全 文 ：第 33卷 第 1期 生 态 科 学 33(1): 56−60
2014 年 1 月 Ecological Science Jan. 2014

收稿日期: 2013-11-23; 修订日期: 2013-12-25
基金项目: 国家自然科学基金(No.41106117, No. 41276155); 科技部国家支撑计划(No.2012BAC07B05); 广东省自然科学基金(No.S2011040003419)和教
育部留学回国人员科研启动基金(第 44 批)
作者简介: 杨华钊(1988—), 男, 湖北恩施人, 硕士, 从事赤潮与海洋生物学研究, E-mail: huazhao6@gmail.com
*通信作者: 王艳, 女, 研究员, 从事赤潮与海洋生物学研究, E-mail: yanwang7018@163.com

杨华钊, 郑晶晶, 杜蒙蒙, 等. 游离单细胞和囊体细胞在球形棕囊藻囊体形成中的作用[J]. 生态科学, 2014, 33(1): 56−60.
YANG Huazhao, ZHENG Jingjing, DU Mengmeng, et al. The roles of colonial and solitary cells in the colony formation in
Phaeocystis globosa[J]. Ecological Science, 2014, 33(1): 56−60.

游离单细胞和囊体细胞在球形棕囊藻囊体形成中的作用
杨华钊, 郑晶晶, 杜蒙蒙, 王小冬, 王艳*
暨南大学赤潮与海洋生物学研究中心, 水体富营养化与赤潮防治广东普通高校重点实验室, 广州 510632

【摘要】 球形棕囊藻是我国沿海常见有害藻华物种, 游离单细胞和囊体细胞是其异型生活史中主要的细胞形态。该研
究通过分离游离单细胞和囊体细胞分别引发囊体的再次形成 , 以阐明两种类型细胞在球形棕囊藻生活史转化过程中
的作用。游离单细胞可诱导形成更高的生物量和更多的囊体, 但是两者诱导产生的囊体体积和囊体细胞数量并无显著
性差异。游离单细胞诱导产生的囊体在单位表面积上的细胞密度更高, 排列更加紧密, 因此结构更加紧致。同棕囊藻
藻华发生时以囊体为优势形态不同, 该研究发现只有不到 15%的细胞以囊体细胞的形态存在。游离单细胞和囊体细胞
均可引发囊体形成, 有利于球形棕囊藻藻华的形成以及规模的维持。

