全 文 ：第 32 卷 第 2 期 生 态 科 学 32(2): 165-170
2013 年 3 月 Ecological Science Mar. 2013
收稿日期: 2012-10-18 收稿; 2012-11-15 接受
基金项目: 国家自然科学基金(41276155, 41106117), 广东省自然科学基金(S2011040003419)，教育部留学回国人员科研启动基金。国家海洋局重点实验室
开放课题（MATHAB20100304），国家海洋局海洋生态环境科学与工程重点实验室开放基金。
作者简介：王艳(1970—)，教授，女，博士，主要从事海洋生态学和藻类生理学研究。
* 通讯作者，E-mail: yanwang7018@163.com

王艳，邓坤，王小冬. 球形棕囊藻囊体形成中光照、营养盐和共存硅藻的影响[J]. 生态科学, 2013, 32(2): 165-170.
WANG Yan, DENG Kun, WANG Xiao-dong. The effects of light, nutrient and co-existing diatom on colony formation of Phaeocystis
globosa[J]. Ecological Science, 2013, 32(2): 165-170.

球形棕囊藻囊体形成中光照、营养盐和共存硅藻的
影响
王艳，邓坤，王小冬
暨南大学，赤潮和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】在不同光照和营养盐结构条件下半连续培养球形棕囊藻和 3 种硅藻，研究光照、营养盐限制和硅藻竞争对球形棕囊藻
囊体形成的影响。结果表明：高光照显著促进了藻类的生长，球形棕囊藻在低光环境下几乎不形成囊体。球形棕囊藻和 3 种硅
藻对光限制和 P 限制更加敏感，而在 N 限制环境中均具有相对较高的生物量。粒径较小的球形棕囊藻游离单细胞和中肋骨条藻
在营养盐和光限制条件下比粒径较大的细胞具有更强的竞争能力。硝酸盐是球形棕囊藻囊体形成的营养基础，但是营养盐结构
并未改变棕囊藻囊体形态。具有两种生活史状态有利于球形棕囊藻度过资源限制的环境，从而有利于球形棕囊藻在硅藻藻华之
后再次形成藻华。
关键词：球形棕囊藻，硅藻，光限制，营养限制
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.02.005 中图分类号：Q175 文献标志码：A 文章编号：1008-8873(2013)02-165-06
The effects of light, nutrient and co-existing diatom on colony formation of
Phaeocystis globosa
WANG Yan, DENG Kun, WANG Xiao-dong
Research Center for Harmful Algae and Aquatic Environment, Key Laboratory of Eutrophication and Red Tide Prevention of
Guangdong Higher Education Institutes, Jinan University, Guangzhou, 510632, China
Abstract: Phaeocystis globosa and three diatom species were grown in semi-continuous culture in order to investigate the effects of
irradiance, N:P supply ratio and the competition from coexisting diatoms on the colony formation of P. globosa. Experiments were
conducted with two light regimes under N- and P-limited conditions. The results showed that high light increased the growth of all
species of phytoplankton, and that higher phytoplankton biomass was observed in the N-limitation culture. Due to their smaller cell
volume, Skeletonema costatum and P. globosa solitary cells possessed higher competition relative to Thalassiosira weissflogii and
Chaetoceros curvisetus. P. globosa failed to form colonies under low light conditions. Nitrate was the favored nitrogen source for the
development of colonies, however the architecture of colonies was not affected by different N:P supply ratio. The life cycle
transformations permitted P. globosa to survive when light and nutrient became limited, partly explaining the mechanisms that P.
globosa blooms occurred after diatom blooms along the coasts.
Key words: Phaeocystis globosa, diatoms, light limitation, nutrient limitation

