全 文 ：第 25卷第 5期
2006年 5月
水 产 科 学
FISHERIES　SCIENCE Vol.25No.5May.2006
多因子交互作用对菊花江蓠氮 、磷吸收速率的影响
徐永健 , 王永胜 , 韦　玮
(宁波大学 生命科学与生物工程学院 , 浙江　宁波　315211)
摘　要:在单因子试验的基础上 , 从各因子的生长适宜区间内分别选取 10个盐度梯度 、10个光照梯度
和 10个温度梯度 , 以及 10个 NO
3
-N浓度梯度 、10个 NH
4
-N浓度梯度和 10个 PO
4
-P梯度 ,采用均
匀设计方法 ,考察各因子及其交互作用对菊花江蓠 N、P吸收速率的影响 ,通过回归分析得到:温度 、光
照与 NO
3
-N、NH
4
-N间存在着很明显的交互作用关系 , 它们共同作用影响着海藻对 NO
3
-N、NH
4
-
N的吸收速率;对 PO4 -P的吸收速率 ,仅受到温度及 PO4 -P共同作用的影响;而对 TIN及 PO4 -P的
吸收却都受到 N×P交互作用的影响。
关键词:菊花江蓠;环境因子;N;P;吸收速率
中图分类号:S968.434 文献标识码:A 文章编号:1003-1111(2006)05-0222-05
　　收稿日期:2005-08-15;　修回日期:2005-10-17.　　基金项目:宁波市博士基金资助项目(2005A610025);宁波市科技局资助项目(2004A610028);宁波大学校人才基金资助项目(2004698).　　作者简介:徐永健(1975-),男 ,博士 ,主要从事生物修复研究;Email:xuyongjian@nbu.edu.cn.
　　海水富营养化是赤潮发生的基础 , N、P含量升
高是水体富营养化的重要特征 [ 1] 。种植海生植物
(大型海藻)可吸收 N、P,限制水体的营养盐水平 ,
近年来这方面的研究方兴未艾 ,并已取得一些进
展 [ 2-3] 。目前迫切需要寻找一种环境适应能力强 、
经济价值较高 、对 N、P有较强吸收能力的大型海
藻 。
菊花江蓠 (Gracilarialichenoides)具有耐高
温 、生长快 、单位产量高等特点 ,是琼脂工业的重要
原料海藻 ,同时又是鲍鱼养殖的优质新鲜饵料 ,具
有较高的经济价值 。在池塘中进行大面积的菊花
江蓠养殖的发展愈来愈迅速 [ 4] ,也有将其作为水质
调节的高效海藻 ,与养殖动物(鱼 、虾)进行混养 ,改
善养殖环境的报道 [ 5] 。但有关菊花江蓠对 N、P的
吸收速率及其影响因素至今仅有环境因子 [ 6]和营
养盐因子[ 7]的研究。笔者针对菊花江蓠养殖及水
质修复的实际情况和特点 ,应用均匀设计方法研究
其在不同环境因子(光照度 、温度和盐度)以及不同
营养条件下的 N、P吸收速率 ,为在富营养化养殖池
塘中进行该海藻的养殖 ,用其吸收和同化养殖池塘
中的营养盐 ,进而改善池塘养殖环境 ,开辟一条既
能改善生态环境又可取得经济效益的新途径 ,并为
此提供科学依据 。
1　材料与方法
1.1　海藻的来源与预培养
菊花江蓠来自福建省东山岛 。选择健康藻体 ,
除去表面附着物 ,用过滤海水冲洗干净 ,移殖到恒
温光照培养箱中 ,在 12L∶12D, 2.4lx, (25±0.5)℃
的条件下 ,加富海水(N100 μmol/L, P8 μmol/L,
f/2微量元素及维生素)中暂养 ,每隔 2 d添加营养
盐 1次 ,每天不定时搅水 4 ～ 6次;试验开始前 7 d,
去除藻体的主茎 ,把藻体分割成 0.1 ～ 0.5 g,暂养
备用。
1.2　试验设计方法
在已有的研究基础上 [ 6-7] ,采用均匀设计方法 ,
研究环境因子(温 、盐 、光照度)与营养盐因子(NO3
-N、NH4 -N、PO4 -P)间的交互作用对菊花江蓠
的 N、P吸收速率的影响。分别选择各因子的生长
适宜区间内的 10个盐度梯度 、10个光照梯度和 10
个温度梯度 , 以及 10个 NO3 -N浓度梯度 、10个
NH4 -N浓度梯度和 10个无机磷梯度 。进行 6因
子 10水平均匀设计(表 1),考察它们的交互作用。
试验方案见表 2。
1.3　吸收速率测定
试验用 500 ml的三角烧瓶 ,内装 400 ml培养
DOI :10.16378/j.cnki.1003-1111.2006.05.002
液 ,每个培养用容器中放养鲜江蓠(1.0±0.0031)
g,加盖锡箔纸 ,试验用三角烧瓶置于光照培养箱
