全 文 ：第 29卷　第 5期 海 洋 环 境 科 学 Vol.2 9 , No.5
2 0 1 0年 1 0月 MARINEENVIRONMENTALSCIENCE October.2 0 1 0
CO2加富对塔玛亚历山大藻和小新月
菱形藻种群竞争的影响
毕　蓉 ,王　悠 ,肖　慧 ,李　伟 ,唐学玺
(中国海洋大学 海洋生态学研究室 ,山东青岛 266003)
摘　要:通过共培养的方法 ,研究了塔玛亚历山大藻(Alexandriumtamarense)和小新月菱形藻(NitzschiaclosteriumEhr)种群
竞争关系对 CO2加富的响应变化。培养体系中 CO2的浓度分别保持在 360μL/L(未加富)和 5 000μL/L(CO2加富)。结果
表明:(1)不同的初始接种密度对 2种藻种群竞争有明显的影响。当塔玛亚历山大藻(A)和小新月菱形藻(N)的初始接种
密度比为 A∶N=1∶4时 ,小新月菱形藻在竞争中占有极为明显的优势;当接种比例为 A∶N=1∶1,小新月菱形藻占有一定的
竞争优势;当接种比例为 A∶N=4∶1时 ,塔玛亚历山大藻在竞争中占有明显优势。 (2)CO2加富可改变 2种藻种群竞争的关
系 ,使塔玛亚历山大藻竞争能力大大提高 ,小新月菱形藻种群竞争能力降低 , 从而导致接种比例 A:N=1:4时 , 塔玛亚历山
大藻的竞争劣势不再明显;而接种比例为A:N= 1:1和 4:1时 ,塔玛亚历山大藻成为竞争中的优势种。
关键词:CO2加富;种群竞争;抑制作用;小新月菱形藻;塔玛亚历山大藻
中图分类号:Q935　　文献标识码:A　　文章编号:1007-6336(2010)05-0667-04
EfectsofCO2enhancementonpopulationcompetitionbetweenAlexandriumtamarenseandNitzschiaclosteriumEhr
BIRong, WANGYou, XIAOHui, LIWei, TANGXue-xi
(MarineEcologyLaboratory, OceanUniversityofChina, Qingdao266003, China)
Abstract:WhentheCO2 concentrationwaskeptat360μL/L(ambient)and5000μL/L(elevated), Alexandriumtamarense(A)
andNitzschiaclosteriumHer(N)weregrowninco-cultureinordertoinvestigateefectsofcarbondioxide(CO2)enhancementon
theirpopulationcompetitiveability.Theresultsshowedthat(1)diferentproportionsofthemicro-algalinitialcelldensityinthebial-
galculturehaspronouncedefectsontheirpopulationcompetition.N.closteriumplayedthedominantroleinthecompetitionwhenthe
initialproportionwassetatA∶N=1∶4 and1∶1, butA.tamarensebecamethedominanceattheproportionofA∶N=4∶1.(2)The
populationcompetitionbetweenthetwospeciesofmicroalgaechangedinthebialgalculturewhenexposedtoenhancedCO
2
.Thecom-
petitiveabilityofA.tamarensewasenhanced.Therefore, thedominantroleofN.closteriumwasnotsignificantattheproportionofA∶
N=1∶4.AndA.tamarensebecamedominantspecieswhentheproportionwasA∶N=1∶1and4∶1.