生 态 科 学 Ecological Science 32 卷 166
1 引言（Introduction）

近年来，棕囊藻（Phaeocystis）生理特征和生
态效应的研究已成为海洋学研究的热点之一，主要
原因是棕囊藻具有特殊的异型生活史并且频繁形成
规模宏大的有害藻华。棕囊藻生活史中包含游离单
细胞和囊体两种状态[1]。游离单细胞的直径一般为
3-9 μm，囊体直径则为几百微米，中国南海发现的
球形棕囊藻（P. globosa）囊体直径甚至可达到 3 cm，
是目前世界海区发现的最大的棕囊藻[2]。囊体的巨
大体积有效抵御着浮游动物摄食和海洋细菌的侵
蚀[3]，被认为是棕囊藻全球范围内频繁引发藻华的
原因之一[4]。1997 年，我国南海首次爆发球形棕囊
藻藻华，覆盖海域面积达 3 000 km2，时间持续 6 个
月，大量养殖鱼类死亡，直接经济损失超过 750 万
美元[2]。此后棕囊藻多次在我国南海和渤海海域引
发大面积藻华，给当地海水养殖业带来巨大的经济
损失。
氮、磷是限制球形棕囊藻生长和藻华发生的物
质基础，棕囊藻藻华一般在营养盐充裕甚至富营养
化的近岸海域发生，氮限制或磷限制均抑制了球形
棕囊藻的生长和生活史转化[4-5]。尽管球形棕囊藻囊
体细胞和游离单细胞对于磷的吸收速率相似，但是
前者的半饱和常数显著高于后者，因此更容易受到
磷限制的影响，棕囊藻在较低的磷酸盐浓度下无法
形成囊体[5]。尽管单细胞能够在各种形态氮素环境
中生长，但是囊体形成对于氮素形态具有专一性，
硝酸盐存在是球形棕囊藻囊体形成的基础，其它形
态的氮源，例如铵盐和尿素则导致囊体的消散[4]。
在比利时和荷兰海域，球形棕囊藻藻华的产生和水
体中硝酸盐浓度变化趋势一致[7]。
球形棕囊藻藻华经常发生在硅藻藻华之后，其
发生和消散过程中总是伴生硅藻，尤其是角毛藻、
海链藻、中肋骨条藻以及拟菱形藻等成链状群体的
硅藻[8]。硅藻的角毛或刺可为球形棕囊藻囊体的形
成提供依附介质，有利于囊体的形成[6]。硅藻也可
以通过吸收棕囊藻囊体物质作为自身的生长物质
[9]。由于同存于同一水体中，尤其在资源限制的水
体中，硅藻不可避免影响了棕囊藻对于资源的获取，
继而抑制棕囊藻生长和囊体形成。在正常营养盐条
件下，硅藻的竞争力远远低于棕囊藻，但是棕囊藻
和硅藻在资源限制水体中的相互影响和生态效应还
未可知。本研究选取中国南海海区的硅藻和热带球
形棕囊藻作为实验对象，研究球形棕囊藻与 3 种硅
藻在营养盐限制和光限制条件下的生长、生物量和
形态的变化，从而探索资源限制环境中硅藻和棕囊
藻的相互作用。

2 材料与方法（Materials and methods）

2.1 藻种培养
本实验中采用藻种为球形棕囊藻、中肋骨条藻
（Skeletonema costatum）、威氏海链藻（Thalassiosira
weissflogii）、旋链角毛藻（Chaetoceros curvisetus）
(表 1)，3 种硅藻为我国沿海常见藻华物种，而且经
常与球形棕囊藻共生。上述物种均采自中国南海大

表 1 混合培养藻类体系中不同藻类的最高细胞密度
Table 1 The highest cell abundance of algae in the mixed culture system.
最高细胞密度 The highest cell abundance (×103 cells/mL±SE)
高光 High light condition 低光 Low light condition
藻类物种
Algae species
细胞体积 Cell
volume (µm3)
P-limited N-limited P-limited N-limited
球形棕囊藻单细胞（P. globosa solitary
cells） 33 289.7±7.02 239.3±2.51 50.3±4.0 44.7±2.08
球形棕囊藻囊体细胞*（P. globosa
colonial cells） 113 63.83±2.45 8.9±0.56 0.1±0.05 0.3±0.06
中肋骨条藻 （Sketonema costatum） 197 50.0±3.0 313.0±7.2 45.7±2.1 53.3±2.5
旋链角毛藻 （Chaetoceros curvisetus） 2011 15.0±0.3 289±8.2 6.3±0.6 64.0±9.5
威氏海链藻 （Thalassiosira weissflogii） 2800 15.6±0.4 291.7±7.6 5.0±0.3 45.3±4.04

