全 文 ：第 33 卷 第 3 期 海 洋 学 报 Vol.33 , No.3
2011 年 5 月 ACTA OCEANOLOGICA SINICA May 2011
缘管浒苔和羽藻氮 、磷营养生理学研究
邵魁双1 ,巩宁2 ,李珂1 ,王宗灵3 ,李大成4
(1.国家海洋环境监测中心 , 辽宁 大连 116023;2.大连海事大学 环境系统生物学研究所 ,辽宁 大连 116023;3.国
家海洋局 第一海洋研究所 ,山东 青岛 266061;4.辽宁省海洋水产科学研究院 ,辽宁 大连 116023)
收稿日期:2009-06-19;修订日期:2011-01-26。
基金项目:海洋公益性行业科研专项(201105021);国家海洋局青年基金项目(2006114);国家“ 863”计划项目(2007AA09Z126);我国近海海洋
综合调查与评价专项(908-02-04-07)。
作者简介:邵魁双(1973—),男 ,辽宁省凤城市人 ,副研究员 ,博士 ,主要从事海藻生物学研究。 E-mail:k sshao@nmemc.gov.cn
摘要:以无性繁殖系为材料 ,开展了缘管浒苔和羽藻对 NO -3 , NH +4 和 PO 3-4 的吸收动力学 、生长动
力学研究。吸收动力学研究结果表明缘管浒苔和羽藻对 NO-3 和 PO 3-4 的吸收方式为主动运输 ,对
NH +4 的吸收方式为被动扩散 。缘管浒苔对 NO -3 的最大吸收速率(V max)、对 NH +4 的吸收斜率都大
于羽藻 ,说明缘管浒苔对高浓度的 NO -3 和 NH +4 具有更强的吸收能力。缘管浒苔吸收 NO-3 和
NH +4 的 a值远大于羽藻 ,说明在低营养盐浓度时 ,缘管浒苔对 NO-3 和 NH+4 的亲和力更强。在
PO 3-4 的吸收中 ,羽藻的最大吸收速率(Vmax)远大于缘管浒苔 ,说明羽藻对高浓度 PO 3-4 的吸收能
力更强 ,但缘管浒苔的 a值远大于羽藻 ,说明前者在低营养盐浓度时 PO 3-4 的亲和力更强。生长动
力学研究结果表明 ,硝酸氮是促进两种海藻快速生长的最适宜氮源形式 ,氨氮更易促进藻体叶绿素
的积累。在相同氮营养条件下 ,羽藻表现出比缘管浒苔更强的生长优势。
关键词:缘管浒苔;羽藻;NO-3 ;NH +4 ;PO3-4 ;吸收动力学;生长动力学
中图分类号:Q493.99 文献标志码:A 文章编号:0253-4193(2011)03-0131-09
1 引言
随着沿海人口增加 、工农业和海水养殖业的发
展 ,沿岸海洋生态系统富营养化现象已经成为日益
严重的世界性问题。近岸海域的富营养化 ,使海洋
生态系统的结构发生改变 ,致使生物多样性下降 ,海
洋灾害如赤潮 、生物入侵 、海洋疾病 、珊瑚礁退化等
频繁发生[ 1] 。绿潮是近些年来才出现的一种新型生
态灾害 ,最早出现于欧洲 ,随后在日本 、菲律宾等国
家也频繁爆发[ 2-4] , 绿潮在我国出现的较晚 , 但
2008年在青岛沿海高密度聚集的浒苔绿潮是至今
海域面积最大 、危害最为严重的一次。
绿潮(g reen t ide)是大型海藻爆发性生长繁殖
而造成的一种生态灾害 。在一般情况下 ,自然海区
分布的大型海藻(底栖海藻)营固着生活 ,生活史中
仅存在短暂的漂浮阶段(繁殖细胞释放)。由于大型
海藻在生长过程中需要从环境中吸收碳 、氮 、磷等营
养元素 ,因此 ,适度规模地开展经济海藻的养殖 ,可
以吸收水体中富余的营养盐 ,缓解近岸海洋生态系
统的压力[ 5] ,但有些种类 ,在脱离附着基后 ,仍能继
续生长 ,并在适宜的条件下 ,爆发性生长繁殖 ,而形
成绿潮 。绿潮的爆发是大型藻类对海洋环境中营养
盐浓度不断增加的一种响应 ,因此过量营养盐(尤其
是 N , P)的输入 ,是河口 、浅水 、内湾海域绿潮经常
发生的主要根源[ 6] 。容易形成绿潮的种类通常为机
