全 文 ：不同磷浓度及脉冲方式下孔石莼与
亚心形扁藻间竞争的实验研究
南春容　董双林　金　秋
(中国海洋大学教育部水产养殖重点实验室 ,青岛 266003)
摘　要　用 1次性培养法结合 Monod模型测定了大型海藻 -孔石莼和海洋微藻 , -亚心形扁藻磷限
制下的生长动力参数 ,并在相同实验条件下观察 2种藻类对不同磷浓度及脉冲方式的反应及竞争
特征。结果显示:亚心形扁藻的种群密度随着磷脉冲的增大而增加 ;孔石莼在不同磷脉冲供给的培
养系统中 ,保持基本稳定的生物量。在低磷浓度 ( 0. 16μmo l /L /d)下 ,孔石莼成为优势种群 ; 在磷浓
度较高的情况下 ( 0. 8μmo l /L /d以上 ) ,亚心形扁藻成为优势种群。 亚心形扁藻为 r-选择者 ,孔石
莼为 K -选择者。
关键词　孔石莼 ; 亚心形扁藻 ; 生长动力参数 ;磷竞争 ; r-选择 ; K -选择
中图法分类号　 Q178. 53　　　　　文章编号　 1001-1862( 2003) 01-029-07
浮游植物是海水养殖池塘的重要组成部分。在海水养殖过程中 ,由于大量投饵和养殖动物
的排泄作用以及磷的吸附作用 ,使得养殖系统的氮磷比失调 ,磷成为虾池初级生产力的第 1限
制因子 [1-2 ]。为此 ,有的学者建议采用定期搅动池塘底泥的方法 ,释放底泥中的磷 (磷脉冲 )以提
高海水养殖池的初级生产力。但同时海水养殖池塘又是 1个高度富营养化的水体 ,海水养殖对
环境造成了巨大的压力 [3-4 ]。 孔石莼在净化养殖污水中的应用已很普遍 [5 ] ,孔石莼与中国对虾
混养 ,能够提高对虾的成活率和生长速率 [6 ]。将孔石莼养于海水池塘内 ,其必定与浮游植物竞
争养殖系统内有限的磷资源。本实验中作者采用大型海藻孔石莼和虾池常见微藻 -亚心形扁
藻 ,用 1次性培养法测定其磷限制下的生长动力参数 ,并在实验室条件下观察它们在不同磷浓
度及磷脉冲下的生长及竞争特征 ,以期为海水养殖池塘有效的水质管理提供必要的科学依据。
1　材料与方法
1. 1材料来源及预处理　　孔石莼由日本长崎大学提供 ,为一无性繁殖系 ;亚心形扁藻由青岛
海洋大学藻种室提供。 2种藻类皆单种培养于 f /2 (不加硅 )介质中 ,且无原生动物及霉菌污
染。实验开始前 2周 (孔石莼 )到 4周 (亚心形扁藻 )将 2种实验藻类分别置于不加硅和磷的 f /2
第 33卷　第 1期　
2003年 1月　 　　
青 岛海 洋 大学 学 报
JOU RNAL O F OCEAN UNIV ERSITY OF QINGDAO 　　　　
33( 1): 029～ 035
Jan. , 2003
国家杰出青年科学基金项目 ( 397250239)和国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999012012)资助
收稿日期: 2002-03-08;修订日期: 2002-07-08
南春容 ,女 , 1966年 7月出生 , 副教授 , 博士生 ,现在汕头大学海洋生物实验室工作 ,汕头 515063。
介质中进行磷饥饿处理。藻饥饿处理时的培养条件与后述实验条件相同。2种培养液分别于实
验前 48h用青霉素及链霉素作无菌处理 , 并将孔石莼切至实验所需大小。 整个实验过程采用
无菌操作。
1. 2生长动力参数的测定　　磷生长动力参数用 1次性培养法测得 [7-8 ]。培养液使用 f /2介质
(不加硅 ,磷设为不同的浓度梯度 ) ,对于亚心形扁藻 ,将磷饥饿的藻种母液接种于含有 250m L
培养液的 500m L三角烧瓶中 ,使其起始密度约为 10细胞 /mL;对于孔石莼 ,将磷饥饿处理过
的 0. 02g湿重的藻体置于含 0. 84L培养液的 1L三角烧瓶中。实验在光照培养箱内进行 ,培养
条件为 ( 20± 1)℃ ,光照度为 7 000lx ,亮∶暗= 14∶ 10h。实验所用海水为取自东海外海的陈化
海水。实验前将盐度调整至 30, pH8. 3左右 ,每日定时摇动烧瓶 2次 ,在接种后的第 3天及第 5
天 , 进行亚心形扁藻计数、孔石莼称重及磷的测定。由于藻的初始密度很低 ,实验进行至第 5