Keywords:CO2enhancement;populationcompetition;inhibition;Alexandriumtamarense;NitzschiaclosteriumEhr
　　大气 CO2浓度升高导致的全球气温上升 , 即 “温室效
应”的加剧 ,是当今最引人注目的全球气候变化现象。据
预测 , 由于矿物燃料的使用不断增加 , 2100年大气 CO2的
浓度将为目前的 2倍多 [ 1] 。而大气中的 CO2大部分最终
会被海洋吸收 , 并对海洋生物造成潜在的影响 [ 2] 。
Schippers等 [ 3]提出大气 CO2浓度为目前浓度 2倍的条件
下 , 海洋浮游植物的生长会增加 40%。 Hanagata等 [ 4]研
究发现 , 培养液中 CO
2
浓度的增加会提高 Chlorella的生长
率。而 Riebesell等 [ 5]提出 CO2会抑制一些海洋硅藻的生
长。 “温室效应”加剧的同时 , 赤潮也日益成为备受关注
的重大海洋环境问题之一。已有研究表明 , 全球变暖很
有可能对有害赤潮优势种产生重要影响 [ 6] 。然而在全球
　　收稿日期:2008-11-03,修订日期:2009-01-17
基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划奖励基金(NCET-05-0597);山东省自然科学基金(2007ZRB01903)
作者简介:毕 蓉(1983-),女 ,山东威海人 ,硕士研究生 ,主要从事生态毒理学研究 , E-mail:rong50011@yahoo.com.cn
通讯作者:唐学玺 , E-mail:tangxx@ouc.edu.cn
668　 海　洋　环　境　科　学 第 29卷
大气 CO2浓度增加的情况下 ,对于主要有害赤潮生物的研
究还处于刚刚起步的阶段 [ 1, 7] 。
本文选取塔玛亚历山大藻(Alexandriumtamarense)和
小新月菱形藻(NitzschiaclosteriumEhr)进行共培养实验。
A.tamarense是一种分布极广的赤潮藻类 , 这种甲藻在许
多海岸带水域会引起周期性水华的发生 [ 8] 。 N.closterium
是水产养殖中广泛应用的重要的单细胞饵料硅藻之一。
本文研究了在共培养体系中不同起始密度比对 2种海洋
微藻种群竞争的影响 ,并探讨了这种种间竞争关系对 CO2
加富的响应 , 以期能为阐明 CO2加富对海洋生态系统的影
响和赤潮发生的机制提供基础的实验依据。
1　材料和方法
1.1　藻种来源
实验所用的塔玛亚历山大藻和小新月菱形藻均取自
中国海洋大学微藻培养中心。
1.2　培养条件
培养液采用 f/2营养盐配方。培养温度(19 ±1)℃,
光照 76μmol/(m· s), 光暗周期 12h∶12h。用于微藻培
养的三角瓶预先用 1 mol/L的 HCl浸泡 24h,消毒海水冲
洗干净后待用。微藻培养瓶每天定时摇动数次 , 以防止
其附壁生长。
1.3　共培养实验
设置 3个处理组:
处理Ⅰ :共培养体系中塔玛亚历山大藻(简称 A)的
初始密度为 0.2×104 /mL,小新月菱形藻(简称 N)的初始
密度为 0.8×104 /mL,初始接种密度比为 A∶N=1∶4;
处理Ⅱ:塔玛亚历山大藻和小新月菱形藻的初始密
度均为 0.4×104 /mL,初始接种密度比为 A∶N=1∶1;
处理Ⅲ:塔玛亚历山大藻的初始密度为 0.8 ×104 /
mL,小新月菱形藻的初始密度为 0.2×104 /mL,初始接种
密度比为 A∶N=4∶1。
每个处理组设 3个重复。 每 2 d的同一时间用血球
计数板计数。
1.4　CO2加富处理
整个实验过程中采用 CO
2
注入系统(由青岛合利气
体工业中心提供 , 青岛), 一组通含 360 μL/LCO2的过滤
空气(未加富), 另一组通含有 5 000 μL/LCO2(即 0.5%
的 CO2)的过滤空气(CO2加富)。通气玻璃管距藻液面一
定距离。气体流量用流量计(LZB-3, 青岛华仪仪表厂 ,青
岛)控制在 300 mL/min。以 360 μL/LCO2充气组作为对
照组。
1.5　细胞数的计算
自接种次日起为第 1 d, 每隔 2 d取 1 mL藻液 , 用
Lugol碘液固定 , 血球计数板计数板计数法 , 在 Olympus-
CX31型双筒显微镜下进行细胞计数。每个样品计数 3
次 , 取其平均值。
1.6　数据分析
运用 SPSSforWindows13.0软件包进行统计分析。
P<0.05为显著性差异 , P<0.01为极显著性差异。统计
分析中的藻细胞密度采用 Log10(N)进行转换。
2　结　果
2.1　初始接种密度比为 A:N=1:4条件下 , 2种藻的种
间竞争关系及其对 CO
2
加富的响应
由图 1可见 , CO2加富使塔玛亚历山大藻的种群密度
显著高于未加富组(即对照组)(WilcoxonSignedRanks
Test, Z=-3.209, P=0.001, n= 16);CO
2
加富条件下 , 塔
玛亚历山大藻种群密度的最大值 61.87×104 /mL, 约为未
加富组种群密度最大值(29.15×104 /mL)的 3倍 , 并且种
群已出现明显的指数生长期和静止期。 CO2加富对小新
月菱形藻种群密度的影响与塔玛亚历山大藻相反 , 其种
群密度显著低于未加富组(WilcoxonSignedRanksTest, Z
=-3.050, P=0.002, n=16);在 CO
2
加富条件下 , 小新月
菱形藻种群密度最大值(79.14 ×104 /mL)仅为未加富组
最大值(91.24×104 /mL)的 86.7%。
未进行 CO2加富条件下 ,小新月菱形藻在竞争中占有
极为明显的优势(图 1A), 在 CO2加富条件下塔玛亚历山
大藻的种群显著增加 , 使小新月菱形藻竞争优势不再明
显(图 1B)。
图 1　初始接种密度比为 A∶N=1∶4条件下 , 共培养体系
中 2种藻的种间竞争关系及其对 CO2加富的响应
A:CO2未加富条件下;B:CO2加富条件下
Fig.1 EfectsofCO2 enrichmentonpopulationcompetition
betweenA.tamarenseandN.closteriumatproportionof
A∶N=1∶4 inco-culture.
