全 文 ：第 36 卷第 2 期
2016年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.36,No.2
Jan.,2016
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:浙江省自然科学基金(LY12D06001);教育部博士点优先发展领域课题(20133305130001);浙江省重大科技创新团队(2011R10029);
浙江省重点基金(Z3100565)
收稿日期:2014鄄01鄄17; 摇 摇 网络出版日期:2015鄄06鄄10
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zhouchengxu@ nbu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201401170133
文欣,刘宝宁,周成旭,蒋莹,陈航霞.颗石藻 Pleurochrysis carterae抗捕食特征.生态学报,2016,36(2):525鄄534.
Wen X, Liu B N, Zhou C X, Jiang Y,Chen H X.Characterization of anti鄄predator abilities of Pleurochrysis carterae.Acta Ecologica Sinica,2016,36(2):
525鄄534.
颗石藻 Pleurochrysis carterae抗捕食特征
文摇 欣,刘宝宁,周成旭*,蒋摇 莹,陈航霞
宁波大学海洋学院,宁波摇 315211
摘要:颗石藻 Pleurochrysis carterae是沿海水域中常见钙化微藻,易形成高密度水华,也是养殖环境致害种之一。 抗捕食防御能
力可能是其种群增殖优势的一个重要原因。 以卤虫作为捕食者,分析了颗石藻 P.carterae抗捕食现象,以及在捕食压力下的重
要生理生化响应特征,以期为颗石藻 P. carterea抗捕食机制研究及其高密度增殖机理提供参考。 研究结果显示:(1)当颗石藻
P.carterae比例增加时,卤虫对微藻的摄食率显著降低,且存活率显著下降,显示该藻具抗捕食能力。 (2)以卤虫饵料微藻球等
鞭金藻( Isochrysis galbana)为对照,比较研究发现,相同的捕食压力下,饵料金藻的叶绿素荧光参数(电子传递速率 ETR和最大
量子产率 Fv / Fm)显著降低,但颗石藻 P.carterae 的 ETR 和 Fv / Fm 没有显著变化,显示颗石藻 P.carterae 对卤虫抗捕食作用。
(3)相对于没有捕食压力的对照组,捕食压力下,饵料金藻 I.galbana的脂类组成没有显著差异。 但是,颗石藻 P.carterae的脂类
组成则发生了显著变化,主要表现在对细胞叶绿体有重要作用的单半乳糖甘油二酯(MGDG),双半乳糖甘油二酯(DGDG),磷
脂酰甘油二酯(PG)含量上升,与促细胞分裂相关的二酰甘油(DAG)和磷脂酰肌醇(PI)也上升。 这些脂类代谢物的变化可能
在其种群水平上抵抗捕食并实现种群增殖中发挥作用。 (4)培养介质中磷的状态对颗石藻 P. carterae 细胞二甲基巯基丙酸
(Dimethyl sulfonio propionate, DMSP)含量有显著影响,且影响颗石藻 P.carterae 对卤虫的致害效应:缺磷条件下生长的颗石藻
P. carterae首先使卤虫受害。 当培养液中仅以 ATP 为磷源时,颗石藻 P. carterae 的卤虫致害效应则降低。 研究证明,颗石藻
P.carterae具有抗捕食能力,细胞的脂类代谢物质以及 DMSP 可能在抗捕食防御中发挥作用。
关键词:颗石藻 P. carterae;抗捕食防御;卤虫;脂组;叶绿素荧光参数;DMSP
Characterization of anti鄄predator abilities of Pleurochrysis carterae
WEN Xin, LIU Baoning, ZHOU Chengxu*, JIANG Ying, CHEN Hangxia
School of Marine Sciences, Ningbo University, Ningbo 315211, China
Abstract: The coccolithophorid species Pleurochrysis carterae is a common coastal calcifying phytoplankton, which is also
able to form dense blooms that harm marine aquaculture. The anti鄄predator ability of P. carterae is supposed to be one reason
why it is a dominant species. In this study, this hypothesis is tested by using brine shrimp Artemia salina as the model
predator. Another Prymnesiophyceae species, Isochrysis galbana, which is considered as the benign live food source for A.
salina, was used as prey. Changes to the grazing rate or survival rate of A. salina were analyzed when P. carterae was
present in the prey mixture. Algal chlorophyll fluorescence efficiency and lipid changes in these two algal species under
predation pressure were also studied. Some very interesting P. carterae features were observed, which may provide insights
into its anti鄄predator abilities. These were as follows: (1) When the P. carterae cell numbers increases in the microalgal
prey mixture, the brine shrimp A. salina has a lower predation capacity, which is shown by the gradient decrease of
chlorophyll content in the brine shrimp intestines. The survival rate is also lower as the number of P. carterae cells increase.
