全 文 ：　　＊中国科学院创新工程项目资助 , KZCX3-SW-215号;国家自然科学基金项目资助 , 40473046 号。李大鹏 ,博士 , 副研
究员 , E-mail:dpli@ms.qdio.ac.cn
收稿日期:2004-07-05 ,收修改稿日期:2004-12-03
龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)在营养限
制胁迫后对 NH4-N的超补偿吸收研究＊
李大鹏　林贞贤
(中国科学院海洋研究所　青岛　266071)
(中国海洋大学海洋生物系　青岛　266003)
提要　　采用营养限制胁迫处理的方法 ,研究龙须菜对NH4-N的超补偿吸收现象 。龙须菜在
低营养限制胁迫(饥饿)下培养 10天后 ,恢复营养盐培养 3天 ,测定其对 NH4-N 吸收速率 。N
吸收实验结果表明 ,对NH4-N(采用靛酚蓝分光光度法测定)表现出较强的超补偿吸收能力 。
与持续正常培养的对照组和持续受高浓度营养盐胁迫的处理组比较 ,各组在培养第一天时对
NH4-N 的吸收速率差异明显 , 饥饿处理组最高为 17.73μmol/(g ·h), 对照组最高为
12.25μmol/(g·h),高营养盐处理组最高只有6.12μmol/(g·h)。随着培养时间的推移 ,对照组与处
理组之间的差异逐渐减小 ,培养到第三天时吸收速率趋于一致。而各组对NO3-N(采用锌镉还原
萘乙二胺分光光度法测定)的吸收速率都很小 ,最高为饥饿处理组只有 1.49μmol/(g·h),说明龙
须菜优先选择吸收NH4-N。实验结束后称重发现对照组 、饥饿处理组和饱和组生长率(SGR)分别
为5.85%、5.44%、5.02%,ANOVA 方差分析表明 ,三者存在显著差异(P =0.0046<0.05),证实大
型海藻也存在超补偿生长的现象。
关键词　　龙须菜 ,饥饿胁迫 ,超补偿 ,NH4-N吸收 ,NO3-N吸收
中图分类号　　Q789
　　超补偿现象在自然界普遍存在 ,最初是在一
些高等动植物中发现的 ,是生物在长期的进化过
程中不断适应环境的结果 。生物体在遭受营养限
制 、环境因子胁迫等作用时 ,生长和生理机制往往
会收到限制和影响(李梅等 ,2004),但胁迫解除恢
复到适宜的生存条件后 ,它们在生长繁殖和对营
养盐的吸收方面 ,会超过未受过胁迫的正常生物 ,
这种现象尤其在反刍动物(陈志伟等 , 1999)、水产
动物(吴立新等 , 2000)、高等植物(邹春静等 ,
1998)及陆生草本植物(张荣等 , 1998)中被广泛报
道 ,在海洋微藻方面也有报道(刘宁宁等 ,2002;段
舜山等 ,2003),在大型海藻方面 ,刘静雯等(2001)
用N饥饿方法处理细基江蓠繁枝变型 ,在随后的
N吸收实验中发现细基江蓠对NH4-N有一个明显
的快速吸收阶段 。本文中以龙须菜为实验材料 ,
分析了大型海藻营养限制胁迫(饥饿)后 ,吸收
NH4-N 、NO3-N的基本规律并探讨了对NH4-N的超
补偿能力 。研究海藻补偿生长的特点和规律不仅
有助于揭示海藻适应饥饿或其他环境胁迫的生理
生态学对策 ,而且对于大型经济海藻的开发 、利用
和海洋环境保护有十分重要的意义。
1　材料与方法
1.1　实验材料
实验用龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)取自
中国科学院海洋研究所开放室种质库 ,选择健康
藻体 ,用镊子仔细除去表面附着的杂藻 ,然后用酒
精棉擦拭藻体 ,最后用大量消毒海水冲洗材料 ,放
在室内水族箱(20L)培养 ,藻体密度为3g/L ,海水经
煮沸消毒后添加 PES(Provasoli , 1968)加富培养基。
培养条件为:19—22℃、光照强度 5000—7000lx、光
第 36 卷　第 4期 海　洋　与　湖　沼 Vol.36 , No.4
2 0 0 5 年 7 月 OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICA July , 2 0 0 5　
周期14L∶10D 、盐度 30 、pH 8.0。
1.2　处理方法
实验设置了饥饿 、饱和两种处理及对照 。把
材料分到三个水族箱中分别培养 ,海水经煮沸消
毒后不加 PES ,培养至培养液中 N消耗尽后(2天
左右),继续培养 10天 ,藻体色泽淡黄色表示已处
于饥饿状态(刘静雯等 , 2001)作为饥饿处理组 。
消毒海水添加 PES ,每天更换培养基 ,使龙须菜始
终处于较高营养盐的条件下培养 ,培养 10天作为
营养盐饱和处理组。消毒海水不添加 PES ,每天
换水 ,作为正常对照组。
1.3　NH4-N吸收实验
实验用 450ml烧杯 ,装 400ml培养液 ,加入龙
须菜 1.2g(用滤纸吸干藻体表面水分)放到培养
室培养 ,水温为 22℃,光照强度为 4500lx ,光周期
为14L:10D ,盐度为 30 ,pH 为8 .0。每个处理设置
三个平行样 ,实验起始 NH4-N浓度为 100μmol/L ,
NO3-N浓度 280μmol/L;实验第 1 、2 、3 、4 、6 、8 、12h
分别取 5ml水样测培养液中 NH4-N浓度变化;实
验第 4 、8 、12 、24h取 2.5ml水样测培养液中NO3-N
