全 文 ：第 25卷　第 2期 台 湾 海 峡 Vo.l 25, 　No. 2
　2006年 5月 JOURNAL OF OCEANOGRAPHY IN TA IWAN STRA IT M ay, 2006
收稿日期:2005-08-13
基金项目:宁波市博士基金项目(2005A610025);宁波市科技项目(2004610028);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.
氮素营养对龙须菜生长及色素组成的影响
徐永健1 ,钱鲁闽 2 ,王永胜 2
(1. 宁波大学生命科学与生物工程学院 ,浙江 宁波　315211;
2. 国家海洋局第三海洋研究所 ,福建 厦门　361005)
摘要:在不同氮浓度及不同化合态氮条件下 ,探讨了龙须菜藻体的色素组成变化特
性.结果为:不同化合态氮对龙须菜生长速率的影响差异不大 ,对藻体中藻红素含量
的影响却差异显著;不同浓度氮 (N)对龙须菜生长率的影响与所添加的氮浓度成正
比 ,试验前期藻红素含量变化也是如此 ,但藻体中色素含量积累到一定浓度时就不再
增加;另从藻红素与叶绿素 a含量比值看 ,藻红素的增加主要是作为龙须菜体内氮贮
存物质存在的.
关键词:发育生物学;色素组成;藻红素;叶绿素;氮营养;龙须菜
中图分类号:180. 27　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1000-8160(2006)02-0222-07
氮是海藻中除 C、H、O外含量最丰富的元素 ,海藻体中的含氮化合物种类很多 ,其中作为
氮储存物较重要的有:蛋白质 、氨基酸和藻体色素[ 1] . 海藻从环境中吸收大量的氮 ,主要以
NH4-N及 NO3-N的形式吸收 , NO3-N需还原为 NH4-N才能为藻体所同化 ,其利用的主要途径
是通过转氨作用成为氨基酸 ,再合成蛋白质及其它的含氮有机物.海藻 (包括大藻和微藻)在
富氮环境中 ,会吸收过量的氮 ,并在体内储存 ,当环境中缺乏氮源时 ,体内的氮库就会慢慢释放
出来 ,供应海藻生长及生理需求.一般来说 ,藻类色素总是先于其它氮储存物被吸收利用[ 2, 3] .
江蓠属海藻龙须菜 (Graci laria lemaneiform is)拥有大的氮储存库[ 1] . 其中藻体色素主要
有叶绿素和藻胆素两种 ,藻体中色素含量的多少 ,直接影响到藻类光合作用的强度和光合产物
的产量 [ 4] .当环境缺氮时 ,藻体内的色素含量下降 ,藻体出现 “黄化 ”现象 ,光合同化效率下
降 [ 1] .但是 ,在该过程中龙须菜是如何通过体内的一些氮储存物质来调节氮的吸收和利用问
题 ,以及藻体内各氮库之间的相互转换关系等等未见报道.本文是在龙须菜生长适宜环境因子
下 ,考察不同化合态氮及不同氮浓度下龙须菜的氮营养特性 ,从而进一步探讨龙须菜的氮吸收
和利用机制 ,以期为更好地了解龙须菜作为富营养化污染海水修复植物的机制 ,以及更好地应
用于养殖现场的污染修复提供参考.
1　材料与方法
1. 1　实验海藻的来源与预培养
试验用龙须菜来自福建东山县西埔湾海区吊养的筏式藻架 ,带到厦门后 ,选择健康藻体 ,
除去表面附着杂藻 ,用过滤海水冲洗干净 ,移植到光照培养箱中 ,加富 N、P海水 (N、P终浓度
分别为 100、8μmo l /dm3 ,微量元素等用 f /2配方 ),盐度 30,光强 120 lx /(m 2 s),光暗周期
　2期 徐永健等:氮素营养对龙须菜生长及色素组成的影响
12∶12,温度 21±0.5℃中暂养 ,期间每隔 2d添加营养盐 1次 ,每天不定时搅水 4 ～ 6次;在实验
开始前 1星期 ,去除叶状体的主茎 ,把藻体分成 0.1 ～ 0.5g大小备用.
1. 2　实验方法
试验设 3个系列 ,各系列的氮源分别为:硝酸氮 、氨氮 、硝酸氮 +氨氮(1∶1),各氮源分别设 3
个浓度梯度:低 N水平(<5μmo l /dm3)、中 N水平(30μmo l /dm3)、高 N水平 (200μmo l /dm3).
