全 文 :塔玛亚历山大藻和东海原甲藻对褶皱臂尾
轮虫种群数量的影响*
王丽平1, 2* * 颜 天1 谭志军1 周名江1
( 1 中国科学院海洋研究所生态与环境重点实验室, 青岛 266071; 2 中国科学院研究生院, 北京 100039)
摘要 通过对 2002年 5月东海赤潮原因种- 东海原甲藻和亚历山大藻的单一藻种和两种藻混合情况
下对褶皱臂尾轮虫种群数量影响的实验研究, 发现塔玛亚历山大藻 ( ATHK)对轮虫有致死作用, 其
48hLC50为 1300 cell!ml- 1 .藻的各组分毒性比较研究表明, 只有藻液和藻细胞具有这种毒害作用, 藻在早
期生长阶段的毒害作用较强, 毒性大小与藻细胞活性相关. 东海原甲藻在高密度( 4 ∀ 104、5∀ 104、10 ∀ 104
cell!ml- 1)时对轮虫种群数量在第 5 d 时开始有影响; 东海原甲藻在低密度 ( 1 ∀ 104、2 ∀ 104、3 ∀ 104 cell!
ml- 1 )时, 轮虫能够以其为食并进行生长繁殖.两种藻混合情况下,东海原甲藻能够减轻塔玛亚历山大藻对
轮虫的毒害作用. 实验结果表明,此次赤潮对东海的微型浮游动物种群能够产生一定的影响.
关键词 塔玛亚历山大藻 东海原甲藻 褶皱臂尾轮虫
文章编号 1001- 9332( 2003) 07- 1151- 05 中图分类号 Q948. 8 文献标识码 A
Effects of Alexandrium tamarense and Prorocentrum donghaiense on rotifer Brachionus plicatilis population.
WANG Liping1, 2, YAN T ian1 , TAN Zhijun1, ZHOU Mingjiang1 ( 1Key L aborator y of Ecology and Environ
ment , I nstitute of Oceanology , Chinese A cademy of Sciences , Qingdao 266071, China; 2 Graduate School ,
Chinese A cademy of Sciences , Beij ing 100039, China) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2003, 14( 7) : 1151~ 1155.
The effects of Pror ocentrum donghaiense and A lexandr ium sp. , causativ e species of harmful algal bloom of
East China Sea in May 2002, on ro tifer Brachionus p licatilis population w ere studied in the laboratory. T he re
sults showed that A lexandrium tamar ense ( ATHK) had a let hal effect on B. p licatilis and the 48hLC50 was
about 1300 cell!ml- 1 . T he tox in comparison o f different fractions showed t hat t he alg al culture and resuspended
algal cells had the adverse effects, and the alga at ear lier growt h phases showed a stronger impact, indicating
that the inhibitory effect w as related with the activity of the living alg al cells. P. donghaiense at high densities( 4
∀ 104, 5∀ 104 and 10 ∀ 104 cell!ml- 1 ) had an adverse effect on B. p licatilis population, while at low densities
( 1 ∀ 104, 2∀ 104 and 3 ∀ 104 cell!ml- 1) , the alga could be used as food for rotifer population. When t he tw o al
gae w ere mixed, t he lethal effect of A . tamar ense could be decreased by P. donghaiense. The results indicated
that the above HAB event could affect t he microzooplankton population in the occur rence area of East China
Sea.
Key words A lexandr ium tamar ense, Pror ocentrum donghaiense Lu, Brachionus p licatilis .
* 国家重点基础研究发展规划项目( 2001CB409709)、国家自然科学
基金项目( 20177023, 49906007, 39950001, 40076030)、中国科学院
知识创新工程项目( KZCX2- 206)和院长基金及山东省科技攻关资
助项目( 012110115) .
* * 通讯联系人.
2002- 12- 18收稿, 2003- 04- 21接受.