2 期 王艳，等. 球形棕囊藻囊体形成中光照、营养盐和共存硅藻的影响 167
亚湾海域，培养于暨南大学赤潮与海洋生物学研究
中心藻种室。采用盐度为 30 的 f/2 培养基，培养温
度为 20 ℃，光照强度为 50 µmol/ m2 /s，光暗比为
14 h：10 h。实验开始前，将球形棕囊藻通过 20 µm
的滤膜滤除囊体，收集游离单细胞用于资源竞争实
验。

2.2 资源竞争实验
本次实验设置高光照（500 µmol/ m2 /s）及低光
照组（50 µmol/ m2 /s），实验开始之前，藻种分别培
养于不同光照条件环境中 2 周，以适应不同的光照。
每个光照组中均设置 N-限制组和 P-限制组，N:P 比
分别为 4:1及 64:1，其余营养成分按 f/2培养基添加。
各组中均接入初始密度为 103 cells/mL 的球形棕囊
藻和 3 种硅藻，总体积为 500 mL。藻类采用半连续
培养，每次取样后加入同体积的 f/2 培养基；培养
温度为 20 ℃，光暗比为 14 h：10 h。每组各设 3
个平行样。

2.3 取样与测定
每隔 1 日取样一次。轻轻晃动培养瓶，使藻液
充分混匀，每次取出 20 mL 藻液，其中 10 mL 通过
GF/F 膜过滤，滤膜在 4 ℃下于 90%的丙酮中浸泡
24 h，利用 Trilogy 荧光计测定叶绿素 a 浓度。剩余
藻液加入终浓度为 4%的鲁格氏溶液（Lugols
solution）固定，在 Nikon-100 倒置显微镜下，计数
球形棕囊藻囊体数目、囊体直径、囊体内细胞数量
和硅藻细胞数量。每隔 3 日取样 20 mL 经 GF/F 膜
过 滤 后 ， 使 用 PLUS++ 营 养 盐 （ Skalar, the
Netherland）自动分析仪测定培养基内溶解性无机磷
和无机氮含量。通过公式 LN(Npha/Ndia)/t 计算棕囊藻
对硅藻的竞争能力。

2.4 数据统计
采用 SigmaStat（3.5 v, SPSS）软件进行数据统
计和检验。分析细胞密度随时间的变化采用one way
RM-ANOVA 方法；检验实验组间生物量差异的否
显著性采用 t-test 或 one way ANOVA。显著性水平
设置为 p<0.05。

3 结果与分析(Results and analysis)

3.1 营养盐的变化
在棕囊藻和硅藻混合培养体系中，无论高光照
还是低光照，P 限制组的磷酸盐总是被大量消耗，
尤其低光 P 限制组中，磷酸盐的浓度低至几乎为 0。
在 N 限制中，硝酸盐同样被消耗到很低的水平，8-24
d 内的硝酸盐仅在 1 µM 左右（图 1）。尽管高光 P
图 1. 不同光照和营养盐限制条件下混合培养藻类体系中溶解性无机营养的变化
Fig. 1 Dissolved inorganic nutrients in cultures with P-limited and N-limited media under high and low light conditions in the
mixed culture system
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷 168

限制组中的硝酸盐也被大量消耗，但是考虑到硝酸
盐浓度依然高达 21±2.8 µM，该组中藻类不会受到
N 限制的影响。

3.2 藻类叶绿素 a 浓度的变化
在棕囊藻和硅藻混合培养体系中，高光照显然
更加适合硅藻和棕囊藻的生长，无论何种营养盐限
制条件下，高光照环境中的藻类叶绿素 a 浓度显著
高于低光照。当光照达到 500 µmol/ m2 /s 时叶绿素
a 浓度最高达到 82.03±3.62 µg/mL，而低光照中最高
仅为 13.08±1.75 µg/mL（图 2）。在高光组中，N 限
制下的叶绿素 a 浓度在培养实验的前 16 d 内显著高
于 P 限制（P<0.01）；但是低光环境中的藻类，N 限
制和 P 限制对藻类的生长并未有显著差异
（P>0.05）。