会种 ,即它们对环境中营养浓度浓度增加敏感 ,能保
持较高的吸收速率和相应的生长速率 ,并且能将多
余的营养储存在体内 ,以保证在低营养情况下 ,仍能
保持较高的生长速率[ 7-8] 。开展大型藻类尤其是绿
潮藻类的营养 、生长生理学研究对于绿潮形成机理
的揭示 、绿潮灾害的监测和预警预报具有十分重要
的意义 。
缘管浒苔(Enteromorpha linza)又名长石莼 ,
隶属于绿藻门 、石莼目 、浒苔属 ,藻体机制为膜状体 ,
外部形态为叶状 ,藻体长度 15 ～ 30 cm ,两层细胞 ,
边缘为管状中空。缘管浒苔是广泛分布的世界种 ,
在河口 、排污口附近的潮间带常常形成优势种群 ,是
一种重要的绿潮藻。羽藻(Bryopsis plumosa)隶属
于绿藻门 、管藻目 、羽藻属 ,藻体机制为单细胞多核
体 ,藻体羽状分枝 ,长度 8 ～ 15 cm ,是黄渤海习见种
类 ,在我国广为分布。有关浒苔属营养学机制方面
的研究 ,国内还未见报道 ,国外 Barr 和 Rees研究了
3个不同营养环境的海区对肠浒苔组织氮 ,叶绿素
a、叶绿素 b 、谷氨酰胺 、天冬酰胺和氨同化特定吸收
速率的影响[ 9] ;Tay lor 和 Rees 报道了一种浒苔
(Enteromorpha sp)对氨同化的动力学曲线为饱和
动力学特征[ 10] ;Fong 等研究了在脉冲式营养供给
情况下 ,肠浒苔组织氮含量变化 ,有机氮的释放和生
长之间的关系[ 11] 。Cohen和 Fong 报道了肠浒苔在
高浓度 NO-3 、NH +4 同时存在的情况下 ,优先吸收
NH +4 [ 12] 。有关羽藻的营养学机制方面 ,目前还缺
乏系统的研究。本文选取了缘管浒苔和羽藻的无性
繁殖系为材料 ,对其 NO -3 , NH +4 和 PO 3-4 的吸收机
制 、吸收和生长动力学参数等进行了研究 ,以期为绿
潮爆发机制的揭示提供基础数据。
2 材料与方法
2.1 试剂和药品
试验所用试剂和药品均为国产分析纯。
2.2 材料的饥饿处理
试验所用材料为国家海洋环境监测中心海藻种
质库保存的缘管浒苔和羽藻无性繁殖系 ,试验前 ,对
供试材料进行饥饿处理 ,将材料置于氮(磷)限制的
海水中(预先用供试海藻吸收 1 周),连续饥饿培养
一周 ,每 3 d除氮(磷)外 ,补充其他营养成分 ,使缘
管浒苔和羽藻处于氮(磷)饥饿状态 。
2.3 海藻营养吸收动力学的测定方法
2.3.1 氮饥饿海藻无机氮的吸收实验
供试海藻的制备在实验前 24 h进行 ,以免愈伤
反应的影响。吸收用的海水基准液(无机氮的浓度
小于 5 μmo l/dm3)经过滤 、煮沸后 ,保存备用。取部
分藻体 ,于 80 ℃干燥至恒重后 ,测定两种海藻的干
重与湿重的比值 。
用 200 mL的烧瓶(含 100 mL 的培养液),称取
1 g 鲜重的海藻 , 在 0 ～ 100 μmol/dm3 N aNO 3
((NH 4Cl)范围内设 7个浓度梯度 ,另外设不放藻
的对照组 。每一浓度梯度的氮 、磷摩尔比为 10∶
1 ,并补充微量元素和维生素 。每组 3 个平行 。
吸收实验在光照培养箱中进行(温度变化幅度小
于±0.5 ℃)。实验时间为 30 min后 ,取水样测
定 NO -3 (NH +4 )的浓度 。
2.3.2 磷饥饿海藻对无机磷的吸收实验
操作与氮的吸收动力学相似 ,测定磷的吸收速
率 。在 0 ～ 20 μmol/dm3 KH 2 PO 4范围内设 7个浓
度梯度 ,吸收实验时间为 1 h。
2.3.3 营养盐吸收速率的测定和数据统计分析
氨氮的测定采用次溴酸钠氧化法 ,硝酸氮的测
定采用锌镉还原-重氮偶氮法 ,磷的测定方法采用
磷钼蓝分光光度法 。吸收实验结束后 ,根据营养盐
初始和最终浓度计算藻体对营养盐的吸收速率 。吸
收速率的计算公式如下:
v=(S始 —S末)×V/ t×b ,