1 引 言
东海舟山和长江口海域为我国赤潮高发区, 近
年连续爆发大规模赤潮( 1000~ 7000 km2) , 使海洋
生态系统受到严重破坏[ 12] ,其原因种主要有夜光藻
( N octi luca scint illans )、中肋骨条藻 ( Skeletonema
costatum )、亚历山大藻 ( A lexandrium sp. )和东海
原甲藻( Pror ocentrum donghaiense L u) ,其中东海原
甲藻连续出现[ 3, 4, 8, 9] . 2002年 5 月东海又有 1000
km2,长达 1个月的赤潮爆发, 其主要藻种为东海原
甲藻, 其次为亚历山大藻,密度分别达到 107 和 105
cell!L- 1. 这次大规模的有毒赤潮对海洋生物及其海
洋生态系统带来的危害, 引起了赤潮研究者的广泛
关注. 浮游动物在海洋生态系统中扮演着承上启下
的重要角色,它们直接捕食藻类等浮游植物, 同时又
是较高级消费者的食物, 因此生活在赤潮爆发区域
的浮游动物不仅成为直接受害者, 而且会影响较高
级消费者,甚至整个生态系统.褶皱臂尾轮虫( Bra
chionus p licat il is)是一种微型浮游动物,本文以褶皱
臂尾轮虫为实验对象, 研究 2002年 5月东海赤潮原
因种东海原甲藻和亚历山大藻在单一藻种和混合情
况下对其种群数量的影响,以期了解本次赤潮的发
生对微型浮游动物可能造成的影响.
2 材料与方法
2 1 材料
供试褶皱臂尾轮虫由中国科学院海洋研究所培养中心
应 用 生 态 学 报 2003 年 7 月 第 14 卷 第 7 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jul. 2003, 14( 7)#1151~ 1155
提供,塔玛亚历山大藻 ( A lexandr ium tamar ense ( ATHK) )分
离于南海, 由暨南大学提供, 无毒塔玛亚历山大藻 ( A .
tamar ense ( AT6) ) 由 Dr. Anderson 提供, 小球藻 ( Chlorella
sp. )由中国科学院海洋研究所藻种中心提供, 东海原甲藻分
离自东海 2002 年春季赤潮发生区域[ 5, 6] ,以上藻种均为 f/ 2
培养液培养 ,温度 20 ∃ 0. 5 % , 光照 3000 Lx, 光暗比 12L#
12D.海水取自青岛胶州湾外太平角无污染海水, 使用前经
沉淀沙滤, 脱脂棉过滤和高温消毒, 盐度通过加蒸馏水来调
节,用 ATAGO手提式盐度计测定, 并用 HI991000 型 pH 计
测定水体 pH 值.
22 方法
221 实验设计 褶皱臂尾轮虫为实验室常年培养种, 实验
前使轮虫处于饥饿状态 12h,用 80m 筛绢浓缩并以实验藻
液/藻细胞悬浮液和海水稀释, 使轮虫最终密度为 10 个!
ml- 1, 藻细胞/藻细胞悬浮液达到所设置的密度, 每组 3 个平
行,每隔 24h 检查烧杯中的藻密度, 适量添加藻液使之维持
在起始密度. 以投喂小球藻 (日投饵量约为 1 ∀ 104 cell!
ml- 1)为对照, 另设以海水为实验液的饥饿组. 实验容器为
50ml烧杯,实验体积 30ml,实验中盐度调至 31 ∃ 1, pH 值为
8. 0 ∃ 0. 18.
222 塔玛亚历山大藻的影响实验 取指数生长中期塔玛
亚历山大藻, 0. 5ml计数框计数后, 用消毒海水稀释,使藻细
胞密度分别达到 100、200、300、500、1000、2000、3000、5000
cell!ml- 1, 48h 后记录轮虫种群数量.
223 塔玛亚历山大藻不同组分和 STX 标准毒素的影响
实验 1)藻液: 取指数生长中期塔玛亚历山大藻, 0. 5ml计
数框计数. 2)藻细胞: 将藻液摇匀, 经 20 m 筛绢过滤浓缩
后,将藻细胞重新悬浮于海水中. 3)藻细胞培养液过滤液: 将
2)中过滤液再经双层滤纸过滤, 镜检无藻细胞. 4)藻细胞内
容物:将 2)中的藻细胞液混匀后,超声波细胞粉碎机将藻细
胞打碎后, 10000rpm 离心 10min, 取上清液. 5) 藻细胞碎片:
将4)中的离心沉淀物补上等体积海水重新悬浮混匀. 6)
STX 标准毒素:一种 PSP 标准毒素 STX( Sax itox in)购于加拿
大国立研究中心.将标准毒素 STX( 2. 94g!ml- 1)按该藻株
毒性 1175. 4 ∀ 10- 6gSTXeq!cell- 1[ 11] , 换算成与其毒性相
当的塔玛亚历山大藻的细胞数(指数生长期) . 将以上新鲜
制备的各组分以海水稀释到藻细胞密度是或相当于 5000
cell!ml- 1, 另设 f/ 2 培养液组, 48h后记录轮虫种群数量.