天时培养液磷浓度下降不足 30%。 对于亚心形扁藻 ,采样时取 100mL培养液于量筒中 , 鲁戈
氏液保存 ,静置 48h后 ,将 90mL上清液吸出 ,样品浓缩 10倍 ,而后于显微镜下用 0. 1mL浮游
植物计数框计数。
对于大藻和微藻都采用 Monod模型来计算其生长动力参数。本文所报道的特定生长率是
指生物量每日增加的百分数 ,作如下计算:μ= [ ln ( N t / N 0 ) ] / t。这里 , N 0为初始生物量 , N t
为第 t天的生物量 (对于微藻 ,N为细胞数目 ;对于大藻 ,N为藻的鲜重 )。以磷浓度作自变量 ,
生长率作因变量 ,用非线性回归的 Monod模型分别计算 2种藻的生长动力参数。
1. 3磷供给方式　　本实验中磷供给分 4个浓度梯度进行 ,在每一浓度下又分为每日 1次和
每周 1次 2种不同的脉冲供给方式。 每日 1次磷脉冲时的浓度为 0. 16, 0. 80, 2. 40, 5. 00
μmo l /L /d,每周 1次磷脉冲时为上述相应浓度的 7倍。其他营养盐的供给皆按加富的 f /2配
方 (不加硅 )每周加 1次 ,同时加入 2. 5mmo l /L NaHCO3,以保证实验过程中不受其它营养盐
的限制。在每一种磷浓度及脉冲方式下 ,皆设单种培养 (对照 )及 2种混合培养 (竞争 )实验 ,重
复数 n= 4。培养物置于 500mL三角瓶内 ,每瓶含 250mL培养液 , 0. 1g鲜重孔石莼 ,亚心形扁
藻的起始密度为 1 000细胞 /mL,在接种后 24h始加各种营养盐 ,实验条件与上述生长动力参
数测定时的条件相同。
实验过程中每周取 15mL培养液 , 10mL用于测磷 , 5mL用于计数亚心形扁藻密度 ,并于
同日称重孔石莼 ;然后补充 15mL按 f /2加富的海水培养液 (不加硅 ,磷按本实验的设计进
行 ) ,实验进行 2周后结束 , 此时亚心形扁藻的密度已达饱和。
2　结果
2. 1生长动力参数　　图 1所示是 2种藻类在磷限制下的 Monod单种生长实验。表 1给出了
该曲线的参数及其 0. 95置信区间。由表 1可见 ,亚心形扁藻的半饱和生长常数略高于孔石莼 ,
最大生长率则显著高于孔石莼 ( p < 0. 01)。
30 青　岛　海　洋　大　学　学　报 2 0 0 3年
表 1　亚心形扁藻及孔石莼的生长动力参数
Table 1　 Phospho rous g rowth kinetic par ameter s fo r P . subcordiformis and U . pertusa
藻类名称
Species
最大生长率μm( d- 1 )
Maximal g r ow th ra te
半饱和生长常数 K(μmol /L)
Half sa turation constant
亚心形扁藻 P . subcordiformis
孔石莼 U . pertusa
0. 83 ( 0. 79～ 0. 88)
0. 16 ( 0. 13～ 0. 20)
0. 021 ( 0～ 0. 13)
0. 016 ( 0～ 0. 17)
　注: K为半饱和生长常数 ,μm为最大生长率 , 括号内给出了这 2个参数的 95%可置信区间 ( K is the h al f saturation con-
stan t, μm the maximal grow th rate. Th e 95% confidence in tervals are given in parenth es es )。
图 1　 2种藻类磷限制下的生长动力参数实验 (图中直线为 Monod方程的线性形式 )
Fig. 1　 Sing le-species Monod g row th experiments per formed under conditions o f
limiting PO4 ( The linea r fo rm o f the Monod model)
2. 2　 2种藻类对不同磷供给方式的反应及竞争特征
2. 2. 1对不同磷脉冲的反应方式　　图 2为不同磷浓度及脉冲方式下亚心形扁藻的细胞密度
及孔石莼的生物量。从图中可以看出 ,对于亚心形扁藻 ,在每一磷浓度下 ,无论单种培养还是混