式中 , v 为吸收速率[ μmol/(g ·h)] ;S始 ,S末分别为
起始和结束时 , 培养液中营养盐的浓度(μmo l/
dm
3);V 为培养液体积(L), t为实验进行的时间
(h);b为海藻的干重 。结果用 SPSS 进行统计分析 ,
进行曲线拟合 ,确定参数。
2.4 生长培养实验
称取(0.3±0.1)g 鲜重的藻体 ,用 250 mL 的
烧瓶(含 200 mL 的培养液),培养液为上述无氮海
水 ,添加相应浓度的营养盐 ,共设 6个浓度梯度组
0 ～ 100(150)μmo l/dm 3 NaNO 3(NH 4 Cl)。每一浓
度梯度中氮与磷(mol)之比为 10∶1 ,并补充微量元
素和维生素 。每组 3个平行 。生长实验在光照培养
箱中进行(温度设定为 20 ℃)。实验过程中每天定
时更换培养液。实验持续时间为 10 d ,实验结束后
吸水纸吸干藻体表面水分 ,称重。日特定生长率的
计算公式为:
SGR =[ (W t/W0)(1/ t)-1] ×100%,
式中 ,W 0为初始藻的鲜重 ,W t为实验结束时藻体的
鲜重 , t是实验持续的天数。
2.5 叶绿素的提取和测定
取 0.1 ～ 0.2 g 鲜藻于研钵中 ,加入少许提取液
丙酮乙醇混合液(丙酮∶乙醇=2∶1 ,再加入蒸馏水
配成 95%的混合液),少量碳酸镁 ,研磨提取 3 ～ 5次
至组织变白 ,合并提取液 ,然后过滤 ,定容至5 mL。
以丙酮乙醇混合液为空白 ,测所得液体在 645 nm和
663 nm的吸光度值(用 1.0 cm 的比色槽),然后利用
132 海洋学报 33 卷
下列公式计算提取液中叶绿素的浓度[ 13] :
Ca =12.7A 663 -2.69A 645 ,
Cb =22.9A 645 -4.68A 663 ,
Ca+b =Ca +Cb ,
式中 , Ca为叶绿素 a的浓度(mg/dm3), Cb为叶绿素
b的浓度(mg/dm 3), Ca+b为叶绿素总浓度(mg/
dm3),最后根据定容体积和藻体鲜重 ,计算每克鲜
藻叶绿素的含量(mg/g 鲜重)
2.6 可溶性糖的提取和测定
苯酚硫酸法测定海藻组织内部可溶性糖的含
量[ 14] 。
取已烘干的海藻粉末 ,称取 0.001 0 ～ 0.002 0 g ,
放入试管中 ,加入 5 ～ 10 mL蒸馏水 ,塑料薄膜封口 ,
于沸水中提取 30 min(提取 2次),提取液滤入 25 mL
容量瓶中 ,反复漂洗试管及残渣 ,定溶至刻度。取
0.5 mL ,用苯酚硫酸法测定其糖含量 ,含量以占干重
的百分比来表示。
2.7 组织蛋白含量的测定
取冻存的海藻组织 0.1 ～ 0.2 g ,在研钵中研磨 ,
并加入少量蒸馏水 ,调成匀浆后 ,以 3 000 r/mim 离
心 10 min ,取上清液定溶 10 mL ,然后取 1 mL 进行
蛋白的测定。蛋白含量的测定用考马斯亮蓝 G-
250染色法进行[ 13] ,含量以占干重的百分比来表示 。
2.8 数据统计与处理
用 Graphpad Prism 5.00软件对两种海藻氮营
养下特定生长率进行回归曲线分析 ,作图并求得相
关动力学参数。实验结果使用 SPSS15.0统计软件
进行方法分析 。各处理平均数间用邓肯方法(Dun-
can)进行显著性比较。
3 结果与分析
3.1 两种海藻硝酸氮(NO-3 -N)吸收动力学结果
两种海藻对 NO -3 的吸收动力学参数见表 1 ,吸
收动力学曲线见图 1。结果表明两种海藻对 NO-3
的吸收均呈现饱和吸收动力学特征(P <0.05),即
在低浓度范围内 ,吸收速率随营养盐浓度的升高而
升高 ,当营养盐达到一定浓度 ,吸收速率趋于稳定。
说明缘管浒苔和羽藻对 NO -3 和 PO 3-4 的吸收属于
主动吸收。
缘管浒苔对 NO -3 的 Vmax为 30.91 μmol/(g ·