224 塔玛亚历山大藻不同生长期的影响实验 根据藻的
生长速度,将藻的生长阶段分为停滞期、指数生长期(前期、
中期和后期)以及衰老期. 从同一瓶塔玛亚历山大藻以海水
和藻液的不同比例接种,分别在 8d 和 15d时取样,得到了处
于 5个时期的藻液( 1 和 2 属指数生长前期; 3 和 4 属指数
生长中期; 5 属指数生长后期) , 表 1 为所得 5 个生长时期藻
液的接种密度和实验时所用藻细胞密度.
塔玛亚历山大藻的每个生长时期实验都分为藻液和藻
细胞悬浮液两组, 藻密度分别为 500、1000 和 5000 cell!
ml- 1.每隔 12h 记录轮虫存活数, 直至轮虫 100% 死亡为止.
每个生长期轮虫的半数致死时间由从时间和轮虫存活率回
归曲线得到的轮虫种群数量下降一半时所需时间.
2 2 5 东海原甲藻的影响实验 取指数生长中期东海原甲
藻, 血球计数板计数后,用消毒海水稀释, 使藻细胞密度分别
达到 1 ∀ 104、2∀ 104、3∀ 104、4 ∀ 104、5 ∀ 104 和 10∀ 104 cell!
ml
- 1
,每天记录轮虫种群数量, 实验共进行 9d.
2 2 6 两种藻的混合实验 塔玛亚历山大藻和东海原甲藻
的藻细胞密度( cell!ml- 1)比设为 102#1∀ 104、102#5∀ 104 和
103#1∀ 104、103#5 ∀ 104, 另外再设相应密度的单一藻实验,
即塔玛亚历山大藻 102、103cell!ml- 1和东海原甲藻 1 ∀ 104、5
∀ 104 cell!ml- 1, 实验共进行 9d.
表 1 不同生长期塔玛亚历山大藻的藻液
Table 1 Algal solution of A. tamarense at different growth phase in ex
periment
密度
Densit y
( cell!ml- 1)
接种后第 8天
8 day s after inoculation
1 期
Phase 1
2期
Phase 2
接种后第 15天
15 days after inoculat ion
3期
Phase 3
4期
Phase 4
5 期
Phase 5
接种密度 Initial 1860 2760 1790 2890 4380
实验密度 Final 4980 8610 12800 15300 17100
3 结果与讨论
31 塔玛亚历山大藻对轮虫种群数量的影响
不同密度梯度的塔玛亚历山大藻对褶皱臂尾轮
虫种群数量的影响如图 1所示. 48h后,无毒塔玛亚
历山大藻( AT6)组轮虫种群数量无显著变化,仍维
持在起始的 300 个左右. 饥饿组轮虫种群数量有所
下降,但不显著. 塔玛亚历山大藻藻细胞密度越高,
轮虫种群数量降低程度越明显, 至 300 cell!ml- 1时,
轮虫种群数量开始有明显下降, 至 1000 cell!ml- 1
时,轮虫种群数量降为原来的 50%; 5000 cell!ml- 1
时,轮虫种群数量仅为原来的 17% . 塔玛亚历山大
藻对轮虫的 48hLC50约为 1300 cell!ml- 1. 由实验结
果可见, 塔玛亚历山大藻组轮虫种群数量降低的程
度均远大于饥饿组, 说明塔玛亚历山大藻实验组中
图 1 不同密度的塔玛亚历山大藻 48h后对轮虫种群数量的影响
Fig. 1 Effect s of A . tamarense w ith different densit ies on rot ifer B . p li
cati li s populat ion af ter 48h exposure.