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Therefore, these results clearly indicated the anti鄄predator ability of P. carterae. ( 2) In comparison, the chlorophyll
fluorescence (ETR and Fv / Fm) for the two microalgae facing the same predation pressure decreased significantly from 0.75
to 0.60 for Fv / Fm, and from 88% to 65% for ETR, respectively, for I. galbana, but were almost unchanged for P.
carterae. This means that photosynthesis of P. carterae is virtually unaffected by the presence of the predator. Such
unconstrained ability against the predator was very prominent. (3) Lipidomic analyses, with without the predator, between
the two microalgal species indicated that I. galbana did not show any significant changes, whereas P. carterae did significant
increase its monogalactosyl diacylglycerol ( MGDG), digalactosyldiacylglycerol ( DGDG), phosphatidylglycerol ( PG),
diacylglycerol (DAG), and phosphatidylinositol (PI) contents. Since MGDG, DGDG, and PG are the major components of
the chloroplast membrane, the increase in these compounds can have protective effects on the microalgal cell, and both
DAG and PI are considered important signals for cell division, so their increase can stimulate the population growth. Hence,
the lipid changes clearly provide the biochemical evidence for the physiologically positive changes to P. carterae, in the
presence of the predator. (4) Dimethyl sulfoniopro pionate (DMSP) is supposed to contribute in the anti鄄predator abilities
of microalgae. We further studied whether the mortality of A. salina was affected by the algal cellular DMSP content.
Cultures containing different cellular DMSP contents were set up by adjusting the phosphorus chemical states in the f / 2
culture medium, namely phosphate deficiency, normal f / 2, and f / 2 medium with ATP as the phosphate supplier. The
results showed that, the ambient phosphorus chemical states significantly affect the intracellular DMSP level in P. carterae.
After three days of exponential growth, the phosphate deficiency group increased DMSP from 2.35 to 2.42 mg / g lyophilized
cells, whereas the normal f / 2 medium group reduced DMSP from 2. 35 to 2. 26 mg / g lyophilized cells, and the ATP