h),远高于羽藻[ 12.28 μmo l/(g · h)] , 差异显著
(P<0.05)。对于 K s值 ,两种海藻差异不显著(P<
0.05)。但缘管浒苔的初始斜率 a(V max/K s)值几乎
为羽藻的 4倍。
表 1 两种海藻对不同营养盐的吸收动力学参数(平均值±标准差)
营养源 海藻种类 V max/μm ol · g -1· h -1(dw)
K s
/μmol· dm-3
a
(Vm ax/ K s) R
2
NO-3 缘管浒苔 30.910±0.880b 3.498±0.530a 8.836 0.963 0
羽藻 12.280±0.381a 4.984±0.860a 2.263 0.953 2
NH +4 缘管浒苔 1.665·S - - 0.986 5
羽藻 1.219·S - - 0.985 4
PO3-4 缘管浒苔 4.213±0.136a 0.904±0.223a 4.659 0.956 1
羽藻 10.56±0.4312b 7.300±0.976b 1.447 0.975 0
注:1.S 表示水体中对应的营养盐浓度。 2.同一营养盐和参数的不同物种 ,不同字母表示差异显著(P<0.05)。
3.2 两种海藻氨氮吸收动力学结果
两种海藻对NH+4 的吸收动力学参数见表 1 ,吸
收动力学曲线见图 2。在试验浓度范围内 ,缘管浒
苔和羽藻吸收 NH +4 的速率呈线性升高 ,表现为直
线特征(P<0.000 1),说明在本实验条件下 ,两种海
藻对 NH +4 的吸收方式为被动扩散 ,但缘管浒苔的
斜率(1.665)高于羽藻(1.219)。
3.3 两种海藻磷吸收动力学结果
两种海藻对PO3-4 的吸收动力学参数见表1 ,PO3-4
吸收动力学曲线见图 3。在试验浓度范围内 ,两种海藻
对 PO3-4 的吸收均呈现类似饱和吸收动力学特征(P<
0.05);说明缘管浒苔和羽藻对 PO3-4 的吸收属于主动
吸收。其中 ,羽藻最大吸收速率可达 10.56μmol/(g ·
h)(dw),大于缘管浒苔(4.213 μmol/(g ·h))(dw),并
且差异显著(P<0.05)。对于 Ks值 ,羽藻的 K s值显著
大于缘管浒苔的K s值(P<0.05)。缘管浒苔 PO3-4 吸
收动力学曲线初始斜率 a(Vmax/ Ks)为 4.659 ,远大于
羽藻(1.447),差异显著(P<0.05)。
1333 期 邵魁双等:缘管浒苔和羽藻氮 、磷营养生理学研究
图 1 两种海藻硝酸盐吸收动力学曲线
图 2 两种海藻氨吸收动力学曲线
图 3 两种海藻磷吸收动力学曲线
3.4 缘管浒苔和羽藻生长动力学及氮源浓度对其
生化组成的影响
3.4.1 缘管浒苔和羽藻不同氮源下生长动力学及
参数
试验浓度范围内 ,氮源与两种藻类的特定生长
率之间呈现类似于 Monod方程的关系 ,
μ=Gmax ×S/(K s +S)+b ,
式中 , μ代表特定生长率 , s为外界氮的浓度 ,b表示
背景生长率值 , Gmax代表相对于背景值的最大净生
长率 ,K s表示半饱和常数 。与传统的 Monod 方程
不同的是 ,动力学曲线多了一个较大的背景生长率
值 ,即大型海藻在无外界氮营养供应时的生长率 。
图 4 缘管浒苔和羽藻氮营养生长动力学
表 2 缘管浒苔氮营养生长动力学参数(平均值±标准误差)
氮源 背景生长率 b(%)(d) 最大净生长率 Gmax(%)(d) K μ/μmol R2
硝酸氮 缘管浒苔 3.51±0.61 10.41±0.70 20.73±6.51 0.987 7
羽藻 2.38±0.60 13.75±0.65 17.12±4.01 0.970 0
氨氮 缘管浒苔 3.92±0.41 6.97±0.54 26.24±8.72 0.930 4
羽藻 2.52±0.46 11.72±0.44 15.55±3.07 0.979 2
134 海洋学报 33 卷
