press, 2012 [趙素芬. 海藻與海藻栽培學(xué). 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2012]

ZHOU C Y, WU G L, DUAN Z Q,. H2O2-NOX system: An important mechanism for developmental regulation and stress response in plants. Chinese Bulletin of Botany, 2010, 45(5): 615–631 [周叢義, 吳國(guó)利, 段壯芹, 等. H2O2-NOX系統(tǒng)：一種植物體內(nèi)重要的發(fā)育調(diào)控與脅迫響應(yīng)機(jī)制. 植物學(xué)報(bào), 2010, 45(5): 615–631]

ZHOU D C. Vegetative and reproductive growth of plants. Bulletin of Biology, 1984, (6): 5–6 [周德超. 植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng). 生物學(xué)通報(bào), 1984, (6): 5–6]

Iron Promotes the Growth and Development of Conchocelis ofvar.and Its Physiological and Biochemical Bases

LIANG Zhourui1,2, WANG Wenjun1,2, LIU Fuli1,2①, ZHANG Pengyan1,2, YUAN Yanmin1, YAO Haiqin1, SUN Xiutao1,2, WANG Feijiu1

(1. Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao, Shandong 266071, China;2. Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao, Shandong 266071, China)

var.is an importantspecies in China. Increasing consumer demand forvar.has led to its commercial breeding and floating raft cultivation in Jiangsu Province and Shandong Province in China in the past two years. However, it remains to be determined what the optimum iron concentrations for the growth of conchocelis and conchosporangial formationofvar.are and to understand the physiological and biochemical adaptability to different iron concentrations. Therefore, relative growth rate, ratio of conchosporangial formation, and physiological and biochemical indexes (including chlorophyll fluorescence parameters, contents of reactive oxygen species, contents of antioxidant, and activities of antioxidant enzymes) under different iron concentrations were studied. From the results of these experiments, the main conclusions are as follows: Growth, maximum photochemical efficiency of photosystem Ⅱ (F/F), and quantum yield of regulated non-photochemical energy loss in photosystem Ⅱ [(NPQ)] ofvar.increased significantly at an iron concentration of 0.040 mg/L,suggesting that this iron concentration improved the photosynthetic efficiency and photoprotective efficiency of vegetative conchocelis. Relative growth rate (RGR) decreased significantly in groups with high iron concentrations (0.160～0.800 mg/L), while the ratio of conchosporangial formation increased significantly at high iron concentrations. These results indicate that high iron concentrations inhibited the vegetative growth of conchocelis, while promoting the transition from vegetative growth state to developmental state. There was a significant positive correlation between the ratio of conchosporangial formation andF/F, indicating that the photosynthetic efficiency of conchocelis was significantly improved after the transformation of vegetative conchocelis to conchosporangia filaments. The addition of iron resulted in significant accumulation of reactive oxygen species (ROS) in conchocelis. The contents of carotenoids and proline, and the activities of SOD, POD, and GR invar.may have increased so that the ROS level was reduced under high iron stress, thus balancing ROS production and ROS clearance. These results can provide a theoretical basis for the application of iron nutrition in the cultivation ofvar..

var.; Iron; Growth; Conchosporangial formation; Chlorophyll fluorescence parameters; Biochemical characteristics

LIU Fuli, E-mail: liufl@ysfri.ac.cn

Q 945.79

A

2095-9869(2022)02-0204-11

10.19663/j.issn2095-9869.20201128001

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018YFD0901505; 2018YFD0900305)、財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部: 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國(guó)家海洋水產(chǎn)種質(zhì)資源庫(kù)項(xiàng)目和中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目(2020TD27)共同資助 [This work was supported by National Key Research and Development Program of China (2018YFD0901505; 2018YFD0900305), China Agriculture Research System of MOF and MARA, Project of National Marine Genetic Resource Center, and Central Public-Interest Scientific Institution Basal Research Fund, CAFS (2020TD27)].

梁洲瑞，E-mail: liangzr@ysfri.ac.cn

劉福利，研究員，E-mail: liufl@ysfri.ac.cn

2020-11-28,

2020-12-22

梁洲瑞, 汪文俊, 劉福利, 張朋艷, 袁艷敏, 姚海芹, 孫修濤, 王飛久. 鐵促進(jìn)半葉紫菜華北變種絲狀體的生長(zhǎng)發(fā)育及其生理生化基礎(chǔ). 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2022, 43(2): 204–214

LIANG Z R, WANG W J, LIU F L, ZHANG P Y, YUAN Y M, YAO H Q, SUN X T, WANG F J. Iron promotes the growth and development of conchocelis ofvarand its physiological and biochemical bases. Progress in Fishery Sciences, 2022, 43(2): 204–214

(編輯 馬璀艷)