全 文 ：　　＊国家杰出青年基金项目 , 40025614 号;中国科学院创新工程项目 , KZCX3-SW-214 号;国家重点基础研究(赤潮
“ 973”)项目 , 2001CB409710 号。张善东 ,博士 , E-mail:markzsd@163.com
1)通讯作者:E-mail:zyu@ms.qdio.ac.cn
收稿日期:2005-04-22 ,收修改稿日期:2005-06-30
大型海藻龙须菜与锥状斯氏藻
间的营养竞争研究＊
张善东　宋秀贤 　王　悠 　俞志明 1)
(中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室　青岛　266071;
中国科学院研究生院　北京　100039)
(中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室　青岛　266071)
提要　　利用生物和化学方法研究了大型海藻龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)与赤潮生物锥
状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea (Stein)Loeblich Ⅲ)共培养时二者的生长情况 ,以及二者之间营
养盐 NO-3 、PO3-4 竞争的情况 。结果显示 ,两者共培养时 ,由于龙须菜的影响 ,锥状斯氏藻的生
长周期以及所能达到的最大细胞密度与对照组相比都有所下降 ,且受抑制程度随龙须菜起始
密度的增大而增强;而锥状斯氏藻对于龙须菜的生长不构成明显的影响 。当龙须菜起始密度
较低时(0.2 、0.1gFW/L),共培养组微藻细胞密度的下降是因为水体中 NO-3 的耗尽;当龙须菜
起始密度较高时(0.5gFW/L),共培养组微藻细胞密度的下降可能是因为龙须菜与微藻之间的
“互荫效应” ,或者龙须菜能够分泌出足够浓度的克生物质所致。龙须菜可作为有效吸收营养
盐的大型海藻 ,用以降低近海水域富营养化程度及有害赤潮发生的几率。
关键词　　龙须菜 ,锥状斯氏藻 ,共培养 ,营养竞争
中图分类号　　X55
　　胶州湾是一个半封闭型海湾 ,周边为青岛市区 ,
工农业生产 、水产养殖及城市生活污水排放于湾内
每年向湾内输入大量的营养物质 ,使其大部分海域
呈富营养化状态。近年来 ,胶州湾几乎每年暴发赤
潮 ,严重影响了人们正常的生产 、生活及身心健康
(Shen et al , 2001;霍文毅等 ,2001;张均顺等 ,1997)。
利用大型海藻与赤潮生物之间的营养竞争作
为防治赤潮的一种新兴生物方法 ,因为其综合效
益而越来越受到人们的重视(俞志明等 , 1998)。
大型海藻具有快速吸收营养盐的能力 ,而且收获
时可以将营养盐一起从水体中带出 。与传统的赤
潮防治方法相比 ,该方法没有二次污染 ,可以通过
吸收大量营养物质调控近岸海水的富营养化程
度 ,降低赤潮暴发的可能性。例如 ,有报道利用大
型海藻石莼 、江蓠 、昆布属海藻等与鱼 、虾 、贝等养
殖生物进行混养(Krom et al , 1995;Neori et al ,
1998 、2000;Petrell et al , 1993;Troell et al , 1997 、
1999),一方面可以非常有效地降低水体中的营养
物质浓度 ,减少赤潮暴发的可能性 ,另一方面又可
以利用大型海藻 ,带来额外的经济收入 ,同时还可
以为养殖动物提供饵料 。
本文中作者选用在胶州湾比较常见的大型经
济海藻龙须菜作为实验材料 ,开展了其与胶州湾
一种常见的赤潮原因种 ———锥状斯氏藻共培养时
二者的生长情况 , 以及二者竞争利用 NO-3 和
PO3-4 情况的研究。
第 36 卷　第 6期 海　洋　与　湖　沼 Vol.36 , No.6
2 0 0 5 年 1 1 月 OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICA Nov., 2 0 0 5　
1　材料与方法
1.1　实验材料
龙须菜(Gracilaria lemaneiformis)和锥状斯氏
藻(Scrippsiella trochoidea (Stein)Loeblich Ⅲ)均取
自中国科学院海洋研究所藻种库 ,实验前 ,用毛笔
轻刷去除龙须菜藻体附着物。室内培养温度为
(20 ±1)℃,照度为 2000lx ,光周期为12L∶12D。实
验用海水为经过滤 、消毒的自然海水 ,用已消毒的
KNO3和 KH2PO4 溶液调整N 、P 浓度 ,微量元素和
维生素参照 f/2配方 ,盐度为 30。
1.2　实验方法
实验设龙须菜单独培养组 、锥状斯氏藻单独
培养组和两者共培养组 ,在内盛 1L 培养液的三角
瓶中进行 ,预先补充 NO-3 50μmol 、PO3-4 3.3μmol。
龙须菜起始密度设定为 0.5 、0.2 、0.1gFW/L 等 3
个梯度(相应地称为 1#、2 #、3 #组),称量鲜重
时 ,预先用滤纸吸干藻体表面的水分 。参照龙须
菜现场养殖密度1),实验所设计密度处于正常及
偏低水平。取处于对数生长期的锥状斯氏藻 ,接
种到新的培养液 ,起始密度约为 3 ×103cells/ml。
以单独培养组为参比 ,观察二者共存情况下大型
海藻与微藻的生长情况 ,以及它们营养竞争结果
跟相对生物量比之间的关系。
　　1)费修绠 , 逄少军 , 2000.大规模的海藻栽培与海区环境的生物治理.海洋高新技术产业化高级论坛 , 500—511
　　2)Hager S , Gordon L , Park P , 1968.A practical manual for the use of technicon autoanalyzer in seawater nutrient analysis.