图 2 不同光照和营养盐限制条件下混合培养藻类体系中总
叶绿素 a 含量
Fig. 2 Chlorophyll a concentrations of phytoplankton
grown in P- and N-limited cultures under high and low light
conditions

3.3 藻类的生长
在低光照条件下，各种藻类的生长均受到显著
抑制，细胞最大密度显著低于高光照对比试验组。
不论是 P 限制还是 N 限制条件下，球形棕囊藻囊体
细胞的细胞密度都明显低于其他共培养的藻类。相
对于细胞体积较小的中肋骨条藻，粒径较大的旋链
角毛藻和威氏海链藻显然对于 P 限制更加敏感，它
们在 P 限制时细胞密度极低。而 N 限制下，它们的
细胞密度同球形棕囊藻单细胞和中肋骨条藻相似，
接近 300×103 cells mL−1。
高光 P 限制组中，球形棕囊藻的游离单细胞密
度和囊体细胞密度均显著高于其它藻类，而在 N 限
制环境中囊体细胞密度显著下降，游离单细胞密度
则稍低于硅藻（P<0.01）。但是低光照环境中，囊体
细胞密度远远低于其它藻类，其竞争能力远远低于
硅藻，说明球形棕囊藻囊体细胞的形成更加依赖于
高光照和 N 素的存在。

3.4 球形棕囊藻囊体数量和形态
球形棕囊藻在光照强度低至 50 µmol/ m2 /s 时
几乎不形成囊体（图 3），而光照一旦提高到 500
µmol/ m2/s，囊体数量最高可达到 404.67±24.58
colonies/mL。高光 N 限制组中棕囊藻最高囊体密度
仅为 48.0±5.57 colonies/mL，远远低于 P 限制组。考
虑到 P 限制组中硝酸盐含量达到 20 µM 左右，说明
硝酸盐的存在更加有利于球形棕囊藻囊体的形成。

图 3 球形棕囊藻囊体在不同光照和营养限制条件下的囊体
直径（a）和囊体细胞密度（b）
Fig. 3 The colony diameter (a) and concentration (b) of P.
globosa under different light intensity and nutrition-limited
conditions.

较低的光照不仅抑制棕囊藻囊体数量，而且显
著抑制囊体直径和囊体内细胞数量（图 3）。而高光
2 期 王艳，等. 球形棕囊藻囊体形成中光照、营养盐和共存硅藻的影响 169
有助于较大囊体的形成，其直径最高达到 200 µm，
每个囊体平均包含 210 个细胞。营养盐结构的差异
并未对囊体形态产生影响，N 限制和 P 限制组中囊
体直径和囊体内细胞数量并未有显著差异
（P>0.05）。

3.5 球形棕囊藻的竞争能力
除了在高光 N 限制组中，在其他三个实验组中
球形棕囊藻对硅藻的相对竞争能力变化趋势相似。
在混合培养实验期间，随着囊体的逐渐形成，球形
棕囊藻的竞争能力高于硅藻；在 12~16 d 左右，随
着球形棕囊藻囊体数量逐渐减少，其竞争能力开始
下降，并弱于硅藻。而在高光 N 限制环境中的棕囊
藻对硅藻的竞争能力为负值，说明硅藻在高光 N 限
制情况下竞争能力远高于棕囊藻，也说明了高光和
硝酸盐对于棕囊藻生长的重要性。


图 4 棕囊藻对硅藻的竞争能力
Fig. 4 The competiveness of P. globosa with the other
diatoms.

