全 文 ：自然界海洋生态系统中，N 和 P 是最常成为
限制性因子的营养盐，不同生物对这两种营养盐
竞争的不同结果也会改变海洋生态系统的结构
和组成［1-4］。
有的学者认为海水中 N、P 的不同比例也是
有害海洋藻类发生藻华的主要原因之一 ［2， 3， 5， 6］。
另一方面，也有一些研究表明，不同的 N、P 营养
状况也会影响水生生物间的相生相克作用（al-
不同 N、P营养水平对孔石莼克制赤潮异弯藻
效果的影响
金 秋 1，金则新 1，2，奚立民 1
（1. 台州职业技术学院 生物与化学工程系，浙江 台州 318000； 2. 台州学院，浙江 临海 317000）
摘 要：研究了 4 个不同营养水平的（N、P 营养充足、N 限制、P 限制和 N、P 双限制）大型海藻孔石莼
（Ulva pertusa）对同样 4 个不同营养水平的海洋赤潮微藻赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）的克制效
果。 不同的 N、P营养状况能够显著影响孔石莼克制赤潮异弯藻的效果，N限制或 P限制和 N、P双限制
下的孔石莼对赤潮异弯藻的克制作用减弱，N限制的赤潮异弯藻对孔石莼克生物质的耐受性增强，而 P
限制和 N、P双限制的赤潮异弯藻对孔石莼的克生物质更加敏感。 研究结果表明，不同营养状况下大型
海藻对海洋微藻不同程度的克生作用可能是自然海洋生态系统中，N、P营养盐动态变化引起大型海藻
和微藻种群动态变化的原因之一。
关键词：孔石莼；赤潮异弯藻；营养水平；克生作用
中图分类号：Q178.1 文献标识码：A 文章编号：1001-7119（2012）03-0032-06
Influence of Different N，P Nutrient Levels on the Effectiveness of Allelopathic
Effect of Ulva pertusa on Heterosigma akashiwo
JIN Qiu1，JIN Zexin1，2，XI Limin1
（1. Department of Biological and Chemical Engineering，Taizhou Vocational and Technical College，
Taizhou 318000，China； 2. Taizhou University，Linhai 317000，China）
Abstract： Allelopathic effectiveness of Ulva pertusa of four different nutrient levels （N，P sufficient； N limitation； P
limitation and N，P double limitation） on Heterosigma akashiwo of the same four different nutrient levels was investigat-
ed. Different N，P nutrient levels had significant influence on the effectiveness of allelopathic effect of Ulva pertusa on
Heterosigma akashiwo. The allelopathic effectiveness was decreased when Ulva pertusa was under N or P limitation or N，
P double limitation. Cells of Heterosigma akashiwo under N limitation were more tolerant to the macroalga， while mi-
croalgal cells under P limitation or N，P double limitation were more sensitive to the macroalga. Different allelopathic ef-
fectiveness of macroalgae on microalgae under different nutrient levels may be one of the mechanisms that caused differ-
ent population dynamics of macroalgae and microalgae during the change of N，P nutrient in coastal areas.
Key words： Ulva pertusa； Heterosigma akashiwo； nutrient levels； allelopathic effect
收稿日期：2010-10-25
基金项目：国家自然科学基金项目（39870160）；浙江省自然科学基金资助项目（Y504220）
作者简介：金秋（1978-），男，浙江临海人，工程师，博士，主要从事植物化学生态学研究，E-mail：david78225@163.com。
Vol.28 No.3
Mar. 2012
第 28 卷 第 3 期
2012 年 3 月
科 技 通 报
BULLETIN OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
DOI:10.13774/j.cnki.kjtb.2012.03.003
第 3期
lelopathic effect）， 处于营养限制条件下的一种水
生生物对其靶生物的克生作用往往更加有效［5-9］。
孔石莼 （Ulva pertusa） 和赤潮异弯藻（Het-
erosigma akashiwo）分别是有害海洋藻类中大藻和