关键词：球形棕囊藻; 囊体细胞; 游离单细胞; 囊体形成; 有害藻华
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2014.01.010 中图分类号：Q178.53 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2014)01-056-05
The roles of colonial and solitary cells in the colony formation in Phaeocystis
globosa
YANG Huazhao, ZHENG Jingjing, DU Mengmeng, WANG Xiaodong, WANG Yan*
Research Centre for Harmful Algae and Marine Biology, Jinan University, Guangzhou 510632, China
Abstract：Phaeocystis is regarded as a harmful algal genus in Chinese coastal waters, and has an unusual hetero-morphic life cycle
that includes gelatinous colonies and solitary cells. Colonial (C) and solitary cells (S) were collected to initiate the colony
formation to assess their roles in the growth and colony development of P. globosa. Total biomass and colony abundance of P.
globosa derived from colonial cells were less than solitary cells. The differences in the colony diameter and cells per colony
between S and C treatments were insignificant. Colony of P. globosa derived from solitary cells generated much higher cell density
per unit surface area; cells were closely arranged, thus archeticture was more stable. Unlike in nature where colony was dominant,
less than 15% total cells were in colonial form in our studies. The energy loss during life cycle caused fewer cells per unit colony
surface. The initiations to the colony formation by both colonial and solitary cells are important determinants in maintaining the
bloom and responsible for the success of P. globosa in marine systems.
Key words: Phaeocystis globosa; colonial cells; solitary cells; colony formation; HABs
1 前言
棕囊藻(Phaeocystis)遍布从两极到热带的广大
海区, 在海气碳和硫循环、食物链结构塑造以及气
候调控等方面均具有极其重要的作用[1–2]。棕囊藻属
于有害藻华物种, 其引发的藻华经常导致严重的生
1 期 杨华钊, 等. 游离单细胞和囊体细胞在球形棕囊藻囊体形成中的作用 57
态灾难和经济损失[1–3]。
球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)生活史中包含
囊体和游离单细胞形态, 因此常见细胞形态为囊体
细胞和游离单细胞[5]。囊体细胞无鞭毛, 不能自由运
动, 被一层胶质鞘包裹形成中空的球形囊体, 囊体
直径一般可达几百微米, 而我国发现的球形棕囊藻
囊体直径最高可达 3 cm, 是目前世界上发现的最大
的囊体[6]。游离单细胞一般 3—9 µm, 具有鞭毛, 可
自由泳动。球形棕囊藻生活史遵循“游离单细胞(单
倍体)—囊体细胞(2 倍体)—游离单细胞(单倍体)”这
一途径, 游离单细胞通过配子结合形成二倍体囊体
细胞, 分泌胶质将自身包裹形成囊体, 细胞在囊体
内持续分裂, 囊体体积随之提高。当囊体衰老即将
破裂时, 囊体细胞通过减数分裂转化成单倍体细胞,
游离出囊体, 完成生活史的循环[7]。在水体搅动或摄
食等外力作用下, 未衰老的囊体也经常破裂释放出
囊体细胞, 研究表明这些细胞依然可以继续形成囊
体[7]。因此游离单细胞和囊体细胞是球形棕囊藻囊
体形成和藻华发生的基础, 决定了藻华的生消和规
模[1,4]。但是囊体细胞和游离单细胞引发囊体形成过
程中的差异还没有研究。为比较 2 种类型细胞在囊
体形成过程中的诱导作用, 筛选分离出游离单细胞
和囊体细胞, 分别进行培养并诱发囊体形成, 比较
囊体数量、囊体形态和囊体结构的差异, 以阐明不
同细胞在囊体诱发过程中的作用和功能。
2 材料和方法
2.1 藻种的培养
本研究所用球形棕囊藻取自中国南海柘林湾, 藻
种培养在盐度为 30的 f/2培养基中, 温度 20 ℃, 光照
强度为 100 μmol·photons·m–2·s–1, 光暗比为 12 h: 12 h。
2.2 游离单细胞和囊体细胞的获取
将球形棕囊藻过滤通过 10 µm 的筛绢, 滤液中
仅存游离单细胞(Solitary cells, 简称 S 组), 而囊体
保留在筛绢上。将筛绢置于 f/2 培养液中浸泡洗脱,
转移囊体至培养液中, 立即使用mini Vortexer(Fisher
Scientific, USA)涡旋 10 min, 使囊体破裂释放出囊
体细胞。涡旋后样品再次通过 10 µm 的筛绢, 分离
得到囊体细胞(Colonial cells, 简称 C 组)。
2.3 培养和测定
将上述游离单细胞和囊体细胞分别接入 f/2 培
养基中, 初始细胞丰度均为 1000 cells·mL–1, 接种体
积为 1000 mL, 每组设置 3 个平行。培养条件同 2.1。
实验共持续 16 d, 每 2 d取样一次。每次取 30 mL
样品, 其中 20 mL 过滤至 GF/F 膜, 在 90%丙酮溶液
中黑暗萃取, 然后利用 TD-700 荧光计测定叶绿素 a
含量。其余 10 mL 加入终浓度为 4%的酸性 Lugol’s 溶
液固定。使用 Sedgwick-Rafter 计数框(SPI Supplies,
USA)计数游离单细胞数量, 计数的细胞总数量不低于
200。囊体数量、直径和囊体细胞数量在 24 孔细胞培
养板中进行观察测定, 计数的囊体数量不少于 30。
2.4 数据统计
采用 SigmaStat(v3.5 SPSS)进行数据统计和检
验。采用 One Way RM ANOVA 分析球形棕囊藻游离
单细胞丰度、囊体数量、囊体直径和囊体内细胞数
量随时间变化的差异是否显著; 分析 C 组和 S 组间
球形棕囊藻游离单细胞丰度、囊体数量、囊体直径
和囊体内细胞数量的差异是否显著采用 t-test, 显著
性水平设置为 p < 0.05。
3 结果
3.1 总生物量
在整个实验过程中, 两组中球形棕囊藻的总叶
绿素 a 浓度均逐渐提高(图 1)。至第 12 d 时单细胞起
始培养组(S 组)和囊体细胞起始培养组(C 组)的叶绿素
a 浓度分别达到(13.74 ± 1.51)和(26.12 ± 4.76) μg·L–1。自
第 8 d起, S组中球形棕囊藻叶绿素 a浓度均显著高于
C 组, 后者仅约为 S 组的 1/2 (p< 0.01)。结果表明游
离单细胞起始培养条件下, 能够产生更高的生物量。