A, UnderambientCO2;B, UnderelevatedCO2
2.2　初始接种密度比为 A∶N=1∶1条件下 , 2种藻的种
第 5期 毕　蓉 ,等:CO2加富对塔玛亚历山大藻和小新月菱形藻种群竞争的影响 669　
间竞争关系及其对 CO2加富的响应
在该初始接种密度比条件下 , CO2加富使塔玛亚历山
大藻的种群密度显著高于未加富组 (WilcoxonSigned
RanksTest, Z=-3.440, P=0.001, n=16);CO2加富条件
下 , 塔玛亚历山大藻的最大种群密度(81.13 ×104 /mL)约
为未加富组种群密度最大值(58.17×104 /mL)的 1.4倍。
相反 , CO2加富使小新月菱形藻的种群密度显著低于未加
富组(WilcoxonSignedRanksTest, Z=-2.871, P=0.004,
n=16);在 CO2加富条件下 , 小新月菱形藻种群密度的最
大值(68.19 ×104 /mL)仅为未加富组最大值(85.33 ×
104 /mL)的 80%(图 2)。
未加富组中 , 小新月菱形藻在竞争中占一定的优势
(图 2A),而 CO2加富条件下塔玛亚历山大藻种群密度的
最大值已超过小新月菱形藻 , 成为竞争中的优势种(图
2B)。
图 2　初始接种密度比为 A∶N=1∶1条件下 , 共培养体系
中 2种藻的种间竞争关系及其对 CO2加富的响应
A:CO
2
未加富条件下;B:CO
2
加富条件下
Fig.2 EfectsofCO2 enrichmentonpopulationcompetition
betweenA.tamarenseandN.closteriumatproportionof
A∶N=1∶1 inco-culture.
A, UnderambientCO2;B, UnderelevatedCO2
2.3　初始接种密度比为 A∶N=4∶1条件下 , 2种藻的种
间竞争关系及其对 CO2加富的响应
如图 3所示 , 在初始接种密度比为 A∶N=4∶1条件
下 , CO2加富条件也使塔玛亚历山大藻种群密度显著高于
未加富组(WilcoxonSignedRanksTest, Z=-2.485, P=
0.013, n=16);CO
2
加富条件下 , 塔玛亚历山大藻种群密
度的最大值(94.32 ×104 /mL)约为未加富组(86.25 ×
104 /mL)的 1.1倍。 CO2加富对小新月菱形藻的种群密度
无显著性影响(WilcoxonSignedRanksTest, Z=-1.246, P
=0.213, n=16);CO2加富条件及未加富条件下 , 小新月
菱形藻种群生长均未出现明显的对数生长期和静止期。
未进行 CO2加富条件下 ,塔玛亚历山大藻在竞争中占
有明显的优势 , 小新月菱形藻处于明显的劣势(图 3A),
CO2加富使塔玛亚历山大藻的种群密度增大 , 竞争优势更
加明显(图 3B)。
图 3　初始接种密度比为 A:N=4:1条件下 , 共培养体系
中 2种藻的种间竞争关系及其对 CO2加富的响应
A:CO2未加富条件下;B:CO2加富条件下
Fig.3 EfectsofCO2 enrichmentonpopulationcompetition
betweenA.tamarenseandN.closteriumatproportionof
A:N=4:1 inco-culture.