生长动力学参数见表 2 ,动力学曲线见图 4 ,在
缘管浒苔中 , 硝酸氮培养下 , Gmax 为(10.41 ±
0.70)%;氨氮培养下仅为(6.97±0.54)%,差异显
著(P <0.05)。相应培养条件下 ,背景生长率分别
为(3.51±0.61)%和(3.92±0.41)%,差异不显著
(P>0.05)。对于 K μ值 ,硝酸氮培养下为(20.73±
6.51)μmol ,氨氮培养下则为(26.24±8.72)μmol ,
差异显著(P <0.05)。
羽藻在硝酸氮培养下 Gmax为(13.75±0.65)%,
在氨氮培养下为(11.72±0.44)%,二者差异显著
(P <0.05)。相应培养条件下 ,背景生长率分别为
(2.38±0.60%)和(2.52±0.46%),但差异不显著
(P >0.05)。对于 Kμ值 ,硝酸氮培养下为(17.12±
4.01)μmol ,氨氮培养下为(15.55±3.07)μmol ,二
者差异不显著(P >0.05)。
图 5 硝酸氮对缘管浒苔和羽藻生长和生化组成的影响
图 6 氨氮浓度对羽藻生长和生化组成的影响
3.4.2 氮源浓度对缘管浒苔和羽藻生化组成的影响
叶绿素含量是叶绿素 a和叶绿素 b 的总量 ,培
养过程中对照组缘管浒苔和羽藻的藻体颜色和叶绿
素逐渐降低 ,实验结束时藻体呈淡黄绿色 ,叶绿素含
量只有(0.411±0.035)mg/g 和(0.372±0.015)
mg/g ,说明在低硝酸氮情况下 ,叶绿素中的氮被释
放出来 ,以满足生长的需要。而实验组中 ,两种海藻
都表现为在低浓度情况下 ,随着介质中硝酸氮浓度
增加 ,生长速率快速增加 ,同时叶绿素含量快速提
高 、可溶性糖的含量急速下降 ,高浓度下各项指标趋
于稳定 。但在试验浓度范围内 ,组织蛋白含量变化
趋势平缓。与羽藻相比 ,缘管浒苔叶绿素 、组织蛋白
增加量和可溶性糖含量明显高于前者 ,但特定生长
速率却低于羽藻(图 5)。
氨氮培养下 ,缘管浒苔和羽藻的变化趋势与硝
酸氮培养情况类似 。但氨氮培养情况下 ,两种海藻
的叶绿素含量明显高于硝酸氮培养下的叶绿素含
量 ,且各浓度下差异显著(P<0.05)(图 6)。
1353 期 邵魁双等:缘管浒苔和羽藻氮 、磷营养生理学研究
4 讨论
4.1 两种海藻氮 、磷吸收机制
在自然海区中 ,缘管浒苔在潮间带尤其是排污
口附近很容易形成优势种群 ,而羽藻则通常生长在
中潮带的石沼中或低潮区的岩礁上 ,生物量较低 ,为
少见种。本文结果显示 ,两种海藻对 NO-3 ,NH +4 和
PO 3-4 的吸收机制是一样的 ,即对 NO -3 和 PO3-4 的
吸收属于主动吸收 ,对 NH +4 的吸收对机制为被动
扩散 。在近岸海洋环境中 ,硝酸盐在海水中是相对
稳定的氮源存在形式 ,如果通过主动运输方式吸收
NO-3 ,就可以使海藻在较低浓度下富集氮源 ,在体
内储存 ,待营养缺乏时再从氮库中释放出来 ,加以利
用。因此 ,在贫营养海域 ,对 NO -3 吸收能力的差异
将是决定海藻生长和分布的重要因素。这种吸收机
制在已研究的大型海藻中是普遍存在的[ 15-20] 。在
自然界中 ,NH +4 往往是机会性氮源 ,常常是外界突
然注入的 ,大型海藻对 NH +4 的吸收 ,是与 NH+4 本
身特殊性相关的。通常 ,NO -3 吸收进入细胞后 ,会
进入氮库 ,利用时必须先还原为 NH+4 ,而 NH+4 吸
收后可直接被同化[ 21] ,可以节省很多能量用于生长
或其他能量消耗的需要 ,所以 NH +4 对于海藻来讲
是比较经济的 ,所以其吸收方式也会以最快速的方
式进行。线性吸收方式有利于缘管浒苔和羽藻对
NH
+
4 的吸收 。
需要指出的是 , 在吸收动力学参数中 , Vmax 和
K s是最重要的两个参数 ,二者由吸收动力学曲线分
析获得 ,代表了海藻在高浓度和低浓度介质中营养