1)对照 Cont rol, 2) 饥饿 Hunger, 3 ) AT6, 4 ) 100, 5 ) 200, 6 ) 300, 7 )
500, 8) 1000, 9) 2000, 10) 3000, 11) 5000.
1152 应 用 生 态 学 报 14卷
轮虫的死亡并不是仅仅由于饥饿引起的, 藻细胞对
轮虫也有一定毒性作用, 这种毒性作用随着藻细胞
密度的增加逐渐增强.
32 塔玛亚历山大藻不同组分和标准毒素 ST X对
轮虫种群数量的影响
本株甲藻塔玛亚历山大藻( A . tamarense )能产
生麻痹性贝毒 ( PSP, Paralyt ic Shellf ish Poison
ing) [ 1] .为了寻找致毒根源, 我们研究了藻的各组
分:藻液、藻细胞、藻细胞培养液过滤液、藻细胞内容
物、藻细胞碎片、f/ 2 培养液对轮虫种群数量的影响
并与一种标准 PSP 毒素STX 作比较.由图 2 可见,
48h后各组分中只藻液和藻细胞使轮虫种群数量显
著降低, 分别降低了 87%和 70% , 其它组分以及
STX标准毒素组轮虫种群数量与饥饿组相比, 无显
著差异.在另外的实验中, 我们发现轮虫对该藻的
摄食率极低, 因此轮虫种群数量的影响与 PSP 看来
无相关关系, 实验中塔玛亚历山大藻各组分中只有
完整的活藻细胞(藻液和藻细胞)才具有对轮虫的致
死效应,这种毒害作用可能与藻细胞活性有关.
甲藻亚历山大藻细胞外被甲片具有两个鞭毛,
能运动[ 6] .当藻细胞在海水中运动时难免会与轮虫
发生频繁碰撞, 可能会给轮虫造成机械损伤或者使
其发生生理紊乱,还有可能是这种碰撞刺激了藻细
胞释放出某种有害物质对轮虫产生毒害作用. 据
Kim等[ 2]报道, 甲藻( H eterocapsa cir cular isquama )
对褶皱臂尾轮虫有致死作用, 而且藻细胞密度越高,
毒害作用越明显;他们指出这种毒害作用是由于藻
细胞和轮虫之间发生频繁碰撞而影响了轮虫体内某
图 2 塔玛亚历山大藻不同组分和标准毒素 STX 48h后对轮虫种群
数量的影响
Fig. 2 Ef fect s of diff erent fractions of A . tamarense and STX standard
toxin on rot if er B . p li cati lis population after 48h exposure.
1 )对照Cont rol, 2)饥饿Hunger, 3)AT6, 4)藻液Algal culture, 5)藻
细胞 Re suspended algal cells, 6)藻细胞培养液过滤液 Cellfree medi
um, 7) f/ 2培养液 f/ 2 medium, 8)藻细胞碎片Cell fragments, 9)藻细
胞内容物 Cell contents, 10) STX.
些生理功能并刺激了位于藻细胞表面毒素物质的释
放. Kam iyama 等[ 1]报道这种藻对纤毛虫( Favella
taraikaensis)也有致死作用, 且与藻细胞密度呈正相
关,这种毒害作用也与藻细胞和纤毛虫之间的碰撞
有关.我们的实验与这些报道有类似的影响机制.
Yan 等[ 10]报道塔玛亚历山大藻( ATHK)产生
一种非 PSP 能抑制栉孔扇贝受精卵孵化的未知毒
素,对藻细胞不同组分的实验发现抑制作用源于藻
细胞碎片,因此认为这种未知毒素是由藻细胞表面
产生的.本实验表明,塔玛亚历山大藻藻细胞碎片对
轮虫种群数量没有影响, 很可能是对轮虫的毒害作
用与Yan等[ 10]报道的未知毒素无关,或者是轮虫对
这种毒素不敏感.