合培养 ,每周磷脉冲时的细胞密度总大于每日磷脉冲时的细胞密度。表 2所列为不同磷浓度下
每周磷脉冲的亚心形扁藻细胞密度与每日磷脉冲的细胞密度之比值 ;对于孔石莼 ,每周磷脉冲
的生物量与每日磷脉冲的生物量差异不显著。
表 2　每周磷脉冲与每日磷脉冲的亚心形扁藻细胞密度之比值
Table 2　 The ratio of cell density by 7-day pulse to that o f 1-day pulse for P . subcordiformis
磷供给浓度 (μmol / L /d)
Phosph or ous concent ration
单种培养 Monoculture
第 1周 1st w eek 第 2周 2nd w eek
混合培养 Co-cultur e
第 1周 1st w eek 第 2周 2nd week
0. 16
0. 8
2. 4
5. 0
1. 4
1. 5
1. 1
1. 2
1. 4
1. 4
1. 4
1. 3
1. 2
1. 5
1. 1
1. 4
1. 2
1. 5
1. 7
1. 3
311期 南春容 ,等:不同磷浓度及脉冲方式下孔石莼与亚心形扁藻间竞争的实验研究
图 2　不同磷浓度及脉冲方式下亚心形扁藻密度及孔石莼的生物量
○每日磷脉冲单种培养 ;● 每日磷脉冲混合培养 ; △每周磷脉冲单种培养 ; ▲ 每周磷脉冲混合培养
Fig . 2　 The cell density of P . subcordiformis and the biomass of U . pertusa under v a rious pho spho-
rous concentra tion and pulses (○ 1-day pulse co- culture; ● 1-day pulse co-culture; △ 7-day pulse
monoculture;▲ 7-day pulse monocultur e. )
2. 2. 2在不同磷浓度下的竞争特征　　比较不同磷浓度下亚心形扁藻、孔石莼的生物量 ,可以
看出 ,在磷浓度为 0. 16μmo l /L /d时 ,混合培养时亚心形扁藻的生物量受到抑制 (与单种培养
相比 ) ,孔石莼的生物量受到促进 ,说明此条件下的混合培养可能促进了孔石莼的生长。在磷浓
度> 0. 8μmo l /L /d时 ,无论每日磷脉冲还是每周磷脉冲 ,对于亚心形扁藻和孔石莼 ,单种培养
的生物量总大于相应的混合培养的生物量 , 2者间的关系表现为营养竞争关系。随着磷浓度的
增加 , 2者相互抑制的百分量亦有增加的趋势。在本实验进行的时间段内 ,在 2种藻类的生物
量达到最高峰时 , 2者相互抑制的生物量的百分比最高可达 50%以上 (见表 3)。表 3所列为不
同磷浓度及脉冲下、不同周次时 , 2种藻类混合培养时受抑制或促进的生物量的百分比。
2. 2. 3在不同磷脉冲下的竞争特征　　由表 3可以看出 ,在磷浓度为 0. 16μmol /L /d时 ,对于
亚心形扁藻 ,每周磷脉冲时受抑制的生物量的百分比大于每日磷脉冲的量 ;在磷浓度 >
0. 8μmo l /L /d时 ,每周磷脉冲时受抑制的生物量的百分比总小于相应的每日磷脉冲的量 ;对于
孔石莼 ,情况则正相反。
32 青　岛　海　洋　大　学　学　报 2 0 0 3年
表 3　 2种藻类混合培养受抑制 ( - )或促进 (+ )的生物量的百分比 (与单种培养相比 )
T able 3　 The biomass ( as per centag e) of the tw o species inhibited ( - ) o r promoted (+ )
( compa red w ith monoculture)
磷浓度及脉冲方式 (μmo l /L /d)
Phosph or ous concent ration
and pulse pa ttern
扁藻 P . subcordif ormis
第 1周
1st w eek
第 2周
2nd w eek
石莼 U . pertusa
第 1周
1st w eek
第 2周
2nd week
0. 16
0. 8
2. 4