吸收能力 。然而 Vmax通常不能直接用来比较物种吸
收营养盐能力的大小 ,因为 Vmax受藻体本身的生理
状态和培养时间等因素影响[ 22] 。但本文中 ,实验材
料采用的无性繁殖系(关于海藻无性繁殖系的构建
和培养方法 ,邵魁双曾做了详细的阐述)[ 23] ,培养条
件恒定 ,生理状态和生长状况稳定 ,因此 ,实验材料
不存在藻体年龄 、环境适应和杂藻干扰等问题 ,且试
验处理方式一致 ,所以 Vmax可以用来比较它们之间
对高浓度营养盐最大吸收能力。a 值即 V max/K s常
用来评价海藻的营养竞争能力 ,也可以表示海藻对
水体里低浓度营养盐的亲和力 ,直线吸收的就用斜
率来直接表示。
两种海藻之间 ,缘管浒苔对 NO -3 的 Vmax远远
大于羽藻 ,说明在高浓度下 ,缘管浒苔具有更强的吸
收能力。对于 NH +4 ,缘管浒苔的吸收斜率较大 ,说
明高浓度 NH +4 存在时 ,缘管浒苔显示出较强的吸
收能力 。缘管浒苔对 NO -3 , NH +4 的 a 值远大于羽
藻 ,说明在低营养盐浓度时 , 缘管浒苔对 NO -3 ,
NH +4 的亲和力更强 ,竞争能力更高。对于 PO 3-4 的
吸收 ,羽藻的 V ma x远大于缘管浒苔 ,说明羽藻在高
浓度 PO 3-4 的吸收中表现出较大的优势;但缘管浒
苔的 a值远大于羽藻 ,说明前者在低营养盐浓度时
PO
3-
4 的亲和力更强 ,竞争能力更高 。上述结果表
明 ,无论是在营养盐浓度较高的河口区域还是贫营
养海域 ,缘管浒苔都表现出了比羽藻更强的营养盐
吸收能力 。需要说明的是 ,缘管浒苔对 PO 3-4 的
K s为(0.904 ±0.223)μmol ,与近岸海水中 PO3-4
的浓度相当(1997-2006 年南黄海秋季 PO 3-4 的
浓度为 0.17 ～ 0.42 μmol/dm3之间 ,年际平均值为
0.31 μmol/dm3)[ 24] ,说明 P 可能不会成为缘管浒
苔生长的限制因子 , 但羽藻的 K s为(7.300 ±
0.976)μmol ,远高于缘管浒苔和近岸海水中 PO3-4
的浓度 ,说明磷可能成为羽藻生长的限制因子。
4.2 氮源对两种海藻生长的影响
尽管很多海藻对 NH+4 -N 的吸收速率要比
NO
-
3 -N 大 , 并存在优先吸收 NH +4 -N 的现
象[ 2 5] ,但两种氮源形式对海藻的生长效应却存在差
异 ,徐永健等报道两种氮源形式—氨氮和硝酸氮对
龙须菜生长无明显差异[ 26] ,而黄鹤忠等报道细基江
蓠在硝酸氮下的最大生长 率比氨氮下高出
15.1%[ 27] ,本文中 ,缘管浒苔和羽藻在硝酸氮培养
的特定生长率明显高于氨氮培养的特定生长率 ,表
明硝酸氮是促进两种海藻快速生长的最适宜氮源形
式 。而高浓度的氨氮 ,对二者生长具有抑制作用 ,这
一点与细基江蓠类似[ 25] 。另外 ,在两种氮源下 ,羽
藻的最大净生长率(Gmax)显著高于缘管浒苔。而
K μ均小于缘管浒苔 ,尤其是在氨氮培养下 ,远远小
于后者 ,说明羽藻对营养盐的亲和能力或者利用效
率高于缘管浒苔 ,因此 ,不需较高浓度就能达到最大
生长速率。
Pede rsen和 Bo rum 在对四种速生大型海藻和
2种慢生藻的营养吸收能力与生长能力进行比较研
究后 ,认为生长半饱和常数与吸收半饱和常数之比
(K μ/ K s)可以作为评价海藻对环境中营养压力敏感
程度的指标 ,比值越低表明该种越适合在低营养浓
度下生长 ,相反 ,表明该种的生长更容易受到低介质
浓度的限制[ 28] 。本文中 ,由于铵盐呈线性吸收 ,不
存在 Ks ,无法进行比较 。在硝酸盐介质中 ,缘管浒
136 海洋学报 33 卷
苔的 K μ/K s值为 5.92 明显大于羽藻的 3.43 ,说明
前者的生长更容易受到低浓度硝酸盐的限制 。
在自然环境中 ,缘管浒苔为优势种群 ,藻体长度