enriched group showed the largest decrease in DMSP from 2.35 to 1. 90 mg / g lyophilized cells. This indicated that the
phosphorus level and chemical state had negative effects on the accumulation of DMSP. Furthermore,, the phosphorus state
can affect the preying behavior and mortality of A.salina. Phosphorus deficiency in the culture medium can increase the algal
cell忆s fatal effects on the predator, while ATP, as the sole phosphorus source, may decrease the fatal effects.
We conclude that P. carterae contains positive biochemical mechanisms that underlie its anti鄄predator abilities,
possibly through cell membrane component protective reconstruction and DMSP metabolism. Its active anti鄄preying abilities
mean that P. carterae can reach a sustainable population size at the ecological level.
Key Words: Pleurochrysis carterae; anti鄄predator; Artemia salina; lipidomic; chlorophyll fluorescence; DMSP
颗石藻(Coccolithophores)是一类单细胞的光合自养钙化微藻,属定鞭藻,是现代海洋中继硅藻和甲藻之
后生物量最大的浮游植物,成为海洋初级生产力的重要组成部分。 广泛分布于沿海、大洋甚至内陆咸水区域,
可形成大面积高密度水华[1]。 其细胞外被 CaCO3晶体构成了深海碳酸盐重要来源[2],在海洋生态环境、生物
地化循环、生物地层学和古海洋学等方面有重要意义[3]。
Pleurocrysis carterae是一类常发于沿海和围塘养殖环境的一种颗石藻,易快速增殖至高度密集状态,可形
成浮沫状恶性水质。 实验研究表明,P.carterae是显著引起卤虫死亡的颗石藻种类之一[4鄄6]。
随着研究技术进步,浮游植物的抗捕食防御现象及其机制研究得以深入开展[7]。 捕食是微藻种群增殖
的主要压力之一,为了抵抗捕食或调整因捕食而造成的种群数量减少,微藻进化出多种防御捕食策略。 例如,
被捕食时,微藻主动聚群形成多细胞链或藻落,以物理方式增加捕食者的捕食难度[8];微藻还可迅速启动针
对捕食者的伤激防御机制[9]、产生毒素致死捕食者[10]、产生化学他感物质使捕食者转移捕食方向等[11];微藻
也可以通过提高大量增殖能力以应对捕食压力下种群数量的减少[12]。
颗石藻 P.carterae种群增殖过程中都处于游动单细胞,且捕食压力存在时不发生物理聚集。 研究表明,颗
石粒(coccolith)并不是其致死卤虫或防御捕食的原因[4鄄5]。 Moheimani 等认为,人工培养颗石藻 P.carterae 时
不易受原生动物捕食,很大程度上可能源于其产生的抗捕食防御物质[13医。 目前尚未发现颗石藻 P.carterae具
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有明显的毒素。 研究得最多的颗石藻化学防御物质是 DMSP[14鄄15]。 颗石藻 P.carterae 属 DMSP 高产种类,我
们早期研究也显示,DMSP 可能在颗石藻 P.carterae致害卤虫中发挥作用[16]。 但是,由于 DMSP 在微藻中意义
多种多样,且发挥作用时与群落组成、环境条件、生化代谢过程等多种因素相关[17],这个领域尚需大量研究。
研究微藻抗捕食机制,最理想的是建立捕食者与被捕食者模式系统。 卤虫(Artemia salina)是一个理想的
模式生物,易于获取及保存,方便培养,个体小且捕食能力强,常被用于毒理学研究及作为捕食者进行生物种
间关系的研究[18]。 培养卤虫用的微藻多种多样,其中球等鞭金藻( Isochrysis galbana)是一种卤虫适宜饵料,
与颗石藻同属于定鞭藻,但两者对卤虫而言显然差异显著。
叶绿素荧光参数的变化是迅速表征微藻受到胁迫的重要参数[19]。 脂类代谢与微藻重要的生物化学过程