的浓度变化 ,吸收速率计算公式(金送笛等 ,1994)
为:
U =(Cn -Cn+1)V/(t ×G)(n =0 ,1 ,2…)
式中 , U 为吸收速率 , Cn 为第n 次取样时培养液
中NH4-N(NO3-N)含量 , V为培养液体积 , t 为实验
持续的时间 , G为龙须菜生物量 。
第二天更换新培养液 ,重复第一天的实验内
容 ,持续三天。第四天称重 ,日特定生长率的计算
公式(刘静雯等 ,2001)为:
SGR =[(Wt/W0)1/ t -1] ×100%
式中 ,W0 为初始龙须菜的鲜重 ,Wt为实验结束时
龙须菜的鲜重 , t 为实验持续的天数。
2　结果
2.1　龙须菜对 NH4-N、NO3-N的吸收特点
饥饿处理后的龙须菜对 NH4-N 的吸收在第
一天中存在一个明显的快速吸收阶段 ,尤其是前
3h ,测定结果见图 1。NH4-N 吸收速率 ,饥饿处理
组远远高于对照组和饱和处理组 ,饱和处理组吸
收速率一直处于较低和较恒定的水平 , 见图 2。
第二天处理组与对照组之间的吸收速率差异变
小 ,饱和处理组吸收速率趋于正常对照组水平 ,第
三天处理组跟对照组之间的差异不明显。
尽管培养液中 NO3-N 浓度高于 NH4-N ,但只
是在 NH4-N 浓度较低的 8h以后对 NO3-N才有较
明显的吸收 ,测定结果见图 3。其中饱和处理组
在前 4h内还出现了负吸收 ,处理组和对照组的吸
收速率都远远低于 NH4-N 吸收速率。测定结果
见图 4。
图 1　培养液中NH4-N浓度随时间的变化过程
Fig.1　Temporal change in NH4-N concentration of medium
— ○—正常对照 , — ★—饥饿处理 ,---○---饱和处理。图 2、图 3 、图 4 同
308　 海　　洋　　与　　湖　　沼 36 卷
图 2　龙须菜NH4-N的吸收速率随时间的变化
Fig.2　Temporal change in NH4-N uptake rate of G.lemaneiformis
图 3　培养液中 NO3-N浓度随时间的变化过程
Fig.3　Temporal change in NO3-N concentration of medium
图 4　龙须菜 NO3-N的吸收速率随时间的变化
Fig.4　Temporal change in NO3-N uptake rate of G.lemaneiformis
4期 李大鹏等:龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)在营养限制胁迫后对 NH4-N的超补偿吸收研究 309　
2.2　营养胁迫后及正常对照的的生长率
培养3天后称重计算生长率 ,实验结果见表1。
ANOVA 单因子方差分析表明 ,对照组 、饥饿处理组
和饱和处理组三者生长率差异显著(P=0.0046<
0.05)。正常对照组与饥饿处理组做 ANOVA 单因
子方差分析 ,两者生长差异显著(P =0.025 <
0.05)。
表 1　正常对照组及营养胁迫组龙须菜的
生长率(平均值±SD , n=3)
Tab.1　Different growth rates of G.lemaneiformis
between treated and control group
组别 正常对照 饥饿处理 饱和处理
SGR(%) 5.44±0.02 5.85±0.02 5.02±0.06
3　讨论
3.1　龙须菜对 NH4-N、NO3-N的吸收特点
大型海藻只能利用水体中的溶解状态的营养
盐 ,生长主要受 N 、P 等元素的限制 。在氮的 3种
化合态中 ,藻类主要利用 NO3-N和 NH4-N ,NO3-N
是含氮化合物的最终氧化产物 ,NH4-N是还原态
的无机氮 ,NO2-N 是中间氧化还原过程的中间产
物 ,高浓度 NO2-N对藻类毒性很大 ,不同化合态的
氮在微生物作用下可以相互转化 。当水体缺氧
时 ,有利于 NO3-N和 NO2-N 还原为 NH4-N 。水生
动物的排泄以氨为主 ,生物代谢产物及残体的分
解也会产生氨 ,因此 ,水产养殖海区以 NH4-N为
主。本实验中 ,尽管NO3-N的浓度是 NH4-N 浓度
的2 .8倍 ,但龙须菜优先选择吸收NH4-N ,当环境
中 NH4-N 的浓度降低到一定程度时才吸收
NO3-N ,这可能与藻类细胞缺少硝酸还原酶(NR)
有关(严国安等 ,1995),也可能与实验材料的不同
有关 ,但藻类将吸收的无机氮同化为生物体的有
机氮时 ,都必须还原成 NH4-N的形式(潘瑞炽等 ,
1995;Mengel et al , 1987)。
当海藻处于N 饥饿状态时 ,对 NH4-N吸收存
在以下三个阶段:1)短期的快吸收阶段;2)内部
营养盐浓度控制的吸收阶段;3)外部营养盐控制
的吸收阶段 。理论上大型藻类对 N 的吸收速率
符合米氏方程 ,但实际上 ,吸收速率和介质浓度之
间常常偏离米氏方程曲线 ,因为在高浓度的介质
中 ,吸收不会呈现饱和情况(Morten , 1994)。吸收
实验中第一天的快吸收阶段是为了补充由于饥饿
而产生的N库亏空 ,随着培养液中营养盐含量降
低及藻体自身内部 N库的充盈 ,吸收速率随即处
于较低和较恒定的状态 ,而饱和处理组由于本身