微藻的典型代表之一。 在以前的工作中，我们发
现孔石莼能通过主动分泌某些化学物质有效地
抑制赤潮异弯藻的生长［10］。 本研究的主要目的是
验证不同的 N、P 营养状况是否能够影响孔石莼
克制赤潮异弯藻的效果，N、P 限制下的孔石莼是
否能更有效地克制赤潮异弯藻的生长，为更加有
效地在有限区域利用孔石莼来防治赤潮异弯藻
藻华提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 孔石莼和赤潮异弯藻
本实验中所采用的孔石莼 （Ulva pertusa）是
由日本东北大学的 Akira Taniguchi 教授提供的
无性系变种。 赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）
无菌株由中国海洋大学微藻研究实验室提供。 以
上藻种均无菌培养于 f/2［11］培养液中，温度为 20℃，
光强为 60 μmol·m-2·s-1，亮暗比为 12∶12 h。
1.2 实验用海水
由于本实验涉及对孔石莼和赤潮异弯藻的
N、P 限制，因此采用采集于外海的低 N、P 营养盐
本底天然海水（N、P营养盐本底：<9 mmol·m-3 NO-3，
<1 mmol·m-3 NH+4 ，<0.8 mmol·m-3 PO3－4 ） 作为配制
实验培养液的海水。 在配制培养液前，此海水经
过棉花过滤、煮沸、冷却后，用玻璃纤维膜（What-
man GF/C， 0.22 μm 孔径）过滤以除去颗粒物质。
海水的 pH值和盐度分别调节至 8.5和 30 ppt。
1.3 实验设计
本实验开始前 30 d，分别将孔石莼和赤潮异
弯藻培养于 4种不同的 N、P 限制培养条件下，分
别是：N、P 营养充足、N 限制、P 限制和 N、P 双限
制。 培养液中除了所限制的营养盐直接采用大洋
海水的本底外，其他营养盐按照 f/2 水平加富，其
他培养条件同上所述。 营养盐限制培养过程中，
每 6 d对非限制营养盐按照 f/2水平加富一次，以
保证非限制营养盐充足。
经过 30 d 不同营养水平的培养后，将 0.2 g4
种不同营养水平的孔石莼新鲜组织与 4 种不同
营养水平的赤潮异弯藻细胞 （微藻细胞接种密
度：2×105 cells·mL-1）两两组合，共同接种于 100 mL
玻璃锥形瓶内 40 mL 的培养液（N、P 采用大洋水
本底，其他营养盐按照 f/2 水平加富）中，共 16 种
组合。微藻单独培养作为对照，各个处理均设置 3
个重复，共 4×4×2×3＝96个实验单元。为了减少大
藻与微藻之间营养竞争对微藻生长的抑制作用，
实验仅进行 4 d。 每天定时晃动培养瓶 2次，以防
止微藻附壁生长。 每 2天对每个培养瓶微藻采样
1 mL， 用 Lugol’s 试剂固定， 并用血球计数板在
Olympus 光学显微镜下计数得到对照组和处理组
的微藻细胞密度。
1.4 数据处理和统计分析
本实验中，孔石莼对赤潮异弯藻的克制效果
用赤潮异弯藻生长抑制率 I表示。 微藻生长抑制
率 I（%）由下列公式计算得到：I=100（Hc-Ht）/Hc，
其中 Hc和 Ht分别表示样品对照组 （微藻单独培
养）和处理组（大藻和微藻共培养）赤潮异弯藻的
细胞密度。 本研究采用方差分析 （ANOVA）和
Tukey’s test 来检验各个处理间赤潮异弯藻生长
抑制率差异的显著性。
2 结果
2.1 N、P 营养充足时大藻对四种营养水平微藻
的克制效果
实验进行第 2 天时，N、P 营养充足的孔石莼
对营养充足、P 限制和 N、P 双限制的赤潮异弯藻
均有显著的（P<0.001）抑制作用，而对 N 限制的
赤潮异弯藻抑制作用不显著 （P>0.05）（图 1A，E，
I，M）。N、P营养充足的孔石莼对 N、P双限制的赤
潮异弯藻抑制率较其他组显著高（P<0.01），达到
了 90％左右。 微藻抑制率从高到低排列顺序为：
N、P 双限制>P 限制>N、P 营养充足>N 限制 （图
2A）。 实验第 4天时的抑制率排列趋势与第 2 天
基本一致，但表现为抑制作用的 3 组之间抑制率
的差别已经缩小，均达到 70％以上，而对 N 限制
的赤潮异弯藻则表现为显著的促进作用（P<0.01）
（图 2B）。
2.2 N 限制时大藻对四种营养水平微藻的克制
效果
实验进行第 2 天时，N 限制的孔石莼对营养
充足、P 限制和 N、P 双限制的赤潮异弯藻均有显
著的（P<0.001）抑制作用，而对 N 限制的赤潮异
金秋等. 不同 N、P营养水平对孔石莼克制赤潮异弯藻效果的影响 33
科 技 通 报 第 28卷
图 1 与不同营养水平（从左到右 4 列分别为：N、P 营养充足、N 限制、P 限制和 N、P 双限制）孔石莼共培养的不同营养水平
（从上到下 4 行分别为：N、P 营养充足、N 限制、P 限制和 N、P 双限制）赤潮异弯藻的生长曲线
（○微藻单独培养；●大藻微藻共培养）。 数据表示平均值±标准误（n=3）。
Fig.1 Growth curves of Heterosigma akashiwo of different nutrient levels （4 rows from top to bottom： N， P sufficient； N limited； P
limited and N， P both limited） co-cultured with Ulva pertusa of different nutrient levels （4 columns from left to right： N， P
sufficient； N limited； P limited and N， P both limited） （○ microalga mono-culture； ● microalga and macroalga co-culture）.