密切相关,特别是微藻质膜糖脂可能在微藻抗捕食防御中发挥作用[20鄄21]。
为了研究颗石藻 P.carterae 抗捕食防御能力、特征及其机制,本文以卤虫为捕食者,以卤虫饵料金藻 I.
galbana为对照微藻,分析了颗石藻 P.carterae对卤虫捕食能力的影响、捕食压力下微藻的叶绿素荧光以及脂
组响应特征变化。 由于磷对颗石藻的生理及其脂类生化代谢有重要影响[22],本文还研究了磷元素影响下,指
标物质 DMSP 的变化以及是否因此对卤虫存活能力产生影响。
1摇 材料与方法
1.1摇 藻种培养与卤虫孵化
颗石藻(P.carterae,NMBjih026)、球等鞭金藻( I.galbana,NMBjih鄄021鄄2)均来自宁波大学微藻种质库。 实
验前用 f / 2培养液预培养在温度 20 益、光强 2200 lx(D 颐L= 12 h 颐12 h)培养室中。
卤虫卵为本实验室 4 益冰箱中低温保存种(< 1a),孵化前将卤虫卵置于常温下 2 h。 在盛有 150 mL过滤
海水的烧杯中进行孵化。 温度 30 益,盐度 25译,pH为 8.0依0.2,光照孵化。
1.2摇 颗石藻 P.carterae对卤虫摄食率的影响
实验在 6孔组织培养板上进行。 所用卤虫为饵料金藻喂养的 15日龄成虫。 实验前将卤虫置于消毒海水
中饥饿处理 24h,用消毒海水清洗 3次以清除体外附着的微藻。
实验组设置摇 每孔分别加入 10 mL以不同细胞数比例混合的金藻(I)和颗石藻 P.carterae(P)藻液, 颗石
藻 P.carterae的比例逐渐增加(I / P 比例分别为 10颐0,8颐2,5颐5,2颐8,0颐10),混合总藻细胞密度约 1伊105个 / mL。
每孔加入 5只大小相同的活跃成虫。 以消毒海水作为饥饿对照。 各 3 个平行。 所有培养板均置于温度
22 益,光照 2200—3000 lx(D 颐L= 12 h 颐12 h)的培养条件下。
取样时间组设置和检测方法摇 按照上述实验组,相同设置 5、24 h取样时间组。 实验开始后,对各时间点
各实验组,观察卤虫的活动敏捷度,记录卤虫的存活数,取出全部卤虫,于消毒海水中清洗 3 次以去除体表藻
液。 迅速冷冻备测肠道中的叶绿素。
卤虫存活率
Rt=(Nt / 5)伊100%
式中,Rt为 t时间点的卤虫存活率,Nt为 t时间点的存活卤虫数。
卤虫捕食率测定摇 通过测定叶绿素 a 的含量来表示卤虫肠道中藻细胞色素含量,表征其捕食能力的大
小。 叶绿素测定基于 Arnon的方法[23],将卤虫样品避光解冻,置于玻璃离心管中,定量添加 90% 丙酮,并以
移液器头捣碎虫体,移液器头保留在玻璃管中,4 益避光密闭萃取 24h。 离心取上清液,以 90% 丙酮为空白,
于酶标仪上分别检测 630 nm和 663 nm处的吸光值(OD630和 OD663)。 以下列公式计算叶绿素含量,n 各实验
组表示卤虫的总只数。
叶绿素 a(mg / L) =移(11.43 伊 OD663 - 0.64 伊 OD630) / n
采用单因素方差分析方法进行差异显著性分析。
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1.3摇 捕食压力对颗石藻 P.carterae生理生化的影响
1.3.1摇 捕食压力下,颗石藻 P.carterae的叶绿素荧光参数 ETR和 Fv / Fm的变化
实验在 250 mL锥形瓶中进行。 藻液体积 200 mL,密度约 1伊105个 / mL的颗石藻 P.carterae或饵料等鞭金
藻指数期藻液。 藻液中投入 10只卤虫成虫,另以不加卤虫的颗石藻 P.carterae和饵料等鞭金藻为非捕食对照
组。 各组 3平行。 所有锥形瓶均置于 22 益、2200 lx、全光照培养条件下。 分别在实验起始和 24 h 后,用叶绿
素荧光仪(Water鄄PAM)检测各组叶绿素荧光参数 ETR和 Fv / Fm。 各组测样 4次,取平均值。
1.3.2摇 捕食压力下,颗石藻 P.carterae的脂组变化
实验组所用藻液体积为 4000 mL,指数后期颗石藻 P.carterea和饵料金藻,密度分别为 3伊105个 / mL和 1.8
伊106个 / mL。 所有锥形瓶均置于 22 益、2200 lx、全光照培养条件下。 分别设置加卤虫捕食组(卤虫 3 日龄,终
密度 1只 / mL)以及不加卤虫的非捕食对照组。 各 3平行。 分别在实验开始前和加入卤虫捕食 24 h后收集各
实验组藻液 1000 mL,冰浴以停止其代谢过程,冷冻离心(5000 r / min,10 min,4 益)收集藻细胞制冻干藻粉
备测。
总脂提取:分别称取各实验组藻粉 50 mg,每组 3 个平行,参考改进后的 Bligh鄄Dyer 法[24],用
CHCl3颐CH3OH 颐H2O (1颐2颐0.8)溶剂提取 3 次,旋转蒸发仪真空干燥,氮气吹干,甲醇复溶,进行 LC鄄MS 分析。
LC鄄MS条件以及数据处理分析参考文献[25]。