N库的充盈 ,所以对 N的吸收速率一直较低和较
恒定(图 2),随着时间的推移 ,由于充实的N库的
反馈抑制了N的吸收速率 ,所以第二天处理组与
对照组之间的吸收速率差异变小(图 2 、图 4)。第
三天吸收速率主要由培养液营养盐浓度控制了 。
而饱和处理组在前 4h内还出现了负吸收 ,验
证了藻体在体内N 库充盈时 ,存在向培养液分泌
N的过程 。
许忠能等(2002)报道 ,同是江蓠属的细基江
蓠繁枝变种在总氮浓度100μmol/L时 ,氮的吸收速
率为 2.58μmol/(g·h),低于本实验结果 ,可能与本
实验的培养基是完全培养基 、磷浓度较高
(72μmol/L)和添加微量元素等有关。刘静雯等
(2001)报道的细基江蓠繁枝变种最大日特定生长
率(SGR)为 8.66%,稍高于本实验 ,这主要与培
养条件的差异有关 。
3.2　大型海藻对营养盐的超补偿性吸收现象
一般来说 ,影响大型海藻吸收营养盐的主要
因素有光照 、温度 、盐度 、pH 、潮汐 、营养盐浓度 、
海藻的生长特点及其营养史等。在自然界中 ,由
于季节更替 ,水温 、光照等环境因子经常变化 ,海
藻生长的最适环境往往很少存在 ,同时受海区营
养盐水平高低的限制 ,所以海藻经常受到饥饿(即
海藻对营养盐的吸收没有达到机体正常生长发育
的需要)或光照不足的胁迫 ,作为生理生态学上的
一种适应性 ,当受过胁迫的藻类恢复到适宜的生
存条件时 ,它们在对营养盐的吸收 、生长生殖和生
物量等方面会超过未受过胁迫的正常生物的
现象 。
对大型海藻化学成分的分析表明 ,大型海藻组
织中具有丰富的氮库 ,可以高效的吸收储存大量的
营养盐 ,Fujita(1985)报道过三种藻类 Ulva lactuca 、
Enteromorpha sp.和 Gracilaria tikvahiae , 当养殖在
贫N的环境中时 ,体内的 N库仍可以维持它们生
长6—14天;Clifford等(1989)研究认为 ,温度较低 ,
大型海藻生长缓慢时 ,在水环境N充足的条件下 ,
大型海藻仍然可以吸收储存部分营养盐 ,以备日后
快速生长时利用 ,这都是大型海藻适应环境的一种
自身调节 。龙须菜在环境适宜时 ,可以快速进行无
性增殖 ,具有较高的繁殖力 ,补偿性生长有助于提
高繁殖力 ,耐受极端环境因子造成的损失。
养殖大型海藻可以吸收 、转移水体中营养盐 ,
310　 海　　洋　　与　　湖　　沼 36 卷
是延缓海区富营养化的有效措施。研究大型海藻
营养代谢的基础特征及其与环境因子相互关系 ,选
择生长快速 、对营养盐(尤其是NH4-N)吸收和储存
能力较强 、耐高温等适合养殖水体特征的大型经济
海藻 ,探讨其吸收营养盐的动力学特征 ,最终建立
大型经济海藻与水产动物的生态养殖模式。
4　结论
4.1　龙须菜在饥饿处理后对NH4-N存在明显的
快速吸收阶段 ,与正常组差异明显 ,饥饿处理后的
龙须菜对NH4-N吸收存在超补偿吸收现象 ,但持
续时间较短(2天左右)。
4.2　龙须菜在营养盐胁迫处理后 ,生长率存在显
著性差异(P <0.05),初步验证了大型海藻也有
超补偿生长现象 。
参　考　文　献
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NH4-NOVER-COMPENSATORY UPTAKE OF GRACILARIA
LEMANEIFORMIS UNDER THE STRESSOF NUTRIENTS DEFICIENCY
LI Da-Peng , LIN Zhen-Xian
(Institute of Oceanology , Chinese Academy of Sciences , Qingdao , 266071)
(Department of Marine Biology , Ocean University of China , Qingdao , 266003)
Abstract　　Over-compensatory growth is a common phenomenon in some higher animals and plants.Research on
compensatory growth has covered ruminant animal , aquatic animal , higher plant and micro-algae.However , a few
were done on macro-algae compensatory growth and ammonium over-compensatory uptake.
In this paper , Gracilaria lemaneiformis was used as experimental material for the study of NH4-N over-compen-
satory uptake under laboratory conditions.G.lemaneiformis was thoroughly cleaned , free of epibiotics carefully re-