试验容器为 6dm 3玻璃水簇缸 ,加入 4dm3培养介质 (低水平处理介质是经海藻吸收的低
营养盐海水 ,经 0. 22μm滤膜过滤 ,备光保存;其它处理介质用 0. 22μm滤膜过滤备用),试验
光强为 160lx /(m2 s),培养液 N∶P比为 10∶1,其余条件同预培养.
1. 3　营养盐的测定及添加
介质中氮营养盐的测定 ,参照 JOGFS REPORT No.19上推荐的方法 [ 5] .试验分两阶段:前
一阶段为试验前 8d,每天测定营养盐 ,计算介质中 N营养消耗量 ,而后重新添加使介质中 TIN
回复到实验初始浓度;后一阶段为第 9天到试验结束 ,不再添加 N盐 ,由海藻吸收和消耗介质
及藻体内 N至各处理介质中的 N检测不出后停止测定.
1. 4　藻红素及叶绿素的测定
藻红素　用去离子水快速冲洗藻体 ,吸干水分 , 取一定量 (约 0. 3g)的藻体 , 加 1cm3
0. 1mol /dm的磷酸缓冲液(pH =6.5),在 4℃下 ,用研磨器研磨破碎 ,再用磷酸缓冲液清洗研磨
器 ,并定容到 6 cm3 ,用冷冻离心机 4 000r /m in 4℃离心 20m in,取上清液 ,以磷酸缓冲液作参
比 ,于 565nm处测定吸光值.用下列公式计算龙须菜中藻红素 (PE)的含量 [ 10- 3(m m/ )] :
PE =12. 4 ×A565 Ve /(I W ×1 000)
式中:12.4为藻红素吸收系数的倒数;A565为藻红素在 565nm处的吸光值;Ve为萃取液 (磷酸
缓冲液 )的体积(6 cm3);I为比色皿的光径 (cm);W为所取藻体的鲜重(g).
叶绿素　将上述用于测定藻红素的离心沉淀物质取出 ,加入 5cm3 DMF(二甲基甲酰胺 ),
4℃萃取 24h, 6 000 r /m im离心 10m in后 ,读取 625、647、664和 750nm处的吸光值 ,用 DMF作
为参比.叶绿素 a含量 [ 10-3(m m/ )]的计算公式为:
ρ(Ch l-a) =[ 12. 65(A664 - A750) - 2. 99(A647 - A750) - 0. 04(A625 - A750)] Ve /(I W ×1 000)
其中:A750、A664、A647、A625分别为波长 750、664、647、625nm处的吸光值;Ve为萃取液 (DMF)的体
积 (5cm3);I为比色皿的光径(cm);W为所取藻体的鲜重(g).
1. 5　藻体生长速率测定
试验前阶段 ,每隔 2 ～ 3d称重龙须菜 ,计算生长速率(SGR);后阶段 (第 9天后),当介质中
检测不出营养盐后 ,每 7d 1次.每次称量后 ,再取出一定量的海藻 (0. 1 ～ 0. 5g)用于藻红素的
测定 ,然后重新称出与初始相同量海藻(6. 0g)放回继续试验. 其余的在 60℃下烘干 24h,研磨
成粉沫状用于总蛋白测定 (考马斯亮蓝法 ).藻体生长速率(SGR)按以下公式计算:
SGR(% /d) =[ (W t W/ 0)(1 /t) - 1] ×100
其中:W0为初始时刻龙须菜鲜重(g),W t为 t时刻龙须菜鲜重(g), t为 2次测定间隔时间(d).
1. 6　统计分析
采用 SPSS软件进行分析及多重比较.
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台 湾 海 峡 25卷
2　结果与分析
2. 1　不同氮素营养下的龙须菜生长情况
相同环境条件下 ,不同的氮浓度对
龙须菜生长影响的差异是很显著的 (图
1),生长在高浓度氮中龙须菜的生长速
率比在低浓度氮中要大得多 ,也比中 N
浓度要大 (两者间差异极显著 P <0.
001). 其中试验前阶段环境 N源维持较
稳定的情况下 ,不同处理中龙须菜的生
长速率波动不大 ,差异保持显著;停止加
N后阶段 ,龙须菜仍持续了一段时间 (6
～ 15d)的快速生长 ,然后转入慢生长阶
段.从图 1看出 ,至 4月 30日 ,三者间的
生长速率的差异已不显著 (P >0. 05).
而在相同氮浓度下 ,不同化合态 N
对龙须菜的生长速率影响也是不一样的. 这从图 1中也能看到 ,各曲线上各点的标准差都比较
大 ,这是不同化合态 N对龙须菜生长差异造成的.这种情况在高浓度氮处理中差异尤为明显 ,
其中添加 NH 4-N的高 N处理中龙须菜的生长速率略大于添加 NO3-N的高 N处理 ,也大于添
加 NH4-N +NO3-N的高 N处理 ,而在后两者的比较中 , NH4-N +NO 3-N处理也比 NO 3-N的处理
要稍大一些 ,尽管这些差异都没有达到显著程度(P >0. 05).