A final report to BCF , Contract 14-17-0001-1759
每日定时移取藻液样品 ,用鲁戈氏液固定 ,取
0.1ml在光学显微镜下用计数框计数微藻细胞密
度 ,平行计数 3—5 次取平均值 ,按下式计算其生
长率:μ=(logNt —logN0)/ t , N0 和 N t分别为单位
水体藻细胞的起始数量和经 t 天后的细胞数量
(cells/ml)。同时采样 ,用 0.45μm微孔滤膜过滤 ,
分别采用锌镉还原法(Jones ,1984)和磷钼蓝分光
光度法(Hager et al ,1968)2)测定NO-3 、PO3-4 浓度 ,
跟踪培养液中营养盐浓度的变化 。实验结束时 ,
用滤纸吸干龙须菜藻体表面的水分 ,用托盘天平
称量其鲜重。
2　结果与讨论
2.1　锥状斯氏藻细胞密度变化
图1给出的是锥状斯氏藻单独培养及与不同
起始密度的龙须菜共同培养时 ,微藻细胞密度随
时间的变化曲线 。由图 1可以看出 ,对照组锥状
斯氏藻很快进入对数生长期 ,细胞密度增长迅速 ,
经过 7d的快速生长之后 ,进入平台期。计算其相
对生长率为 0 .26d-1 ,低于前人 0.4—0.64d-1的
报道(Qin et al ,1997 、1999;秦晓明等 ,1997),这可
能是由于初始接种密度 、光照条件等情况有所不
同而引起的 , Qin 等(1997 、1999)和秦晓明等
(1997)报道的各条件分别是:100cells/ml、4000lx ,
14L∶12D。
图 1　锥状斯氏藻细胞密度变化曲线
Fig.1　Curve of S .trochoidea cell density
--★-- 1#共培养组;— ★—2#共培养组;
--◎-- 3#共培养组;— ◎— S .trochoidea 单独培养组
在与龙须菜共培养的 3个实验组中 ,锥状斯
氏藻的生长增殖都受到了明显影响 ,并且受影响
程度随龙须菜起始密度的升高而增大。1 #、2 #、
3#共培养组的锥状斯氏藻分别于第 2 、4 、5d开始
进入衰亡期 ,藻细胞所能达到的最大密度分别为
5.3×103cells/ml、7.5×103cells/ml、9.6 ×103cells/ml ,
而对照组为 15.4×103cells/ml。与对照组相比 ,共
培养组的锥状斯氏藻因为受共存的龙须菜的影
响 ,生长周期都有所缩短 ,所能达到的最大细胞密
度也都有所下降 ,并且受影响程度随共培养组龙
须菜起始密度的增大而增大 。
与对照组相比 ,共培养组微藻经过对数生长
期后 ,没有经过平台期 ,很快进入衰亡期。这可能
是因为对照组的微藻体内储存的营养盐量相对较
6期 张善东等:大型海藻龙须菜与锥状斯氏藻间的营养竞争研究 557　
高 ,因此当水体中的营养盐浓度降至最低之后 ,体
内储存的营养盐仍可在一段时间内维持藻细胞的
分裂 ,使细胞的分裂与死亡处于一个相对平衡的
状态。而在大型海藻与微藻的共培养组中 ,由于
共存的龙须菜竞争吸收利用水体中的营养盐 ,共
培养组的微藻体内储存的营养盐水平低于对照
组 ,当水体中的营养盐浓度降至最低之后 ,体内储
存的营养盐很快消耗殆尽 ,所以微藻细胞密度很
快开始下降 ,进入衰亡期 。这需要进一步实验加
以验证。
2.2　龙须菜生长情况
　　1)费修绠 , 逄少军 , 2000.大规模的海藻栽培与海区环境的生物治理.海洋高新技术产业化高级论坛.500—511
　　实验结束时各组龙须菜的增重及平均日生长
率如表 1所示。已有文献报道的龙须菜平均日生
长率一般在 2.6%—9.1%之间1)(黄晓航等 ,
1989 、1998),由此可见 ,本实验中龙须菜的生长率
均在正常范围内 。随着起始密度的减少 ,龙须菜
平均日生长率呈递增趋势 ,这是因为随着密度的
增大 ,龙须菜种内对营养盐的竞争利用以及对光
照的互荫效应也越来越明显 ,限制了群体的生长 。
因此在实际养殖中 ,经常定期采收一部分种苗以
使藻体健康 、快速的增长 。
表1　龙须菜生长率
Tab.1　Growth rate of G.lemaneiformis
组　别 实验结束时鲜重(gFW)
生长率
(%)
1# 实验组 0.62±0.01 3.6±0.3
对照组 0.63±0.02 3.9±0.4
2# 实验组 0.37±0.02 4.8±0.5
对照组 0.38±0.04 5.0±0.8
3# 实验组 0.25±0.04 6.9±1.1
对照组 0.25±0.02 7.0±0.6
1#、2#、3 #实验组的龙须菜增重情况与各
自对照组相比 ,差别不是很大 ,甚至低于平行组的
实验误差。因此可以认为 ,锥状斯氏藻的存在对
龙须菜的生长影响不明显 。
2.3　营养盐浓度变化
锥状斯氏藻 、龙须菜单独培养及二者共培养
时NO-3 、PO3-4 浓度随时间变化的曲线分别如
图2 、图 3所示。
图 2　NO-3 浓度变化曲线
Fig.2　Curve of nitrate concentration
- -★--共培养组;— ★—龙须菜单独培养组;
—◎—锥状斯氏藻单独培养组
对于NO-3 浓度的变化 , 1 #、2 #、3 #共培养
组分别于第 5 、5 、6d降至最低 。除了 1#组外 ,2#
与 3#组正是微藻细胞密度开始下降的时间。由
此可以推论 ,2#、3#组微藻细胞密度的下降是因
为共存的龙须菜能够竞争吸收利用 NO-3 ,耗尽了
558　 海　　洋　　与　　湖　　沼 36 卷
图 3　PO3-4 浓度变化曲线
Fig.3　Curve of phosphate concentration
--★--共培养组;— ★—龙须菜单独培养组;