明显高于羽藻 ,这可能受到两方面因素的影响 。一
是环境因素 ,在温带海域 ,缘管浒苔对温度 、盐度等
环境条件的适应能力比羽藻强 ,因此生长期长;二是
两种海藻自身的因素 ,即在自然条件下 ,两种海藻都
是在附着状态下生存的 ,由于极性的存在和基因的
调控(物种特有的形态建成机制),藻体各个部位细
胞的生长受到限制 ,以维持特有的藻体形态和个体
大小[ 29-30] 。但本文中 ,在相同营养条件下 ,羽藻却
表现出比缘管浒苔更强的生长优势 ,原因可能有两
点:一方面是因为本试验中采用的是无性繁殖系 ,是
在离体条件下进行继代培养的 ,由于失去了极性的
控制 ,藻体形态建成机制的调控丧失 ,藻体内各细胞
之间的束缚降到最低 ,生长能力得到最大限度的发
挥;另一方面 ,由于羽藻藻体形式为简单的多核体结
构 ,即藻体只有一个公共的外壁 ,丝状体内部只进行
细胞核分裂而不产生细胞壁 ,在生长过程中细胞壁
建构最少 ,因此可以将物质和能量更多的用于细胞
的分裂 ,从而表现出更快的生长速度。而缘管浒苔
为膜状体 ,生长过程中要耗费大量的物质和能量用
于细胞壁的形成和组织结构的构建。由此可见 ,藻
体极性的丧失可能是大型藻类暴发性生长的必要条
件 ,而适宜的环境则可能是充分条件 。2008年浒苔
绿潮爆发时 ,漂浮的浒苔也都是处于失去极性的状
态 ,由于形态建成机制的失控和环境条件的适宜 ,细
小的分枝过度生长 ,掩盖主枝 ,导致原有的典型形态
丧失 ,从而形成絮状的漂浮群体。因此 ,本文采用的
无性繁殖系材料 ,更接近于绿潮爆发时藻体的状态 。
与缘管浒苔相比 ,羽藻无性繁殖系表现出的生长优
势表明 ,在适当的条件下羽藻也存在爆发性生长形
成绿潮的可能。
4.3 两种海藻对氮源的利用
当外界营养盐浓度较高时 ,多数大型海藻具有
储存大量营养盐的能力 ,海藻组织中具有丰富的无
机 、有机氮库 ,过量吸收的氮都储存在库中 ,贮存形
式为生物代谢物质 ,如组织氮(包括构成细胞结构成
分)、叶绿素 、藻胆蛋白 、酶类 ,氨基酸等[ 31] 。本文结
果表明 ,随介质中营养盐浓度的升高 ,组织蛋白含量
的变化很平缓 ,而叶绿素含量的变化却非常剧烈 ,由
此推测叶绿素可能是缘管浒苔和羽藻积累多余氮的
主要氮库。与硝酸氮相比 ,氨氮更易促进叶绿素的
积累 ,这可能由于硝酸氮吸收后必须先经过几步还
原过程 ,转变为氨氮后再参加代谢 ,而氨氮吸收后可
以直接参加代谢过程[ 20] ,另外 ,较高浓度的氨氮对
藻体本身有毒害作用 ,能减缓藻体的生长 ,而转化为
叶绿素则可以减轻氨氮的不利影响。叶绿素的增加
会加快光合作用的速度 ,促进生长 ,同时叶绿素蛋白
也是储存氮的有效氮库 。因此叶绿素的累积能力应
该作为绿藻氮营养富集能力的一个重要指标。尽管
羽藻在生长方面具有优势 ,但缘管浒苔对叶绿素的
积累能力却高于前者。
结语:缘管浒苔是世界范围内公认的绿潮藻 ,在
亚洲 、欧洲海域均引发了不同程度的绿潮 。本文结
果表明缘管浒苔在 NO -3 , NH +4 和 PO3-4 的吸收能
力 、营养盐的转化和积累方面具有较强的能力 ,揭示
了其爆发性生长的生理学基础。羽藻在营养盐的吸
收和积累能力上虽然不如缘管浒苔 ,但在生长方面
却存在优势 ,也存在爆发性生长的可能性 。另一方
面 ,如果将两种海藻用于可控水体的修复 ,可能会取
得很好的效果。
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138 海洋学报 33 卷
Nitrogen and phosphorus nutrition physiology of Enteromorpha linza and
Bryopsis plumosa (Cholorophyta)
SHAO Kui-shuang 1 , GONG Ning2 , LI Ke1 , WANG Zong-ling3 , LI Da-cheng4