4 讨论(Discussion)

光照是藻类进行光合作用和生长的基础，显著
影响着藻类竞争资源的能力。本研究仅讨论在氮磷
限制的条件下，球形棕囊藻与几种硅藻的竞争能力。
各藻类物种在低光照情况下生长极其缓慢，低光组
中藻类总叶绿素 a 含量远远低于高光组，本研究所
选用的 4 种藻类均分离自南海海区，反映了它们长
期生活在南亚热带海区，更加适应较高的光照环境。
研究表明：南中国海藻类，尤其是集群化的硅藻种
类能够耐受很高的光照强度，他们的光合作用效率
随着光照强度的提高而增强，当光照达到 1 000
µmol/ m2 /s 时电子传递速率才逐渐达到饱和，而在
低光范围内它们的光合作用和生长效率均较低[10]。
同样在高光条件下球形棕囊藻产生较高的囊体数量
和游离单细胞数量。本研究结果同 Blauw 等（2012）
的研究结果接近：球形棕囊藻的囊体仅在光照超过
40 µmol/ m2 /s 时形成，低于这个阈值，囊体极少形
成。这一特点也符合球形棕囊藻藻华发生时总是分
布在水体表层这一特点。
细胞粒径大小决定着藻类的营养吸收率、半饱
和常数以及营养物质的贮存[11-12]，继而影响了藻类
的生长和分裂。一般来说，粒径较小的藻类能够更
有效率的吸收营养，从而适合生长在贫营养化海区，
而粒径较大的藻类更容易在富营养化海区生活[13]。
本研究中体积较小的中肋骨条藻在各种资源限制条
件下均具有高于（或不低于）其它藻类的细胞密度
同样支持上述观点。但是在 P 限制时，中肋骨条藻
细胞密度高于其它硅藻物种却低于球形棕囊藻的游
离单细胞的细胞密度，说明后者具有比硅藻更高的
资源竞争能力。这可能因为球形棕囊藻单细胞直径
约为 2-9 µm，中肋骨条藻的细胞平均直径稍大于前
者，为 4-15 µm，同上述观点一致。也可能同球形
棕囊藻游离单细胞具有鞭毛可以运动有关。研究表
明东海原甲藻、锥状斯氏藻等甲藻在 P 限制条件下
均比中肋骨条藻具有较高的竞争能力[14-15]，并且在
贫营养化海域藻华的优势种经常为能够运动的甲
藻。同甲藻相似，棕囊藻的游离单细胞的运动能力
提高了其探索和利用有限营养盐的能力。
正是由于资源竞争能力的差异，棕囊藻两种生
活史阶段显示出不同的适应能力。棕囊藻的游离单
细胞显然更加适应各种低光和营养盐限制环境，各
种资源限制条件下，游离单细胞密度均高于囊体细
胞数量：尤其在低光环境中游离单细胞的密度高于
硅藻，球形棕囊藻的囊体几乎不形成；N 限制和 P
限制对游离单细胞的生长无差异，而 P 限制环境中
棕囊藻囊体密度远远高于 N 限制，低光 N 限制环境
中棕囊藻竞争能力低下同样说明了硝酸盐对于棕囊
藻生长和生活史转化的重要性[4]。本研究的结果说
明游离单细胞具有比囊体细胞更优越的资源竞争策
略，有助于球形棕囊藻度过不良的生活环境。Verity
等（2007）认为：尽管囊体形态有利于抵御浮游动
物摄食，降低死亡率，但是在光限制或者营养盐限
制下，游离单细胞具有更高的资源竞争能力，因此
具有更高的存活率，这也是球形棕囊藻具有两种生
活史型态的优势之一[6]。
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷 170
球形棕囊藻的高竞争性以及对于资源限制的
耐受性具有重要的生态意义，部分解释了棕囊藻藻
华能够在硅藻藻华之后发生的原因。硅藻藻华的发
生导致营养盐被大量消耗，尤其是硅酸盐的消耗，
引起硅藻藻华的消散，而棕囊藻游离单细胞对于 N
和 P 营养盐的高耐受性则有助于棕囊藻度过寡营养
盐期[16]。一旦 N 限制和 P 限制解除，尤其是硝酸盐
的再次输入，棕囊藻能够迅速的提高其生物量，从
而形成囊体形态的藻华[17]，而硅藻由于硅酸盐的限
制无法同棕囊藻竞争。随着近年来沿海海域氮和磷
营养浓度的持续提高，势必导致海区硅藻受到硅限
制的影响，从而引起这些海域硅藻藻华的减少以及
棕囊藻和甲藻等藻华的提高。

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