33 塔玛亚历山大藻不同生长期对轮虫种群数量
的影响
图 3为不同生长期塔玛亚历山大藻藻液和藻细
胞悬浮液对轮虫种群数量影响的实验结果.不管是
藻液还是藻细胞对轮虫种群数量影响的半数致死时
间从 1期至 5期逐渐延长, 表明早期生长阶段( 1期
和 2期)对轮虫的毒害作用较明显,藻细胞指数生长
前期( 1期和 2期) , 藻细胞分裂快,活力强,毒害作
用较强.因此,这种毒害作用可能与不同生长期藻细
胞的生理状态有关.这与藻细胞不同组分实验结果
图 3 不同生长期塔玛亚历山大藻藻液( a)和藻细胞( b)对轮虫种群
数量的影响
Fig. 3 Effect s of algal culture( a) and resuspended algal cells ( b) of A .
tamarense on rot ifer B . pl icat il is populat ion at dif ferent growth phases.
& . 500 cell!ml- 1, ∋ . 1000 cell!ml- 1, ( . 5000 cell!ml- 1.
11537 期 王丽平等:塔玛亚历山大藻和东海原甲藻对褶皱臂尾轮虫种群数量的影响
相吻合,即藻细胞的毒害作用与藻细胞活性有关, 藻
细胞生长旺盛则影响明显.
34 东海原甲藻对轮虫种群数量的影响
图 4为不同密度的东海原甲藻对褶皱臂尾轮虫
种群数量影响的实验结果. 低密度组( 1 ∀ 104, 2 ∀
10
4
, 3 ∀ 104 cell!ml- 1)轮虫种群数量有显著增加; 高
密度组( 4 ∀ 104, 5 ∀ 104, 10 ∀ 104 cell!ml- 1)轮虫种
群数量到第 9天虽有所增加, 但并不显著,第 5和第
9天时轮虫种群数量显著低于低密度东海原甲藻
组,分别是 1 ∀ 104 cell!ml- 1组种群数量的 70%、
65%、57%和 66%、60%、46% . 实验过程中发现高
密度组,尤其是 10 ∀ 104 cell!ml- 1的实验组,东海原
甲藻藻细胞的外缘似乎有一些粘附物质, 能够将部
分褶皱臂尾轮虫缠在一起, 尤其是实验前两天这种
现象尤为显著, 使轮虫不能正常运动,很有可能是高
密度藻细胞对轮虫运动的限制作用影响了轮虫的繁
殖甚至存活,从而影响了轮虫种群数量的发展,但随
着实验时间的延长, 至 6、7d时这种缠绕作用有所减
轻.但< 4 ∀ 104 cell!ml- 1的藻细胞密度组没有这种
现象出现, 且轮虫能进行正常的生长繁殖, 看来< 4
∀ 104 cell!ml- 1的低密度东海原甲藻的藻细胞对轮
虫没有毒害作用,而且可以作为食物,使轮虫进行正
常的种群繁衍. 与结果 31相比,东海原甲藻对褶皱
臂尾轮虫种群数量的影响明显低于塔玛亚历山大藻.
图 4 不同密度东海原甲藻对轮虫种群数量的影响
Fig. 4 Ef fects of P . donghaiense w ith different densit ies on rot ifer B .
pl icat ili s populat ion.
1)对照 Control, 2)饥饿Hunger, 3) 1∀ 104, 4) 2∀ 104, 5) 3∀ 104, 6) 4∀ 104,
7) 5∀ 104, 8)10∀ 104;&. 1 d,∋. 5 d, (. 9 d.下同The same below.
35 两种甲藻混合情况下对轮虫种群数量的影响
塔玛亚历山大藻和东海原甲藻混合情况下对褶
皱臂尾轮虫种群数量的影响如图 5所示. 103 cell!
ml- 1的单一塔玛亚历山大藻组, 第 5天时 100%死
亡,而与 1 ∀ 104 cell!ml- 1和 5 ∀ 104 cell!ml- 1的东海
原甲藻混合后,第 5天时轮虫种群数量分别仍为原
来的 40%和 33%;同样 102 cell!ml- 1的单一塔玛亚
历山大藻组,第 5天和 9天时,轮虫种群数量分别为
原来的 73%和 43%, 而与 1 ∀ 104 cell!ml- 1和 5 ∀
10
4
cell!ml- 1的东海原甲藻混合后, 5 d时种群数量
分别为原来的 127%和 80%, 9 d时为原来的 170%
和 47%.因此, 塔玛亚历山大藻与东海原甲藻混合
图 5 塔玛亚历山大藻(ATHK)和东海原甲藻( PD)混合情况下对轮
虫种群数量的影响
Fig. 5 E ffect s of the mixture of A . tamarense ( ATHK) and P . dong
haiense ( PD) on rotif er B . p li cat il is population.