Data represent mean±SE （n=3）
培养时间/d
细
胞
密
度
/×
10
4 /m
l
34
第 3期
弯藻抑制作用不显著（P>0.05）（图 1B，F，J，N）。 N
限制的孔石莼对 P 限制的赤潮异弯藻抑制率较
其他组显著高（P<0.05），达到了 60％左右。微藻抑
制率从高到低排列顺序为：P 限制> N、P 双限制>
N、P营养充足>N 限制（图 2A）。 实验第 4 天时抑
制率排列顺序已经发生变化，成为：N、P 双限制>
N、P营养充足> P限制> N限制（图 2B）。
2.3 P 限制时大藻对四种营养水平微藻的克制
效果
实验进行第 2 天时，P 限制的孔石莼对营养
充足、P 限制和 N、P 双限制的赤潮异弯藻均有显
著的（P<0.01）抑制作用，而对 N 限制的赤潮异弯
藻则表现为显著的促进作用 （P<0.01）（图 1C，G，
K，O）。 P限制的孔石莼对 P限制的赤潮异弯藻抑
制率较其他组显著高（P<0.01），达到了 40％左右。
微藻抑制率从高到低排列顺序为：P 限制> N、P
营养充足> N、P双限制> N限制（图 2A）。 实验第
4 天时，抑制率排列顺序已经发生变化，N、P 双限
制组成为最高，达到了 90％左右。 表现为抑制作
用的 3 组之间抑制率的差别已经缩小，均达到了
图 2 不同营养水平的孔石莼在实验第 2 天（A）和第 4 天（B）时对不同营养水平的赤潮异弯藻的生长抑制率。
数据表示平均值和相应的标准误（n=3）
Fig.2 Growth inhibition rates of Heterosigma akashiwo of different nutrient levels by Ulva pertusa of different nutrient levels at Day
2 （A） and Day 4 （B）. Data represent average values （n=3） with corresponding error bars （1SE）
100
80
60
40
20
-20
-40
0
营养充足微藻 N 限制微藻 P 限制微藻 N、P 双限制微藻
营养水平
微
藻
生
长
抑
制
率
/％
营养充足孔石莼
N 限制孔石莼
P 限制孔石莼
N、P 双限制孔石莼
A
100
80
60
40
20
-20
-40
0
营养充足微藻 N 限制微藻 P 限制微藻 N、P 双限制微藻
营养水平
微
藻
生
长
抑
制
率
/％
B
金秋等. 不同 N、P营养水平对孔石莼克制赤潮异弯藻效果的影响 35
科 技 通 报 第 28卷
70％以上，而 N 限制组的促进作用也变得不显著
（P>0.05）（图 2B）。
2.4 N、P 双限制时大藻对四种营养水平微藻的
克制效果
实验进行第 2 天时，N、P 双限制孔石莼对营
养充足、P 限制和 N、P 双限制的赤潮异弯藻均有
显著的（P<0.01）抑制作用，而对 N 限制的赤潮异
弯藻则表现为显著的促进作用 （P<0.01）（图 1D，
H，L，P）。 N、P 双限制的孔石莼对 N、P 双限制的
赤潮异弯藻抑制率较其他组显著高 （P<0.05），达
到了 25％左右。 微藻抑制率从高到低排列顺序
为：N、P 双限制>N、P 营养充足>P 限制>N 限制
（图 2A）。 实验第 4天时的抑制率排列趋势与第 2
天基本一致，但表现为抑制作用的 3 组之间抑制
率的差别已经缩小，均达到 60％以上，而 N 限制
组的促进作用也变得不显著（P>0.05）（图 2B）。
2.5 四种营养水平的大藻对同一营养水平微藻
克制效果的差别
从图 2A 和 B 中可以看出，除了 N 限制组的
微藻外，4 种营养水平的孔石莼对 3 个同一营养
水平的赤潮异弯藻克制效果差别的总体趋势基
本一致。 营养充足的孔石莼对赤潮异弯藻的抑制
率最高，而 N、P 双限制的孔石莼对微藻的抑制率
最低，N限制和 P限制的孔石莼居于二者之间。
3 讨论
目前的一些研究表明，水生生物间的相生相
克作用也受到水域环境营养盐状况的影响［5-8］。一
种水生生物对其他水生生物的克生作用在营养
限制等胁迫条件下往往更加有效。 这种现象可能
有两个方面的原因：一方面是在营养限制条件下
克生物质的供体生物（donor organism）可能增加
其克生物质的产量，另一方面是克生物质的靶生
物（target organism）在营养限制条件下可能对供
体生物的克生物质更加敏感［9］。
3.1 N、P营养充足
本研究中，N、P 营养充足的孔石莼在 4 个营
养水平中对赤潮异弯藻的克制作用最强，这与我
们的预期不一致，也与上述的理论不一致。 这可
能是因为孔石莼在 N、P 充足的营养环境中生理
活动最旺盛，其克制赤潮异弯藻的克生物质产量
和释放量也最大。 N、P营养充足的赤潮异弯藻对
孔石莼的克生物质比较不敏感，这可能是因为赤
潮异弯藻在 N、P 充足的营养环境中具有较高的
生长率，弥补了由于孔石莼的克生作用所导致的
死亡率。
3.2 N限制
Johansson 和 Graneli［5］报道在 N 限制下生长
的赤潮微藻 Prymnesium parvum 溶血活性要比营
养盐丰富的对照组显著高 。 后来他们发现 P.