中 ,试验前 ,先将海藻置于试验设定的条件下适应 4
h,再更换同体积的新鲜培养液后开始试验。吸收
试验时间设定为 4 h,试验结束后 ,捞出海藻终止吸
收 ,再测定介质中 N、P含量 ,按下述公式计算各营
养的吸收速率:U=(C0 -Ct)· V/(t· G),
式中:U为营养的吸收速率 , C0为试验结束时对照组培
养液中营养盐含量 , Ct为试验结束时培养组培养液中的营
养盐含量 , V为所用培养液体积 , t为试验时间(h), G为添加
海藻的生物量(g)。
表 1　试验因素与水平
水平 盐度 温度 光照度 NO3 -N NH4 -N PO4 -P
℃ lx μmol· L-1 μmol· L-1 μmol· L-1
1 5 10 0.4 5 2 0
2 8 12 0.8 10 5 2
3 12 15 1.2 20 10 5
4 16 18 1.6 30 15 10
5 22 21 2.0 40 20 15
6 24 24 2.4 50 25 20
7 28 27 3.2 60 30 25
8 32 30 4.0 70 40 30
9 36 33 4.8 80 50 40
10 40 35 6.0 100 60 50
表 2　试验设计方案
试验号 水平 盐度 水平 温度 水平 光照度 水平 NO3 -N 水平 NH4 -N 水平 PO4 -P
℃ lx μmol· L-1 μmol· L-1 μmol· L-1
n1 1 5 2 12 3 1.2 5 40 7 30 10 50
n2 2 8 4 18 6 2.4 10 100 3 10 9 40
n3 3 12 6 24 9 4.8 4 30 10 60 8 30
n4 4 16 8 30 1 0.4 9 80 6 25 7 25
n5 5 20 10 35 4 1.6 3 20 2 5 6 20
n6 6 24 1 10 7 3.2 8 70 9 50 5 15
n7 7 28 3 15 10 6.0 2 10 5 20 4 10
n8 8 30 5 21 2 0.8 7 60 1 2 3 5
n9 9 33 7 27 5 2.0 1 5 8 40 2 2
n10 10 35 9 33 8 4.0 6 50 4 15 1 0
1.4　数据处理
统计分析在 SPSS软件包下进行。逐步回归变
量筛选按概率设置阈值 , P<0.05引入 , P≥0.10
剔除。在回归方程的基础上进行寻优计算 。
2　结果与分析
2.1　菊花江蓠对 TIN的吸收速率
根据表 2的试验设计方案 ,进行了 10次试验 ,
所得的各营养盐 [ NO3 -N、NH4 -N、TIN(NO3 -N
+NH4 -N+NO2 -N)及 PO4 -P]的吸收速率见表
3。
以表 3的结果 ,经 SPSS逐步回归分析 ,得出以
下关系式:
VTIN=-2.732+7.987×10-2S+1.415×10-2T+
2.101×10-4 L-3.08 ×10-3 NO+7.845×
10
-4NH +3.166×10-2P+1.910×10-4N×
P(R2 =0.968, F=40.159, P<0.01)
式中:VTIN为菊花江蓠对 TIN的吸收速率;
S、T、L为试验的盐度 、温度和光照度;
NO、NH、P分别为介质中的 NO3 -N、NH4 -N和
PO
4
-P的浓度;
N为 TIN浓度 , N×P为 TIN和 P的交互作用。
223第 5期 徐永健等:多因子交互作用对菊花江蓠氮 、磷吸收速率的影响
表 3　菊花江蓠对各营养的吸收速率 μmol/g.h
试验号 NO3 -N NH4 -N TIN PO4 -P
n1 0.0002 0.0002 0.0004 -0.0006±0.0002
n2 0.0012±0.0003 0.0017±0.0004 0.0031±0.0005 0.0004
n3 0.014±0.0005 0.0285±0.0014 0.047±0.006 0.0148±0.003
n4 0.0002 0.0085±0.0005 0.009±0.0006 0.0009
n5 0.0287±0.0034 0.0211±0.0017 0.0537±0.0074 0.0154±0.002
n6 0.0014±0.0005 0.0011±0.0006 0.0028±0.0007 0.0053±0.001
n7 0.0357±0.0016 0.0683±0.0032 0.116±0.0086 0.0127±0.006