1)对照 Cont rol, 2) 饥饿 Hunger, 3) PD 1 ∀ 104, 4 ) PD 5∀ 104, 5 )
ATHK 102, 6) ATHK 103, 7) 102: 1∀ 104, 8) 102: 5∀ 104, 9) 103: 1 ∀
104, 10) 103: 5∀ 104.
后,后者减轻了前者对轮虫的毒害作用, 低密度 1 ∀
10
4
cell!ml- 1的东海原甲藻尤为显著,它抵消了单独
存在的塔玛亚历山大藻在 102 cell!ml- 1密度时对轮
虫的致死作用.究其原因,很可能是东海原甲藻能够
为轮虫提供食物, 增强了轮虫对外界毒害作用的抵
抗能力; 塔玛亚历山大藻对轮虫的毒害作用可能是
饥饿和毒性物质双重作用的结果.
2002年 5 月东海发生赤潮的原因种主要是东
海原甲藻, 其次为亚历山大藻, 密度分别达到 104
和 102 cell!ml- 1, 实验中所用亚历山大藻为与现场
藻毒性相当的有毒藻株塔玛亚历山大藻( ATHK) ,
实验中将塔玛亚历山大藻和东海原甲藻两种藻细胞
混合,尽量模拟东海赤潮的实际情况,观察对褶皱臂
尾轮虫种群数量的影响. 结果表明, 2002 年 5月东
海大规模赤潮的两个藻种对微型浮游动物都会具有
不同程度的毒性, 因此,此次赤潮对浮游动物的生长
繁殖和种群能够产生一定的危害作用, 而且此次赤
潮规模大, 超过 1000 km 2, 持续时间长, 超过 1 个
月,在这种情况下对浮游生态系统乃至整个海洋生
态系统都可能产生较大的影响, 这方面的研究还有
待于进一步进行.
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in China. Chin B ull L if e Sci (生命科学) , 13( 2) : 54~ 59 ( in Ch i
nese)
作者简介 王丽平, 女, 1974 年生,在读博士, 主要从事海洋生态毒理方面的研究. Email: wangliping@ ms. qdio. ac. cn
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∗应用生态学报+( 1990年创刊)是经国家科委批准、科学出版社出版的国内外公开发行的综合性学术刊
物.本刊宗旨是坚持理论联系实际的办刊方向,结合科研、教学、生产实际,报导生态科学诸领域在应用基础
研究方面具有创新的研究成果,交流基础研究和应用研究的最新信息, 促进生态学研究为国民经济建设服
务.
本刊专门登载有关应用生态学(主要包括森林生态学、农业生态学、草地牧业生态学、渔业生态学、自然
资源生态学、全球生态学、污染生态学、生态工程学等)的综合性论文、创造性研究报告和研究简报等.
本刊读者对象主要是从事生态学、地学、林学、农学和环境科学研究、教学、生产的科技工作者,有关专业
的大学生及经济管理和决策部门的工作者.
本刊与数十家相关学报级期刊建立了长期交换关系, ∗中国科学引文索引+、∗中国生物学文摘+、美国∗生
物学文摘+( BA)、美国∗化学文摘+( CA)、英国∗生态学文摘+( EA)、日本∗科学技术文献速报+( CBST)和俄罗
斯∗文摘杂志+( P )等十几种权威检索刊物均收录本刊的论文摘要(中英文) , 并被认定为∗中国核心期刊
(遴选)数据库+和∗中国科学引文数据库+来源期刊.本刊的整体质量与水平已达到新的高度, 1992年荣获全
国优秀科技期刊三等奖和中国科学院优秀期刊二等奖, 1996年荣获中国科学院优秀期刊三等奖. 2000年荣
获中国科学院优秀期刊二等奖.
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11557 期 王丽平等:塔玛亚历山大藻和东海原甲藻对褶皱臂尾轮虫种群数量的影响