1.4摇 磷对颗石藻 P.carterae细胞中 DMSP 含量的影响及其与卤虫致死率的关系
提供不同的磷源以分析细胞 DMSP 含量差异,同时分析 DMSP 含量的差异是否造成 P.carterae 致害卤虫
作用差异。
1.4.1摇 磷源差异对颗石藻 P.carterae细胞内 DMSP 含量的影响
将经过预培养至指数生长期的颗石藻 P.carterae,接种到缺磷的 f / 2加富的人工海水[26]培养液中进行1周
的磷饥饿培养。 盐度 28译,pH 8.0依0.2。 初始接种密度为 4伊105个 / mL。 磷饥饿培养后,取藻液离心(6000 r /
min, 10 min, 4 益)收集藻细胞制冻干藻粉备测初始参数。 将处于磷饥饿状态的藻液分 3组,其中一组以 1颐1
接种到缺磷的 f / 2培养液中,一组以 1颐1接种到完整的以 KH2PO4为磷源的 f / 2 培养液中,一组以 1颐1 接种到
完整的以 ATP 为磷源(相同 P 摩尔数)的 f / 2 培养液中。 藻液总体积 1000 mL,每组各 3 平行。 培养条件为
22益,4000—5000 lx(D 颐L= 12 h 颐12 h)。 培养 3d 后,从每个实验组中取藻液 800 mL,相同离心除上清液,收
集藻细胞制冻干藻粉备测。
取等量冻干藻粉制样,于核磁共振仪(Bruker AV芋 400MHz 谱仪,德国 Bruker 公司)检测样品 DMSP 含
量。 NMR定性定量检测及数据分析方法参考叶央芳(2011) [27]。 DMSP 的一维1HNMR 谱图分别在化学位移
2.74、2.76、3.44、3.48以及 4.77 处可见氢原子的吸收峰,通过颗石藻 P. carterae 提取物的一维1H NMR 谱对
DMSP 定性定量分析。
1.4.2摇 磷源差异下培养的颗石藻 P.carterae对卤虫致死率的影响
分别取上述处于不同磷态的实验组藻液,置于 24孔组织培养板,必要时,以对应实验组去藻滤液相应稀
释,使各孔的藻细胞终密度为 1伊105个 / mL,藻液总体积 2 mL。 各孔分别加入 10尾 3日龄卤虫幼虫(以 10 滋L
移液器每次吸取 1尾),以相同密度的饵料金藻为喂养对照,以消毒海水为饥饿对照。 每组 3个平行。 分别于
0、24、48、72 h在倒置显微镜下检测卤虫死亡数。
2摇 结果
2.1摇 颗石藻 P.carterae对卤虫摄食率的影响
通过提取卤虫体内叶绿素 a含量表征其捕食情况,实验结果如图 1所示,颗石藻 P.carterae占比显著影响
卤虫摄食:虽然缺乏实验前卤虫体内叶绿素状态的数据,但是,除 I / P 8颐2组外,5 h叶绿素 a含量差异不显著,
均在 0.35 mg / L以上。 I / P 8颐2组最大,为 0.46 mg / L。 24 h,I / P 8颐2组叶绿素含量与 5 h 没有显著差异,可能
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摇 图 1摇 球等鞭金藻( I)和颗石藻 P.carterae(P)不同混合比例( I /
P)混合喂养的卤虫体内叶绿素 a含量
Fig.1 摇 Chlorophyll a content in Artemia salina feeding on co鄄
cultures of Isochrysis galbana ( I) and Pleurochrysis carterea( P)
mixed in different proportions (I / P)
也是因为该组初始状态体内食物含量即较高缘故。 但
其他各组叶绿素含量均比 5 h 降低,且随颗石藻
P.carterae的占比增加而显著下降。 此时,卤虫存活率还
维持相对稳定的状态,如表 1 的结果显示,5 h,实验组
没有出现卤虫死亡,卤虫活跃。 24 h,有卤虫死亡现象,
但卤虫存活率与颗石藻 P.carterae占比增加尚未见显著
的梯度相关。 因此,卤虫体内叶绿素含量的降低是卤虫
摄食能力降低的体现。 说明颗石藻对卤虫的捕食能力
产生了影响。
2.2摇 捕食压力对颗石藻 P.carterae生理生化的影响
2.2.1摇 捕食压力下,颗石藻 P.carterae 叶绿素荧光参数
ETR和 Fv / Fm的变化
相同捕食压力下,颗石藻 P.carterae 和饵料金藻的
叶绿素荧光参数呈现不同变化特征(图 2)。 捕食压力
作用 24 h后,饵料金藻的最大量子产率 Fv / Fm 和电子传递速率 ETR 均显著下降(P < 0.01)。 但颗石藻
P.carterae的 Fv / Fm以及 ETR均没有显著差异(P > 0.05)。
表 1摇 不同球等鞭金藻(I) /和颗石藻 P.carterae(P)混合比例( I / P)下的卤虫存活率
Table 1摇 Survival rates of Artemia salina in co鄄cultures of Isochrysis galbana (I)and Pleurochrysis carterea(P) mixed in different proportions (I / P)