A, UnderambientCO2B, UnderelevatedCO2
3　讨　论
3.1　CO2未加富条件下 , 不同初始接种密度比引起 2种
微藻种间竞争关系发生变化的原因
目前研究表明 , 种群初始接种密度对微藻种群增长
及种间竞争关系具有重要影响 [ 9 ～ 11] 。蔡恒江等 [ 9]研究表
明 , 初始接种密度会影响塔玛亚历山大藻种群密度的最
大值以及种群到达指数生长期和静止期的时间。董云伟
等 [ 10]指出 ,不同起始密度对塔玛亚历山大藻和赤潮异弯
藻的种群竞争具有重要影响。 UchidaT等 [ 11]的研究指
出 , H.circularisquama和 G.mikimotoi的种群初始密度决定
了两种藻的种群竞争关系。在本实验中也发现了类似的
结果:初始接种密度比的不同会导致 2种藻种群生长及
竞争关系的变化。当初始接种密度比为 A∶N= 1∶4和 4
∶1时 ,小新月菱形藻和塔玛亚历山大藻分别具有资源竞
争优势。由于没有营养盐的补充 ,随着培养时间的增加 ,
整个培养体系成为寡营养体系。由此可见 , 随着初始接
670　 海　洋　环　境　科　学 第 29卷
种密度比的变化 ,竞争优势种也随之发生变化。根据现
代生态学理论 , 干扰性竞争包括克生作用 , 捕食与被捕食
等;资源利用性竞争主要与资源的可利用性以及竞争物
种自身的生态学性质有关 , 而与种群大小没有必然的联
系 [ 12] 。 HigmanWA等 [ 13]从分子水平上分别对产毒和不
产毒的塔玛亚历山大藻进行了研究。谭志军等 [ 14]指出塔
玛亚历山大藻的藻细胞和去藻的过滤液都有一定的毒性
作用。另有研究指出含塔玛亚历山大藻成分的实验藻液
能影响亚心形扁藻细胞的生长 [ 15] 。因此 , 我们可以推测
本实验中塔玛亚历山大藻和小新月菱形藻之间的竞争关
系是资源利用性竞争和干扰性竞争并存 , 但二者的干扰
性竞争机制还有待于进一步的研究。
3.2　CO2加富引起 2种藻种间竞争关系发生变化的原因
大量研究已指出 , CO2浓度的变化对海洋生物的影响
存在物种特异性 [ 1, 16 , 17] 。本研究的结果也表明 , 塔玛亚历
山大藻和小新月菱形藻对 CO2加富的响应不同 , 从而导致
了 2种微藻种群竞争关系也随之发生变化。本实验中, 3
种初始接种密度比条件下 , CO2加富均可使塔玛亚历山大
藻的最大种群密度增大 , 竞争能力大大增强。 CO2加富条
件下 ,初始接种比例为 A∶N=1∶4时 ,小新月菱形藻的优势
地位已不再明显;而 A∶N=1∶1和 4∶1时 ,塔玛亚历山大藻
取代了小新月菱形藻的优势地位, 成为优势种。包括甲藻
在内的许多真核藻类和蓝藻都具有碳浓缩机制(CC-
Ms)[ 18]。 CCMs包括对 HCO-
3
和 /或 CO
2
的主动吸收以及碳
酸酐酶的催化作用 [ 19] 。具有 CCMs的生物可积累较高的
胞内 CO2浓度。而Rubisco的催化效率具有物种特异性 , 因
而当 CO2浓度升高时只能促进某些物种的碳固定, 对其他
物种却无促进作用 [ 1] 。 MitchelC等 [ 20]指出 , Nitzschia
frigida具有 CCMs, 并能利用外源 HCO3-进行光合作用。周
立明等 [ 21]研究表明 CO2加富使塔玛亚历山大藻进入指数
生长期和静止期的时间缩短 ,所达到的种群最大细胞数明
显提高。然而虽然未来大气 CO2浓度的增加会使海洋表层
水 CO2浓度增加 2倍 ,但 HCO-3及可溶性无机碳(DIC)总量
的增加量会小于 10%[ 22] 。因此根据 CCMs理论我们可以
得出:在本实验中 , 2种藻对无机碳源的选择不同 , 塔玛亚
历山大藻可能优先选择 CO2作为无机碳源 , 小新月菱形藻
则可能优先选择 HCO-3作为无机碳源。
本研究证明了塔玛亚历山大藻和小新月菱形藻在
CO2加富条件下其种间竞争关系会发生改变 , 这为今后进
一步研究 CO2加富对藻类的影响提供了科学依据。但
CO2加富对该 2种微藻的影响机制还需进一步的研究加
以证实。
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