moved , and cultured in beakers in an illuminating incubator under 22℃, 4500lx , L:D 14/10 , 30 salinity and
pH 8.0.
The experiments included two periods.Firstly , G.lemaneiformis was cultured for 10 days under the condition of
nutrients stress , i.e.nutrients deficiency and nutrients enrichment (PES culture medium), with fresh water one as
the control.Secondly , the nutrients stress was lifted;the treated and the control were simultaneously cultured for
another 3 days under the same nutrients supply with daily medium change.The experiments were done in 450ml
beakers with 1.2g G.lemaneiformis and 400ml PES medium , and the concentration of NH4-N , NO3-N , PO4-P , was
100 , 280 , and 72μmol/L respectively.Triplicate were set for each group.During the experiment , the NH4-N ,
NO3-N uptake rate were measured periodically.
After subject to the nutrients deficiency , G.lemaneiformis showed a strong ability of NH4-N uptake.The uptake
rate of NH4-N of the starved group , the control group and the fed group , was 17.73 , 12.25 , and 6.12μmol/(g·h),
respectively.The starved had the highest uptake rate of NH4-N but its highest uptake rate of NO3-N was only
1.49μmol/(g·h), much smaller than that of NH4-N , indicating that G.lemaneiformis assimilated NH4-N first.As a
result , the concentration of NO3-N in the beakers was 3 times higher of the NH4-N.
As the culture time proceeded , difference between the treated and the control decreased gradually and finally
were equivalent.The special growth rate (SGR)in the group of the starved , the control and the fed was 5.85%,
5.44%, and 5.02% respectively.The difference of the growth rate between the treated and the control was signifi-
cant (P=0.0046<0.05).
After 10 days of nutrients deficiency , there was a short phase of rapid NH4-N uptake demonstrating over-com-
pensatory growth.Thus , NH4-N over-compensatory uptake of G.lemaneiformis could be used as guidance for cultiva-
tion.Moreover , G.lemaneiformis have very high productivity and ability of absorbing large quantities of N .It is be-
lieved that G.lemaneiformis cultivation in large scale is a good solution to eutrophication in coastal waters.
Key words 　　Graci laria lemaneiformis , Nutrients deficiency , Over-compensatory growth , NH4-N uptake ,
NO3-N uptake
312　 海　　洋　　与　　湖　　沼 36 卷