n8 0.0123±0.0003 0.0005 0.013±0.0003 0.0037±0.0008
n9 0.0421±0.0012 0.3442±0.0314 0.4037±0.0483 0.0383±0.003
n10 0.323±0.0087 0.107±0.011 0.4312±0.0502 0.0002
2.2　菊花江蓠对 NO3 -N的吸收速率
VNO
3
-N=0.109 +1.263×10-2S-1.29×10-2T-
1.12×10-3 L-1.32 ×10-2NO-9.95 ×
10
-4NH-6.217×10-3P+3.961 ×10-4 T
×NO+4.424×10-5L×NO(R2 =0.987,
F=88.297, P<0.01)
式中:VNO3-N为菊花江蓠对 NO3 -N的吸收速率;
S、T、L为试验的盐度 、温度和光照度;
NO、NH、P分别为介质中的 NO3 -N、NH4 -N和
PO4 -P的浓度;
T×NO、L×NO分别为 NO和 T、L的交互作用。
2.3　菊花江蓠对 NH4 -N的吸收速率
VNH4-N=0.198 +1.069×10-2S-4.11×10-3T+
3.48×10-4L-9.82 ×10-4NO-2.72 ×
10
-4NH+3.818×10-3P+2.929×10-4 T
×NH -2.57×10-5L×NH(R2 =0.868,
F=8.380, P<0.05)
式中:VNH4-N为菊花江蓠对 NH4 -N的吸收速率;
S、T、L为试验的盐度 、温度和光照度;
NO、NH、P分别为介质中的 NO3 -N、NH4 -N和
PO4 -P的浓度;
T×NH、L×NH分别为 NH和 T、L的交互作用。
2.4　菊花江蓠对 PO4 -P的吸收速率
VPO4-P=3.854 ×10-2 +6.330 ×10-4 S-3.37 ×
10
-4T-6.11×10-5L-6.99×10-5NO-
9.84×10-5NH-1.77×10-3P+2.105×
10
-5N×P +2.198 ×10-5 T×P(R2 =
0.868, F=8.380, P<0.05)
式中:VPO4-P为菊花江蓠对 PO4 -P的吸收速率;
S、T、L为试验的盐度 、温度和光照度;
NO、NH、P分别为介质中的 NO3 -N、NH4 -N和
PO
4
-P的浓度;
N为 TIN的浓度;
N×P、T×P分别为 TIN和 P、T和 P的交互作用 。
3　讨论与结论
3.1　环境因子对海藻 N、P吸收速率的影响
光照度影响着大型海藻的光合作用 ,海藻的光
合速率与 N、P的同化量呈正相关关系[ 8-9] 。尤其是
对 NO3 -N的吸收 ,较强的光照条件能增加海藻中
的硝酸还原酶活性 ,促进 NO3 -N的吸收 [ 8] ,有报
道表明:光照度与海藻对硝氮的吸收速率成正比 ,
藻类吸收硝氮及亚硝氮比氨氮更依赖于光的存
在 [ 10-11] ;温度是控制大型海藻 N吸收的重要因子 ,
温度对呼吸作用及光合作用暗反应的酶活性有显
著的影响 [ 10] ,低温下光合作用暗反应的酶活性较
低 ,产生的用来还原硝氮盐的底物也较缺乏[ 10] ,相
应地也减少了对营养盐的摄入;盐度高低决定海水
224 水　产　科　学 第 25卷
渗透压大小 ,对海藻来说 ,渗透压将影响细胞中的
水分及对 N、P的吸收 。急剧地改变培养介质中的
盐度 ,海藻的光合速率也会大幅下降 [ 9] 。
上述现象均表明海藻对营养盐的吸收与环境
因子有密切的关系 ,且因子间的相互作用也在一定
程度上影响海藻对营养盐的吸收。在自然环境中 ,
三者共同作用影响海藻的生长和营养吸收 ,对不同
种类海藻这三者间的影响程度是不一样的 ,本试验
的结果显示 ,对于菊花江蓠 ,温度 、光照与 NO3 -N、
NH4 -N间存在着很明显的交互作用关系 ,它们共
同作用影响着海藻对 NO3 -N、NH4 -N的吸收;而
对于 PO4 -P的吸收 ,仅受到温度及 PO4 -P共同作
用的影响;但在菊花江蓠对 TIN的吸收回归方程
中 ,却看不出三者共同作用的影响。
3.2　营养盐因素对海藻 N、P吸收的影响
海藻对 N、P的吸收速率随外界环境中营养盐
浓度的升高而增加[ 7] 。这是因为在营养盐浓度较
高的情况下 ,藻体内利用 N、P的一系列生理过程的
底物浓度升高了 ,海藻的同化作用相应增加[ 12] ,进
而促进藻类对营养盐的吸收;如真江蓠 (G.