5. 0
1～ d
7～ d
1～ d
7～ d
1～ d
7～ d
1～ d
7～ d
- 14. 5
- 24. 1
- 25. 5
- 21. 3
- 43. 2
- 32. 6
- 32. 4
- 18. 7
- 28. 3
- 38. 3
- 26. 8
- 21. 6
- 58. 5
- 48. 7
- 58. 9
- 56. 9
+ 24. 1
+ 11. 1
- 9. 4
- 14. 8
- 22. 9
- 28. 9
- 20. 0
- 27. 2
+ 27. 2
+ 22. 2
- 27. 1
- 37. 2
- 52. 8
- 58. 0
- 46. 8
- 56. 8
3　讨论
r-选择和 K -选择的概念曾被广泛用于对自然界中动植物种群的描述。近来又有学者将其
用于对微藻种群的描述 [9-11 ]。 r -选择的微藻个体较小 ,具有高生长率 (μm) ,在自然界中的死亡
率较高 ,生长率的变化范围 (μ/μm)很大 ;而 K -选择的微藻则具有一些相反的特征 [12 ]。 尽管不
同的微藻种群可以根据其不同的生理特性划分为 r-选择者和 K -选择者 ,但相对于大型海藻 ,
前者都应属于 r-选择者 ,后者则应属于 K -选择者。在一次性培养法中 ,作者测得孔石莼在磷限
制下的半饱和生长常数为 0. 016μmo l / L,最大生长率为 0. 16d-1;亚心形扁藻的半饱和生长常
数为 0. 021μmol /L,最大生长率为 0. 83d -1。以上这 2个生长参数能较好地反映 r-K选择者不
同的生理特性: 孔石莼的半饱和生长常数较低 ,在磷浓度较低的情况下 ,它能更有效地吸收环
境中的磷并将其用于生长 ,成为优势种群 ;亚心形扁藻的最大生长率很高 ,在磷浓度较高的情
况下 ,能迅速增殖 ,成为优势种群。两相比较 ,孔石莼属典型的 K-选择者 ;亚心形扁藻属典型的
r-选择者。由这 2个生长参数推测的不同磷浓度及脉冲方式下两种群间的竞争结果 ,与实验观
察到的结果一致。
在磷浓度为 0. 16μmo l /L /d, 2种群混合培养时 ,孔石莼的生物量得到增长 ,亚心形扁藻的
生物量受到抑制 (皆与单种培养相比 ) ;对这一结果的解释有 2种可能: 1种是由于藻类细胞存
在营养“渗漏” [ 13] ,所以在环境中的磷浓度很低的情况下 ,孔石莼能更有效地吸收利用亚心形
扁藻“渗漏”出的磷 ,故孔石莼占优势 ;另 1种可能是这 2种藻类之间存在分泌物的作用 ,这一
点还有待于进一步的实验来证实。 在磷浓度达 0. 8μmol /L /d以上时 ,亚心形扁藻迅速增殖 ,成
为优势种群。
在相同的磷供应量但不同的脉冲方式下 ,亚心形扁藻和孔石莼的反应明显不同。对于亚心
形扁藻 ,无论单种培养还是混合培养 ,每周 1次磷脉冲的细胞密度总大于每日 1次磷脉冲的密
331期 南春容 ,等:不同磷浓度及脉冲方式下孔石莼与亚心形扁藻间竞争的实验研究
度 ;而 2种不同脉冲方式下 ,孔石莼的生物量变化不大。这体现了 r-选择者和 K -选择者对于不
同资源供给方式的反应特征: K -选择者在脉冲式资源供给的培养系统中 ,总能保持稳定的种
群数量 ; r-选择者的种群密度则随着资源脉冲的增大而增加。
在磷浓度大于 0. 8μmol /L /d时 ,对于亚心形扁藻 ,每周磷脉冲时受抑制的生物量的百分
比总小于相应的每日磷脉冲的量 ;孔石莼则正相反。 这也体现了 r -选择者和 K -选择者对于不
同资源供给方式的竞争特征: r-选择者具有高生长率 ,对于增大的资源脉冲反应敏感 ,能迅速
增殖 ,故在大脉冲资源供给的培养系统中占优势 ,相对应的 K -选择者的生物量就受到抑制。
Pianka, Kilham及 Kilham曾把 D /S比率 (资源需求量 /资源供给量 )与 r-K选择连续体
( r-k selection continuum)联系起来 [9, 14 ] ,认为在资源匮乏时 , D /S→ 1, K -选择者占优势 ;当
D /S < 1时 , r -选择者占优势。 在本实验条件下 ,可以认为 ,在磷浓度为 0. 16μmol /L /d时 , 2种
群的资源需求量近于供给量 ,故孔石莼 ( K -选择者 )逐渐在竞争中占优势 ;在磷浓度达