2. 2　藻红素变化
2. 2. 1　不同浓度 N　从图 2看 ,在相同环
境条件下 ,不同的 N浓度对龙须菜藻体藻
红素含量的影响是不同的. 低 N处理 ,藻
红素随着培养时间增加而逐渐减少;在中
N及高 N处理试验前一阶段 ,由于介质 N
浓度基本保持稳定 ,藻体藻红素含量先是
逐渐增加 ,而后保持一稳定浓度 ,介质中
的 N浓度越高 ,藻体中的藻红素含量越
大 ,不同氮浓度对藻红素含量的影响显著
(P <0. 01);到后一阶段时 ,在不再对介质
追加营养的状态下 ,藻体的藻红素含量才
逐渐下降 ,至试验结束时 ,各处理间差异
已不显著(P >0. 05).
2. 2. 2　不同化合态 N　不同化合态 N对
龙须菜的藻红素含量的影响差异也是不一样的. 如图 3所示 ,添加 NH 4-N的处理相对来说不
如其它处理的海藻的藻红素含量来的高 ,而加NH4-N +NO3-N处理的藻红素也不如只添加
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　2期 徐永健等:氮素营养对龙须菜生长及色素组成的影响
NO 3-N处理的;生长在高 N浓度中的龙须菜所含的藻红素比生长在低氮浓度中的要大得多 ,
也比中 N的要大 ,这可以从图 3中 N处理中藻红藻的升高值不如高 N处理的得到证明.试验的前
阶段 ,每天添加 N源的情况下 ,不同处理中的龙须菜所含的藻红素逐渐升高;停止加 N源后 ,藻红素
慢慢下降 ,中 N处理至 4月初 ,三处理间的藻红素含量的差异就不显著了(P >0. 05),高 N处理至 4
月 12日左右 ,三者间也已不存在差异了(P >0. 05).
2. 3　藻红素
2. 3. 1　叶绿素比值变化　图 4显示 ,各处理间龙须菜所含的叶绿素 a浓度无显著差异 (P >
0. 05),且在整个试验中藻体内的叶绿素 a浓度基本保持不变.从图 4(b)藻红素 (PE)∶叶绿素
a(Chl-a)比值看 ,低 N水平的处理明显地要低于其余的两个处理 ,尤其在试验的前阶段 ,介质
中的 N浓度较高时显得更为清楚 ,在试验的后阶段 , 3个 N梯度中两者比值间尽管在量上还略有
差异 ,但其变化趋势基本上是相似的;此外 ,还可以看出 ,藻红素(PE)∶叶绿素 a(Chl-a)含量比值的
变化趋势与藻体中藻红素含量(图 2)的变化趋势基本相同 ,与海藻生长速率(图 1)间也有一定的相
似.
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台 湾 海 峡 25卷
3　讨论与结论
在自然状况下海藻的生长受到环境因子以及营养盐因子的调节与影响 ,同时这些因子也
对海藻体内的生化组分(如色素 、蛋白质等 )的生成和消耗也有重要的影响 [ 6] ,目前的工作主
要涉及微藻方面的较多[ 7 ～ 9] ,对大型海藻的研究较少[ 10, 11] ,而考虑营养盐因子以及不同化合
态氮源对藻体色素组成的影响研究还未有报道.
3. 1　N对海藻生长的影响
本试验中 ,在相同的条件下 ,龙须菜的生长速率随着介质中的 N浓度增加而增加 ,这是因
为环境中的营养浓度的上升使得藻体利用营养生长的一系列生理过程的底物浓度升高了 ,因
而在一定的范围内海藻的同化作用增加 ,促进生长的加快.如真江蓠 (G. a siatica)和圆扁江蓠
(G. tikvah iac)在营养盐浓度较高的情况下 ,光合速率增加 ,生长也增加 [ 2, 6, 12 ～ 15] .
不同化合态氮(NH4-N、NO 3-N)对龙须菜生长的影响 ,尽管两者间略有不同 ,氨氮营养下龙
须菜生长速率的平均值比硝酸氮稍大一点 ,但相同浓度的不同化合态氮间经方差分析 ,差异是不
显著的(P >0.05),即氨氮和硝酸氮对龙须菜生长的影响是没有差异的 ,这与很多文献报道相一
致 [ 13 ～ 15] .而加 NO3-N的处理海藻生长速率略低 ,这可能是由于海藻吸收及利用 NO3-N都要消耗
大量的能量 ,以至用于生长的能量减少了的原故[ 14] .此外 ,试验中还发现 ,在单独添加高浓度
NO3-N及高 NH4-N +NO3-N的处理中 ,海藻生长过程中吸收 NO3-N后释放出了大量 NO2-N ,造成
介质中 NO2-N的大幅度上升 ,这也使得在 NO3-N转化过程中的部分能量流失掉了.