处理
Treatment
存活率 Survival rates / %
I / P 10 颐0 I / P 8 颐2 I / P 5 颐5 I / P 2 颐8 I / P 0 颐10 消毒海水 Sterilized sea water
5 h 100 100 100 100 100 100
24 h 100 93.3 100 100 93.3 100
图 2摇 捕食或无捕食压力下球等鞭金藻和颗石藻 P. carterea的 Fv / Fm和 ETR变化
Fig.2摇 Changes of Fv / Fm and ETR in Isochrysis galbana and Pleurochrysis carterae when cultured with or without predators
叶绿素荧光参数 Fv / Fm和 ETR反应了两种微藻受到捕食作用的差异,参数变化的特征显示,饵料金藻
受到了来自卤虫的显著捕食胁迫,而卤虫对颗石藻 P.carterae的捕食胁迫则显著小。 因此,叶绿素参数特征也
显示颗石藻 P.carterae具有抗捕食能力。
2.2.2摇 捕食压力下,颗石藻 P.carterae脂组代谢物变化
经 MarkerLynx处理,对微藻样品在正、负离子模式下信号峰的相对信号总强度经归一化进行 PCA主成分
分析。 结果显示,饵料金藻在捕食压力存在与否的情况下,不同样品组的分布趋势没有差异,说明饵料金藻在
捕食压力存在与否的情况下,其脂类组成没有变化。 而颗石藻 P.carterae 的捕食压力样品组与没有捕食压力
的对照组的分布趋势差异显著(图 3),说明颗石藻 P.carterae在有捕食压力时,其脂类代谢发生显著变化(正
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负离子模式下 R2分别为 0.868和 0.84)。
图 3摇 正负离子扫描模式,球等鞭金藻和颗石藻 P.carterae在捕食压力存在与否情况下脂组 PCA得分图
Fig.3摇 PCA scores plot in positive and negative ion scan mode for Isochrysis galbana and Pleurochrysis carterae with or without predators
A: 球等鞭金藻的正离子模式,B: 球等鞭金藻的负离子模式,C: 颗石藻 P.carterae正离子模式,D: 颗石藻 P.carterae的负离子模式,空心点
表示捕食压力组,实心点表示没有捕食压力的对照组
数据分析结果显示,相对于没有捕食压力对照组,捕食压力下,颗石藻 P.carterae 发生显著变化的脂类物
质主要为:单半乳糖甘油二酯(MGDG)、双半乳糖甘油二酯(DGDG)、二酰甘油(DAG)、三酰甘油(TAG)、磷脂
酰甘油(PG)、甜菜碱酯(DGCC,DGTS),二酰甘油硫代糖脂(SQDG)、磷脂酰胆碱(PC)以及磷脂酰肌醇(PI)。
表 2显示了捕食压力下的颗石藻 P.carterae细胞脂类相对于没有捕食压力的变化。 结果显示,细胞的叶绿体
脂类发生变化,MGDG,DGDG,PG都呈现上升,而 SQDG 下降;与促细胞分裂密切相关的 DAG 和 PI 也上升。
因捕食压力造成的这些脂类含量差异,可能在颗石藻 P.carterae抵抗捕食的生理代谢过程中有重要的意义。
表 2摇 捕食压力下颗石藻 P.carterae细胞中发生显著变化的脂类
Table 2摇 Significant lipids changes in Pleurochrysis carterae under grazing pressure compared with control
脂类名称 Lipid species PG PI PC TAG DAG DGDG MGDG PA DGCC DGTS SQDG
含量变化 Content variation 银 银 银 银 银 银 银 荦 荦 荦 荦
摇 摇 PG:磷脂酰甘油 Phosphatidylglycerol,PI:磷脂酰肌醇 Phosphatidylinositols,PC:磷脂酰胆碱 Phosphatidylcholines,TAG:三酰甘油 Triglycerides,
DAG:二酰甘油 Diglyceride,MGDG:单半乳糖基二酰甘油 Monogalactosyldiacylglycerol,DGDG:双半乳糖基二酰甘油 Digalactosyldiacylglycerol,PA:二
酰甘油磷脂酸 Phosphatidicacid,DGCC:二酰基甘油羧基羟甲基胆碱 Diacylglyceryl鄄3鄄O鄄carboxyl鄄(hydroxymethyl)鄄choline,DGTS:二酰基甘油三甲基
高丝氨酸 Diacylglyceryl鄄N,N,N鄄trimethylhomoserine,SQDG: 硫代异鼠李糖甘油二脂 Sulfoquinovosyldiacylglycerol;银:相对于对照组升;荦:相对于