图 1 不同初始细胞(囊体细胞 C 组和游离单细胞 S 组)球形
棕囊藻培养过程中叶绿素 a 浓度变化
Fig. 1 Chlorophyll a concentration of P. globosa formed
from colonial cells(C) and solitary cells (S)
58 生 态 科 学 33 卷
3.2 囊体数量
随着实验时间的推移, 两组中囊体数量均先升
高后下降。6—10 d 时 S 组的囊体数量高于 C 组(p <
0.01), 在第 10 d, S 组中囊体数量达到最高值(52.33
colonies·mL–1); 而 C 组中囊体数量在第 12 d, 才达
到其最高值(36.0 colonies·mL–1)(图 2)。总体上游离单
细胞(S 组)起始培养组在培养过程中有更高数量的
囊体形成。
3.3 囊体细胞的比例
两组中球形棕囊藻均以游离单细胞为主要存在
形态 , 囊体细胞占总细胞丰度的比例最高仅为
15%(图 3)。实验初期 S 组中囊体细胞比例高于 C 组
(p < 0.05), 但是在 6—8 d 内比例无差异(p > 0.05),
实验末期 C 组中囊体细胞的比例已经显著高于 S 组
(p < 0.01)。
3.4 囊体直径
球形棕囊藻囊体直径范围在 20—250 µm 之间

图 2 不同初始细胞(囊体细胞 C 组和游离单细胞 S 组)球形
棕囊藻培养过程中囊体数量变化
Fig. 2 Colonies abundance of P. globosa formed from
colonial cells (C) and solitary cells (S)

图 3 不同初始细胞(囊体细胞 C 和游离单细胞 S)球形棕囊
藻培养过程中囊体细胞的比例
Fig. 3 The percentages of colonial cells to total cells of P.
globosa formed from colonial cells (C) and solitary cells (S)
(图 4), 且 S 和 C 两组之间未有显著差异(p > 0.05)。
两组中囊体直径均随着实验时间的推移而逐渐提高,
第 6 d 囊体直径均在 50 µm 左右, 而第 10 d 囊体直
径高于 100 µm, 12 d 后下降(p < 0.05)。
3.5 囊体内细胞数量
囊体内细胞数量同囊体直径的变化趋势基本相
似: 先提高, 后下降(图 5)。但是 S 组内第 10 d 囊体

图 4 不同初始细胞(囊体细胞 C 和游离单细胞 S)球形棕囊
藻培养过程中囊体直径变化
Fig. 4 Colony diameter of P. globosa formed from colonial
cells (C) and solitary cells (S)

图 5 不同初始细胞(囊体细胞 C 和游离单细胞 S)球形棕囊
藻培养过程中囊体细胞数量变化
Fig. 5 Colonial cell abundance of P. globosa formed from
colonial cells (C) and solitary cells (S)
1 期 杨华钊, 等. 游离单细胞和囊体细胞在球形棕囊藻囊体形成中的作用 59
细胞数量迅速下降(p < 0.001)。除第 10 d 外两组间
囊体细胞数量没有显著差异(p > 0.05)。
3.6 囊体单位表面积的细胞密度
Log(囊体细胞数量) vs. Log(囊体直径)回归线的
斜率代表囊体单位面积上细胞的密度, 即细胞在囊
体表面分布的稀疏程度, 斜率值越高代表单位囊体
上分布的细胞越多。S 组回归线斜率稍高于 C 组(图
6), 说明 S 组起始培养形成的囊体在单位表面积上
的细胞密度更高, 排列更加紧密。
4 讨论
囊体是球形棕囊藻藻华发生期间的优势形态,
游离单细胞偶有发现或完全消失[5,8], 而实验室培养