3. 2　N对藻体色素的影响
在不同的 N水平下 ,龙须菜藻体内的叶绿素 a含量变化不大 ,暗示着藻体内叶绿素 a含量
与环境中的 N浓度关系 (N缺乏时间不长时 )不密切 ,而是叶绿素 a含量与环境因子中的光
照 、温度等相关 ,如 ,高光照和低温可促进海藻叶绿素的生成[ 6, 10, 11] .龙须菜藻体内的藻红素含
量与藻红素∶叶绿素 a含量比值的变化趋势基本一致 ,表明藻红素与介质 N浓度密切相关 ,当
介质中的 N浓度高时 ,藻体内的藻红素含量也高;反之 ,当缺氮时 ,藻红素 (藻红蛋白 )往往首
先被利用 ,这一过程会引起藻体色泽的变化[ 3, 12] .藻红素含量的增加也能部分促进藻类的光合
速率 ,但由于藻类的主要光合作用中心———叶绿素 a含量的变化不大 ,这方面的促进作用受一
定的限制.这也进一步说明了藻红素含量的增加对生长的促进作用不是主要的 ,它的主要作用
应该是作为藻体 N储存物质.这一现象在其它的研究中也有相似的报道 ,大型海藻特别是江
蓠属海藻有着很大的 N储存库[ 1] ,藻体吸收过量的 N都储存在该库中 ,供不时之需 ,其中光合
辅助色素———藻红蛋白(藻红素为藻红蛋白的生色团 )就是该 N储存库的主要组成成分 ,它对
外界的营养变化最为敏感 [ 16] . 藻红蛋白的含量与水体中可利用氮源的浓度间有密切的关
系 [ 16] .此外 ,藻红蛋白作为氮源代谢的结果 ,即作为一种功能性的储存氮 ,常被用来合成其他
蛋白质 [ 2, 17] .这也说明它是一个重要的氮储存蛋白质 [ 2, 17] .因此 ,对藻红素(藻红蛋白 )的研究
可以更好地了解龙须菜的氮吸收和利用机制 ,从而进一步探讨龙须菜作为富营养化污染海水
修复植物的修复机制 ,更好地为龙须菜应用于养殖现场的污染修复提供指导.
此外 ,龙须菜的这一 N代谢特性对于进行养殖生产也非常有用 ,随着龙须菜的生长 ,藻类
的养殖筏架由于藻类生物量的增加而下沉 ,龙须菜吸收的 N以藻类辅助色素的形式储存 ,恰
好相应地增加了光合辅助色素含量 ,因此可以弥补部分由于正常造成的光线不足的影响.
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　2期 徐永健等:氮素营养对龙须菜生长及色素组成的影响
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台 湾 海 峡 25卷
Effects of nitrogen nutrinets on grow th rate and p igment
compositions ofGracilaria lemaneiform is
XU Yong-jian1 , Q IAN Lu-m in2 , WANG Yong-sheng2
(1. Faculty o f L ife Science and B io technology, N ingbo University, N ingbo 315211, China;
2. Third Institute o fO ceang raphy, SOA , X iam en 361005, China)
Abstract:The e ffec ts of nitrogen concentrations and diffe rent chem ica l form o f nitrogen on grow th
ra tes(SGR) and pigment compositions w ere studied by using red macroa lgaeGracilaria lemaneifor-
m is as experimenta lmateria ls. Resu lts show ed that different chem ica l fo rm nitrogen, as nitrate and
ammonium , had no sign ificant different to SGR o fG lemaneiform is, but had evidently affected p ig-
men t compositions. The nitrogen concentration is positive ly re lated to the grow th rate and pigment
conten.t Fu ther, d iffe rent phyciery thrin to chlorophy ll ratios (PE∶Ch l-a ratios) we re influenced by
amb ient nitrogen concen tration, . It is suggested tha t the phyc iery thrin ac ts as nitrogen rese rv io rma te-
ria l in the seaweed, wh ich stopped increasing a t certain concen tration.
Key words:developmen t bio logy;pigment component;phyciery thrin;ch lo rophy ll;n itrogen nutri-
ents;Gracilaria lemaneiform is
(责任编辑:林秀清)
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