对照组降
2.3摇 磷源差异对颗石藻 P.carterae细胞二甲基巯基丙酸(DMSP)含量的影响及其与卤虫致死率的关系
2.3.1摇 磷源差异对细胞二甲基巯基丙酸(DMSP)含量的影响
从表 3可以看出,相对于初始状态,缺磷条件下生长使细胞 DMSP 的含量增加。 完整的 f / 2 培养液中,细
胞的 DMSP 含量下降。 但增加或下降后的两组 DMSP 含量没有显著统计学差异。 以 ATP 为唯一磷源时,细
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胞 DMSP 下降显著(P < 0.05)。 结果显示,细胞的 DMSP 代谢与培养介质中磷态相关,能源物质 ATP 可能在
DMSP 代谢中发挥作用。
表 3摇 不同磷态对颗石藻 P.carterae细胞内细胞二甲基巯基丙酸(DMSP)含量的影响 / (mg / g)(平均值依标准偏差)
Table 3摇 Cellular content (Mean依SD, mg / g) of DMSP in Pleurochrysis carterae cultured in the mediums with different phosphorus states
处理 Treatment f / 2 (-P) f / 2 f / 2 (ATP)
初始状态 Initial state 2.35依0.27 2.35依0.37 2.35依0.27
培养 3 d后 After 3 days 2.42依0.46 2.26依0.71 1.90依0.52
摇 摇 DMSP:Dimethyl sulfonio propionate
图 4摇 磷差异状态造成颗石藻对卤虫的致死效应变化
摇 Fig. 4 摇 Mortalities of Artemia salina in cultures of
Pleurochrysis carterae cultured in mediums with different
phosphorus states
2.3.2摇 磷源差异与卤虫致死率的相关性
不同磷源差异培养液中的颗石藻 P.carterae 对卤虫的
致死结果显示:各组藻液均对卤虫产生致死效应(图 4)。
颗石藻 P.carterae对卤虫无急性毒性,24 h 内的致死效果
不明显。 但是,缺磷组 DMSP 含量相对高,在 24 h 首先显
示卤虫致害。 以 ATP 为磷源的实验组 DMSP 含量最低,其
卤虫致死率在 48 h 和 72 h 的检查中始终为所有实验组中
最低。 由于缺磷组 DMSP 与完整 f / 2 培养液中细胞 DMSP
含量差异不显著,可能导致这两组的卤虫致死率差异不显
著(P > 0.05)。
3摇 讨论
作为食物链中的初级生产者,高防御捕食能力的微藻
具有更强的种群增殖能力。 目前研究显示,微藻抗捕食的
机制主要表现为形态学防御、化学防御和行为防御[28]。 例如,硅藻的硅壳可能是长期进化过程中有利于抵抗
捕食的一种结构[29]。 Pondaven等的研究表明,威氏海链藻 Thalassiosira weissflogii 受到捕食压力时,细胞硅化
程度会提高[30]。 但是,通常认为,颗石藻 P.carterae 的钙壳并不具有抵抗捕食的作用,并且也不是颗石藻 P.
carterae致害卤虫的原因。 Houdan等的也研究显示,Pleurochrysis 属的几种颗石藻对卤虫的作用是不同的,颗
石藻 P.carterae具有显著的致死作用,而同属的 P. dentata 以及同样具有钙壳的 Hymenomonadaceae 科的几种
颗石藻则没有致害作用[4]。
具有化学防御能力的微藻,通过向水中分泌捕食排斥物[31]或藻毒素[32鄄33],使捕食者回避捕食或捕食后致
害而实现抗捕食防御功能。 例如,剧毒卡罗藻 Karlodinium veneficum 分泌的系列卡罗藻毒素(KmTx),可以使
原生动物捕食者改变方向或致害捕食者[32]。 Strom 等研究发现,在颗石藻 Emiliania huxleyi 与隐藻
Rhodomonas salina不同体积混合的藻液中,异养甲藻 Amphidinium longum 会优先摄食隐藻,从而使颗石藻 E.
huxleyi可以在竞争中胜出[34]。
DMSP 是一种被广泛研究的水生生物化学防御物质。 现代海洋中,生物量巨大且易形成赤潮的甲藻和定
鞭藻都是 DMSP 高产类群。 对不同级的捕食者而言,水生环境中的 DMSP 的作用有两种:诱导捕食和抵抗捕
食。 植食性原生动物可能回避 DMSP 及其裂解酶含量高的微藻,实现这类微藻的抗捕食化学防御目标[35]。
DMSP 通过机械或生化作用裂解产生挥发性 DMS,又是诱导更高一级捕食者的信号物质[36]。
本文研究显示,随着颗石藻 P.carterae在饵料金藻中的比例增加,卤虫的摄食率明显下降;有卤虫的捕食
实验组中,颗石藻 P.carterae的叶绿素荧光参数没有显著变化,证明其受到的捕食压力小,均说明颗石藻 P.