— ◎—锥状斯氏藻单独培养组
水体中的NO-3 所致。对于 1#共培养组 ,当微藻
细胞开始下降时 ,水体中的NO-3 浓度还没有降至
最低 ,这可能是因为该组龙须菜密度较大 ,对微藻
的互荫效应高于其它组 ,或者因为龙须菜密度足
够大 ,可能释放出足够浓度的抑制锥状斯氏藻生
长增殖的克生物质 ,从而导致微藻细胞生长降低。
对于 PO3-4 浓度的变化 ,共培养组与锥状斯
氏藻单独培养组均于第 1天就降至最低 ,而龙须
菜单独培养组则相对缓慢得多。有报道称微藻的
分裂速率取决于细胞内部的营养盐水平 ,而不是
外部水体中的营养盐浓度(Caperon , 1968;Fuhs ,
1969;Rhee , 1973)。锥状斯氏藻可能具有快速吸
收 PO3-4 并将之储存于体内供细胞分裂增殖的能
力 ,从而使水体中的 PO3-4 浓度在较短的时间内
降至较低水平 ,而随后的一段时间里微藻细胞靠
体内储存的PO3-4 进行正常的分裂增殖。因此对
于 PO3-4 的吸收利用 ,锥状斯氏藻比龙须菜更有
优势 ,相对于NO-3 浓度变化的影响 , PO3-4 浓度的
改变不是导致共培养组锥状斯氏藻密度下降的原
因。
3　结论
(1)龙须菜与锥状斯氏藻共培养时 ,锥状斯氏
藻的生长增殖明显受到龙须菜的抑制 ,且受抑制
程度随龙须菜起始密度的增大而增强 。而在实验
条件下 ,锥状斯氏藻对龙须菜的生长不构成明显
影响 。
(2)当龙须菜起始密度较低时(0.2 、0.1gFW/
L),共培养组锥状斯氏藻细胞密度的下降是因为
水体中NO-3 的耗尽所致。当龙须菜起始密度较
高时(0.5gFW/L),共培养组微藻细胞密度的下降
可能是因为龙须菜与微藻之间的互荫效应 ,或者
是龙须菜能够分泌出足够浓度的克生物质所致 。
(3)锥状斯氏藻对于 PO3-4 的吸收利用比龙
须菜更有优势 ,PO3-4 浓度的改变不是导致共培养
组锥状斯氏藻密度下降的原因。
在富营养化水域可以通过养殖龙须菜等大型
海藻 ,快速吸收利用水体中的营养盐来改善水质 ,
降低有害赤潮发生的几率。
参　考　文　献
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560　 海　　洋　　与　　湖　　沼 36 卷
COMPETITIONON NUTRIENTS BETWEEN GACILARIA LEMANEIFORMIS
AND SCRIPPSIELLA TROCHOIDEA (STEIN)LOEBLICH Ⅲ
ZHANG Shan-Dong , SONG Xiu-Xian , WANG You , YU Zhi-Ming
(Key Lab of Marine Ecology &Environmental Sciences , Institute of Oceanology , Chinese Academy of Sciences ,
Qingdao , 266071 ;Graduate School , Chinese Academy of Sciences , Beijing , 100039)
(Key Lab of Marine Ecology &Environmental Sciences , Institute of Oceanology , Chinese Academy of Sciences ,
Qingdao , 266071)
Abstract　　In recent years , harmful algal blooms (HABs)occurred in more localities and more frequently than
before , which have caused serious problems in coastal marine ecological environment and massive mortality of cul-
tured organisms in China.Various mitigating methods , physical or chemical ones , have been applied , but the re-
sults were unsatisfactory with probable negative impact on marine ecosystem.Biological strategy was therefore sug-
gested recently for its potential HABs mitigating ability with fewer side effects.Using macroalgae to remove microal-
gae is an alternative measure advocated by many scientists for its combined merit.Macroalga is popular in aquatic
ecosystem.They absorb nutrients quickly from water to build their bodies.Some of them could also release certain
allelopathic materials to kill microalgae cells.When harvested , they can carry lots of nutrients from the water col-