图 6 囊体细胞(C)和游离单细胞(S)起始培养形成的球形棕
囊藻囊体直径和囊体细胞的关系
Fig. 6 Relationships between cell abundance per colony
and colony diameter of P. globosa from colonial cells (C) and
solitary cells (S)
的球形棕囊藻则会大幅度减少囊体形态[8–9]。与藻华
爆发时期不同, 本研究中囊体细胞数量仅占总细胞
数量的 15%, 在实验初期和末期甚至低于 5%, 游离
单细胞成为绝对优势形态。大量研究认为囊体形成
是球形棕囊藻的主要防御策略: 紧致坚韧的囊体外
被有效阻止了病毒和细菌的侵蚀[10]; 体积巨大造成
了浮游动物和棕囊藻间的粒径不匹配(size mismatch),
导致游动物无法摄食, 从而降低了死亡率[11]。因此
囊 体 的 形 成 属 于 诱 导 性 防 御 策 略 (Inducible
defense)[11]。室内培养的球形棕囊藻缺乏摄食压力的
胁迫 [13], 棕囊藻可能转移用于囊体构建的能量而
“投资”到单细胞的生长, 这也解释本研究中细胞而
非囊体成为优势形态的原因。
囊体由游离单细胞转化构建而成, 而囊体形态
的维持和生长则由囊体内细胞驱动[4]。尽管来自于
囊体内部, 但是从破裂囊体内逸出的囊体细胞在诱
导囊体再次形成过程中效率显然不及游离单细胞
(图 2), 其诱导产生的囊体数量和总生物量均显著
低于后者。在棕囊藻生活史中, 囊体细胞从囊体溢
出后, 要经过减数分裂转换成单倍体细胞, 才能引
发囊体的形成。在转换和减数分裂的过程中, 将出
现能量的损失, 随之导致囊体形成的滞后[7]。因此相
对于游离单细胞, 囊体细胞起始组中囊体形成效率
较低。
另外囊体细胞诱导形成的囊体紧致性较差。
Log(囊体细胞数量)随 Log(囊体直径)线性增长, 说
明囊体越大, 包含越多的细胞。但是回归线的斜率 k
< 2 则说明囊体细胞增长速度低于囊体直径提高速
度, 即细胞在囊体表层的分布逐渐稀疏[9,13]。C 组低
于 S 组(1.33 vs. 1.36), 说明囊体细胞诱导形成的囊体
细胞的分布较为稀疏, 从而导致囊体细胞诱导的囊
体结构较为松散。相对于球形棕囊藻其它株系, 本次
研究中使用的球形棕囊藻囊体细胞密度最低(表 1)。
表 1 球形棕囊藻不同藻株间的囊体粒径和细胞数量线性回归斜率比较
Tab. 1 Relationships between colonial cell abundance and colony diameter in the different strains of P. globosa
株系 培养基 囊体尺寸/μm 斜率 参考文献
越南 原位 ≤1.4×104 2.44 [12]
CCMP1528 L ≤2.0×102 1.61 [11]
CCMP1528 f/2 ≤3.0×102 1.57 [9]
CCMP629 f/2 ≤1.5×102 1.53 [9]
北海 f/2 ≤2.0×103 1.53 [13]
南海 f/2 <5.0×102 1.34 [14, 15]
60 生 态 科 学 33 卷
由于囊体形态的维持需要囊体细胞供给物质和能
量, 因此囊体细胞的稀疏将导致囊体材料薄弱易碎
以及形态不稳定, 并且限制了体积的增长。因此室内
培养的球形棕囊藻囊体外被薄弱, 易变形和破裂。
球形棕囊藻在我国海区的发生具有高频率、
规模大以及周期长的特点, 我国东南沿海营养盐
充裕, 尤其是氮素含量较高为囊体形成提供了物
质基础[9]。而球形棕囊藻具备的调节浮力、抵御摄
食和微生物侵蚀等生存策略降低了死亡率[10−11,13], 2
种不同类型细胞均能引发囊体形成这一特点则有助
于提高生长率。当囊体破裂时, 囊体细胞再次引发
囊体形成的功能有利于维持囊体形态和生长, 进而
有助于保持棕囊藻藻华的规模。
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