parvum 对 Thalassiosira weissflogii、Rhodomonas cf.
baltica 和 Prorocentrum minimum 的克生作用也与
其培养液的营养盐状况有关；N 缺乏的状态下其
克生作用很强，而在 N丰富的培养液中其基本没
有克生活性［12］。
在本研究中，N 限制的孔石莼对赤潮异弯藻
的克制作用较 N、P营养充足的孔石莼弱，而 N限
制下的赤潮异弯藻对孔石莼的克生物质耐受性
最强，N 或 P 限制的孔石莼在实验第 2 天甚至显
著促进了其生长。 这一方面可能是因为赤潮异弯
藻在 N限制下形成了休眠细胞［13］，从而增强了对
孔石莼克生物质的耐受性；另一方面在 N或 P 限
制下的孔石莼可能产生了 N 营养盐渗漏［14］，从而
促进了 N限制下赤潮异弯藻细胞的生长。
3.3 P限制
赤潮微藻 Prymnesium parvum 的溶血活性在
P 限制下也显著增强［5， 12］。 von Elert 和 Juttner［7， 8］
发现蓝细菌 Trichormus doliolum 在 P 限制下其克
生物质的产量大大增加。 P 限制下蓝细菌 Oscil-
latoria laetevirens克藻活性物质产量也增加［15］。
本研究中，P 限制的孔石莼对赤潮异弯藻的
克制作用也较 N、P 营养充足的孔石莼弱，而 P 限
制下的赤潮异弯藻对孔石莼的克生物质比较敏
感。 这可能是因为 P限制破坏了赤潮异弯藻细胞
正常的生理功能，导致了细胞对孔石莼克生物质
耐受力降低。
3.4 N、P双限制
不同的 N、P 比能够影响鞭毛藻 Chrysochro-
mulina polylepis ［6］和 Protogonyaulax tamarensis ［16］
毒素的产量 。 在 N、P 营养限制的条件下 ，C.
polylepis 和 P. tamarensis 的毒素产量往往显著增
加。
而在本研究中，N、P 双限制的孔石莼在 4 个
营养水平中对赤潮异弯藻的克制作用最弱，这表
明 N、P 可能是孔石莼产生克生物质的必要营养
36
第 3期
元素。 相反，N、P 双限制的赤潮异弯藻在 4 个营
养水平中对孔石莼的克生物质最为敏感，N、P 双
限制可能超过了赤潮异弯藻正常细胞和休眠细
胞对营养的最低需求，破坏了其生理功能，使其
对孔石莼克生物质耐受力降低。
3.5 海洋生态系统中大藻和微藻对 N、P 的营养
竞争与其克生作用的联系
生物间的竞争关系包括资源（营养盐、空间、
光照等）竞争和相生相克作用两个方面。 由于大
型海藻和海洋微藻在自身结构和营养动力学上
的差异，它们的竞争在不同的营养状态下有不同
的结果［17］。 大型海藻对营养盐的吸收速率较低，
生长率较低， 但是其体内具有较大的营养盐库，
而海洋微藻对营养盐的吸收速率较高，生长率较
高，但其个体内的营养盐库较小［2， 3］。因此，在同一
水域中相互竞争的大型海藻和海洋微藻间，大藻
可能处于 N、P营养充足的状态，而微藻则可能处
于 N、P双限制的状态。 根据本研究的结果，孔石
莼在 N、P 营养充足时对赤潮异弯藻的克制作用
最强，而赤潮异弯藻在 N、P双限制时对孔石莼的
克生物质最为敏感。 在这种情况下，孔石莼对赤
潮异弯藻的克生作用进一步加大了其通过营养
竞争所获得的优势，使得其更容易在与赤潮异弯
藻的竞争中取胜。
4 结论
本研究结果表明不同的 N、P 营养状况能够
显著影响孔石莼克制赤潮异弯藻的效果，这可能
也是自然海洋生态系统中，N、P 营养盐动态变化
引起大型海藻和微藻种群动态变化的原因之一。
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