carterae有抵抗卤虫摄食能力。 目前尚未在颗石藻中发现任何毒素,但普遍认为,细胞 DMSP 及其裂解产物
DMS和丙烯酸在颗石藻与生物及非生物环境关系中发挥着重要作用[36]。 同时,DMSP 裂解酶及其活性在其
135摇 2期 摇 摇 摇 文欣摇 等:颗石藻 Pleurochrysis carterae抗捕食特征 摇
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间扮演重要角色。 本研究结果显示,不同磷态培养液会使颗石藻 P.carterae细胞内的 DMSP 含量发生变化,各
培养条件下的颗石藻 P.carterae细胞对卤虫的致害也有差异。 缺磷组首先导致卤虫死亡;外源 ATP 培养条件
下,对卤虫的致死率则降低。 DMSP 在藻细胞被消化时才产生 DMS,同时产生的丙烯酸可能是致害原因[36]。
实验镜检发现,卤虫肠道中有明显颗石藻 P. carterae细胞。 卤虫属滤食性,在饵料金藻与颗石藻 P.carterae混
合液中,可能无法选择或排斥颗石藻 P.carterae细胞,从而导致受害。 并且,不同 DMSP 裂解酶活性差异可能
是产生卤虫致害的关键因素。 有研究显示,氮限制对颗石藻 E.huxleyi的细胞内 DMSP 含量没有影响[37鄄38],但
是,氮限制可提高 DMSP 裂解酶的活性,从而使氮限制条件下 DMS 的产量增加[38]。 磷营养水平及化合物状
态是否影响颗石藻 P.carterae的 DMSP 裂解酶活性有待研究。 DMSP 裂解酶活性高的种类可能产生更高的致
害产物。 这样或许可以解释 Houdan实验里不同种类的 Pleurochrysis属的颗石藻不同的致害强度,以及在不同
的生长周期,同种颗石藻对卤虫的致害差异。 颗石藻是低营养环境中具有高竞争能力的微藻[39],在营养盐限
制条件下,其 DMSP 裂解酶及其活性提高的特性,可能使其抵抗捕食能力提高,从而增加其种群竞争能力,实
现增殖优势。
捕食胁迫下,浮游植物启动的抗捕食防御机制都是在复杂的代谢调节下实现的[28]。 例如,硅藻除了以硅
壳结构的物理性质抵抗捕食之外,还具有受捕食压力诱导的细胞硅化调节响应过程[30]。 Zwirglmaier 等[40]发
现,聚球藻 Synechococcus不同株细胞表面脂多糖的差异,形成了各株对捕食者的抗捕食能力差异。 Parris等认
为,微藻糖脂很可能是甲藻生态毒性的一个重要原因[20]。 Cutignano 等发现,海链藻 Thalassiosira rotula 的叶
绿体膜上的糖脂是在浮游动物摄食过程中产生化学防御物质不饱和脂肪醛的来源[21]。 本研究发现,颗石藻
P. carterae脂类结构组显示其具有典型定鞭藻门(Haptophyta)的特点,即具有 DGCC,这个类别的脂类在微藻
中不常见,一般认为是进化上后期出现的脂类[41]。 受到捕食压力和未受到捕食压力的颗石藻 P. carterae 比
较,总脂组成有显著差异。 其中细胞的叶绿体脂类 MGDG,DGDG,PG都呈现上升,而只有 SQDG下降,但一般
认为MGDG和 DGDG往往在叶绿体中更加重要[42鄄43]。 PI往往是细胞储能水平的一个前提物质,通过 PI继续
磷酸化过程,细胞内可以储存更多的能量,肌醇磷酸的能量储存比 ATP 更高[44]。 DAG 则反过来,往往是 PI
被裂解后产生的二次信使物质,往往是促进细胞分裂的信号[45]。 颗石藻在受到捕食压力时,其脂组发生显著
变化的这些特征,可能在其抵抗捕食以及致害捕食者的过程中发挥作用。 颗石藻种群在经过捕食压力后,光
合作用能力可能会上升,种群增殖能力可能会提高。 但需要进一步的实验研究。
总之,本研究结果显示,利用卤虫与颗石藻 P.carterae构成的捕食者与被捕食者体系中,颗石藻 P. carterae
使卤虫的摄食率显著降低、微藻叶绿素荧光参数无显著变化,均显示颗石藻 P. carterae 具有抵抗卤虫捕食特
征。 捕食压力下,颗石藻 P.carterae的脂组代谢发生显著变化,可能在其抵抗捕食的生化调节过程中发挥重要
作用。 磷元素的生化代谢过程可能影响 DMSP 及其裂解酶的代谢调节,从而造成颗石藻 P.carterae 对卤虫致
害的差异。 具有高生物量广泛分布的颗石藻 P.carterae,可能通过高效且多样的生理生化调节能力,达到抵御
捕食压力的目标,实现种群增殖优势。
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