umn onto the land .To study the feasibility of applying macroalgae in HABs mitigating , macroalga Gracilaria
lemaneiformis , a common species in China coasts , was selected to study its interference with and competition for nu-
trients against a bloom-causing dinoflagellate Scrippsiella trochoidea (Stein)Loeblich Ⅲ , which was originally sepa-
rated from Jiaozhou Bay of China , under controlled laboratory conditions.The initial density of G.lemaneiformis
was designed at three gradients of 0.5 , 0.2 , and 0.1 gFW/L.The S .trochoidea in exponential phase were inocu-
lated into a new culture medium to reach an initial cell density of ca.3×103 cells/ml.Results showed that G.
lemameiformis had obvious algicidal effects on S .trochoidea in the coexisting system.When co-cultured , both
growth period and maximum cell density of S .trochoidea were decreased , and the degree of the decrease was posi-
tively related to the initial density of G.lemameiformis .Oppositely , S .trochoidea had little effects on growth of
G.lemoneiformis and their daily increasing rates presented no significant difference with that in mono cultivating
system.At low initial density of G.lemameiformis (0.2 and 0.1 gFW/L), the cell density of S .trochoidea in co-
cultured systems began to decrease when the nitrate concentration declined to minimum.Phosphate consumption was
not the reason for S .trochoidea decrease because its cell density increased as phosphate concentration in the media
declined to minimum.Maybe S .trochoidea can absorb phosphate very fast and stock it inside the algal cells.
G.lemameiformis could limit the growth of S .trochoidea mainly because of the former dominates the nitrate con-
sumption.At a high initial density of G.lemameiformis (0.5 gFW/L), the cell density of S .trochoidea in co-
cultured systems decreased as nitrate concentration was still high (about 40μm).We deduced that
G.lemameiformis affecting the growth of S .trochoidea was probably due to other reasons , such as shading and al-
lelopathy , in addition to the nutrient competition .Dominating G.lemaneiformis in competing for the available nu-
trient supply was a main reason resulting in co-cultured S .trochoidea depression.G.lemaneiformis may become a
promising candidate in HABs mitigating.
Key words　　Gracilaria lemaneiformis , Scrippsiella trochoidea , Coculture , Competition on nutrients
6期 张善东等:大型海藻龙须菜与锥状斯氏藻间的营养竞争研究 561