(1.National Marine Environmental Monitoring Center , Dalian 116023 , China;2.I nstituteo f Env ironmental Sy stem Biolo-
gy.Dalian Marinetime University , Dalian 116023 , China;3.F irst Institute o f Oceanography , S tate Oceanic Administra-
tion , Qing dao 266061 , China;4.Liaoning Ocean and Fisheries S cience Research Institute , Dalian 116023 , China)
Abstract:The studies on the uptake and g row th kinetics of NO -3 , NH +4 和 PO 3-4 N in the clone o f Entero-
morpha linza and Bryopsis plumosa were conducted.The re sults suggested that NO -3 and PO 3-4 were
taken up in the fo rm of active uptake by the two alg a , w ith N H+4 taken up by passive diffusion.The pa-
rameters o f Vmax and st raight slope for E linz a were higher than that fo r B.plumose , which suggested that
E.l inza could be mo re favo r to high N than B.plumosa.Moreover , the value of a(Vmax/K s)for NO -3 and
NH +4 in E.linza was obviously higher than that in B.plumosa , which showed that E.linz a could have
mo re approachabi li ty to low N than B .p lumosa.As fo r the uptaken of PO 3-4 , E.linza may have higher P
uptake capacit ies at high P and low er appro achability to low P than B .plumosa due to the higher Vmax and
low er a than B .plumosa.NO -3 is the most favo rite N form to meet the g row th fo r bo th species , while
NH +4 i s more object to increase the accumulation o f chlo rophy ll than NO -3 .In addi tion , B.plumosa exhib-
i ted higher grow th rate than E.l inz a under same N condi tion.
Key words:Enteromorpha linza;Bryopsis plumose ;NO -3 ;NH+4 ;PO 3-4 ;uptake kine tics;g row th kine tics
1393 期 邵魁双等:缘管浒苔和羽藻氮 、磷营养生理学研究