verusosa)和圆扁江蓠 (G.tikvahiac)在营养盐浓
度较高的情况下 ,光合速率增加 ,从而促进藻类对
营养盐的吸收[ 12] 。其次 ,研究表明:当介质中的氮
浓度一定时 , N/P比对海藻 P的吸收有着显著的影
响 ,反之亦然 [ 7] ,反映到回归方程中 ,就是 N和 P的
交互作用对吸收速率的影响 ,如本试验中 ,菊花江
蓠对 TIN及 PO4 -P的吸收受 N×P交互作用的影
响 。这是因为当 N浓度一定时 , N/P比的变化代表
着 P浓度的变化 ,即 N/P比越大 ,介质中的 P浓度
就越低 ,海藻对磷的吸收速率就越小 。即 ,低 P环
境中 ,海藻对 P的吸收速率下降;反之 ,当环境中出
现 P剩余时 ,海藻对 N的吸收相对降低 。这种生理
机制在微藻及其它大型海藻中也存在 ,在 P限制
时 ,细胞内有机 P及储存 P水解为无机 P的量增
加 ,并对环境中的 N吸收加强 ,而当 P有剩余时 ,藻
细胞的叶绿素及碳水化合物的含量下降 ,并减少和
停止了对外界 P的吸收 [ 7, 12] 。
不同化合态的氮对 N、P的吸收速率也存在着
一定的影响 ,据文献报道 ,藻类优先吸收 NH4 -N,
待环境中的 NH4 -N浓度降低到一定程度时(<1
μmol/L),藻类开始吸收利用环境中的 NO3 -N。
但也有一些研究证实大型海藻可以同时吸收 NH4
-N和 NO3 -N,吸收量与不同化合态氮在环境总
无机氮中所占的比例相关 [ 13-14] 。本试验的回归方
程中 ,并没有也表现不出这些差异。
3.3　两者共同作用对海藻 N、P吸收的影响
营养盐浓度较高 ,海藻的同化作用增加 [ 5] ,如
此时光照度等其它的环境因子适宜 ,光合效率就会
大幅增加 , 从而进一步促进藻类对营养盐的吸
收 [ 12] 。这表明 ,营养盐浓度与光照度等环境因子
间存在着一定的相互关系 。在本试验中 ,菊花江蓠
对 N营养(NH4 -N、NO3 -N)的吸收就证明了这一
点 ,光照度与 NH4 -N及 NO3 -N浓度间存在着交
互作用 ,共同影响海藻对 N的吸收速率 。
此外 ,藻类对 N、P吸收速率还受盐度 、温度等
重要的理化条件及介质 N/P比等的影响 ,并涉及到
藻体本身的营养贮存状况及藻类对不同种类营养
盐的选择吸收等因素 。在养殖池塘或近海海水的
富营养修复过程中 ,由于海水养殖的品种及养殖方
式的不同 ,造成的环境污染也不尽相同 ,且这种差
异随着季节而发生变化 [ 15] 。本试验的结果表明 ,
菊花江蓠适于在这样的条件下生长 ,且能有效地吸
收环境中的 N和 P,尤其是对 N的吸收速率更高 ,
并不受到不同化合态氮的影响;同时环境中的无机
氮及磷酸盐的浓度越高 ,菊花江蓠对其的吸收速率
越大 ,这一点对于我们进行富营养水体的修复是非
常有用的 。
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EfectsofMulti-factorInteractiononUptakeRatesofNitrogenand
PhosphorusbyGracilarialichenoides
XUYong-jian, WANGYong-sheng, WEIWei
(FacultyofLifeScienceandBiotechnology, NingboUniversity, Ningbo315211, China)
Abstract:Efectsofmulti-factorinteractionincluding10 salinitylevels, 10 lightintensitylevels, 10 temperature
levels, 10NO3-N, 10NH4 -Nand10PO4-Pconcentrationlevelsonuptakeratesofnitrogenandphosphorusbyred
macroalgaeGracilarialichenoideswerestudied.Theregressionanalysisoftheresultsshowedthatthereweresig-
nificantinteractionsbetweentemperature, lightintensityandtheconcentrationsofnitrateandammonium.Howev-
er, onlyco-functionoftemperatureandphosphateconcentrationafectedtheuptakerateofphosphate, andtheup-
takeratesoftotalinorganicnitrogen(TIN)andphosphatewereinfluencedbothbynitrogenandbyphosphorusin
media.
Keywords:Gracilarialichenoides;environmentalfactor;nitrogenandphosphorus;uptakerate
(责任编辑:晓　荷)
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