0. 8μmo l /L /d以上时 ,资源供给量超过需求量 , 故亚心形扁藻 (r-选择者 )占优势。
4　结语
由本实验结果可以看出 ,孔石莼对磷的需求量较低 ,在低磷浓度下占优势 ;亚心形扁藻则
在较高磷浓度及较大磷脉冲下占优势。故在实际养虾生产当中 ,在养殖的前期 (水温较低 ,养殖
池中各种营养盐积累较少 ) ,可适度增加对底泥的搅动 ,释放其中的磷 ,保持浮游植物的适度水
华 ,有利于幼虾的快速健康成长 ;而在养成期 ,由于水温高 ,养殖池内营养盐大量积累 ,有害藻
类容易暴发繁殖 ,虾病易发 ,此时尽量不要搅动底泥 ,而应投放适量的孔石莼以吸收水体中的
营养盐 ,保持良好的水质 ,降低虾的发病率 ,有利于虾的健康养成。
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Competition Between Platymonas subcordiformis and Ulva pertusa
Under Various Phosphorus Concentrations and Pulses
Nan Chunrong　 Dong Shuang lin　 Jin Qiu
( Aquaculture Research Laboratory ,Ocean University of China, Qingdao 266003, China )
Abstract　 Sho rt-term batch cultures were used to measure the pho spha te-dependent
g row th kinetics fo r a marine micro-alga, Platymonas subcordiform is (Wille ) Hazen, and
a marine macro-a lg a, Ulva pertusa. Mono-cul ture and co-cul ture (competi tio n) experi-
ments w ere perfo rmed betw een the tw o species. The resul ts indicated that Platymonas
subcordiform is was r-selected w hi le Ulva pertusa was K -selected. Platymonas subcordi-
formis responded to increased phospho rous pulses and domina ted a t high pho spho rous
avai lability ( above 0. 8μmo l / L / d) ; Ulva pertusa remained rema rkably stable popula-
tions in various pulsed cultures and dominated at low pho spho rous availabi li ty ( 0. 16
μmol / L / d) .
Key words　 Ulva pertusa; Platymonas subcordiformis; g row th kinetics; competi tio n
fo r phospha te; r-selection; K -selection
海　洋　人　物
赫卡泰奥斯 ( Hecataeus o f M ILETU S,创作时期为公元前 6世纪～ 前 5世纪 )希腊历史学
家和地理学先驱。生于米利都斯。在地理学上 ,创作了《环球游记》 ( Periodos) (或称《周游
世界》 ) ,编存有 300多个片断 ,叙述欧洲与亚西亚 (埃及和北非 ) ,这是西方学者在当时对
世界的概念与认识 ,为希罗多德引用。在历史学上 ,著《历史》 ( Genea logiai ) (或称《系谱》 ) ,
系统叙述希腊人的传说与神话。他还是散文家、修辞学家。
(刘安国 )
351期 南春容 ,等:不同磷浓度及脉冲方式下孔石莼与亚心形扁藻间竞争的实验研究