光照强度和温度对智利江蓠生长及生化组分的影响_陈伟洲.doc

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1、 年 海 洋 湖 沼 通 报 光照强度和温度对智利江蓠生长 及生化组分的影响 陈伟 洲 ， 钟志 海 ， 刘 涛 ， 黄中 坚 ， 赖学 文 （ 汕头大学海洋生物研究所 ，广 东 汕头 ， ； 中国海洋大学海洋生命学院 ，山 东 青岛 ， ； 汕头市海洋与水产研究所 ，广 东 汕头 ， ） 摘 要 ： 以 智利江 蓠 （ ） 为 实验材 料 ， 分别研究了 智 利江蓠在不同光照强 度 （ ， ， ， ） 和 不 同 温 度 （ 、 、 、 、 和 ） 条 件 下 的 生 长 及 生化组分的变 化 。 实 验 结 果 表 明 ， 最适合智利江蓠生长 的光照强度 为 ， 温 度 为 。 在适宜光照

2、强度 和 温 度 条 件 下 ， 智利江蓠不仅具有较高的生长速 率 （ ）， 而且藻胆蛋白和可溶性蛋白 （ ） 含 量也相应的达到最高 值 ， 而 丙 二 醛 （ ） 的含量却降到最 低值 ， 说明智利江蓠受到外界的胁迫较 低 。 可 溶 性 糖 （ ） 的含量随着光强的升高而增加 ， 在 条 件 下出现最低值 。 总体来说 ， 智利江蓠适合在低光照强度和适中温度条件下生长 。 关键词 ： 智 利江蓠 ； 光 照强度 ； 温 度 ； 生 长 ； 生 化组分 中图分类 号 ： 文献标志 码 ： 文章编 号 ： （ ） DOI:10.13984/37-1141.2015.01.005 引言 智利江

3、蓠 （ ） 是 种含有琼胶的经济海藻 ， 隶 属于红 藻 门 （ ）， 杉 藻 目 （ ）， 江蓠属 （ ）。 其分布广泛 ， 在生态系 统中扮演重要的角色 ， 在 智利等国家已得到 了开发 应用 ， 然而由于琼胶需求量 的增加 ， 智 利江蓠的天然产量已经不能满足发展的需求 。 年 ， 智 利开始商业养殖智利江蓠并取得了成功 。 智利江蓠在世界范围内得到 了广泛的研究 ， 等 认为智利 江蓠可以作为海洋酸化的修复生 物 ， 吸收 海 水中过量的二氧化 碳 ； 智 利江蓠与大马哈鱼的高密度混 养 也取得了一定的 成 功 ， 智 利 江 蓠 在 混 养 系 统 中 ， 可 以 有 效 的 清 除

4、 鱼 类 产 生 的 废 弃 代 谢 物 ， 从 而 净 化 水 质 ； 智利江蓠养殖苗绳上不同的藻株间距会对其产量会造成不同的影 响 ， 间距越小时其产量越 高 。 随着琼胶制造工业的发 展 ， 对生产原料江蓠的需求量剧 增 ， 由于智利江蓠具有优 良 的琼胶特 性 ， 很 有 必 要进行规模栽培生 产 ， 这样不仅能为琼胶 工 业提供原 料 ， 也 能净化沿海的水 质 。 目前中国国内对于 江 蓠属的研究多集中在龙 须 菜 （ ） 、 细基江蓠繁枝变 种 （ ） 、 脆江 蓠 （ ） 、 细 基江 蓠 （ ） 和 芋根江 蓠 （ ） 等 ， 对 于智利 江 蓠 相 关方面的研究甚少 ， 仅

5、有对国外研究报道的翻译文 献 。 光照强度和温度作为 藻 类生长的必需外界 条 件 ， 也会影响藻体内的生化组 分 。 所以笔者从光照强度和温度条件对智利江蓠的生 长 及生化组分 的 影响进行了初步研究 ， 探索适合智利江蓠生长的 最适合光照强度和温度条件 ， 可 为开展智利江蓠的栽培 提供理论参考 和技术依据 。 材料与方法 基金项目 ：国家海洋高技术研究发展计划（ ）；广东省科技计划 项目 （ ）；广东省汕头市科技计划项目 （ ） 资 助 第一作者简 介 ： 陈 伟 洲 （ ） ， 男 ， 广 东汕头 人 ， 教 授级高 工 ， 从事大型海藻生物学研 究 ， ： 收稿日 期 ： 期 光照强

6、度和温度对智利江蓠生长及生化组分的影响 实验材料与预培养 智 利江蓠鲜藻由智 利 公司提 供 ， 将藻体洗净 ， 去 除表面的杂 质 ， 放 于自然海水中暂 养 后开始相关的实 验 ， 培养 条 件为海水温 度 ， 盐 度 ， 光 照强 度 ， 光 周期为光 亮 （ ） ： 黑 暗 （ ） 。 实验设计与培养 挑 选健康无溃烂的智利江 蓠 （ 鲜质 量 ） 培 养 于 三角烧瓶 中 ， 在 智能型光照培养 箱 （ 宁 波江 南 仪 器厂 ， ） 中进行恒温培 养 。 光照强 度实验中的海水温度 为 ， 盐 度 为 ， 光 暗周期为 光 亮 （ ） ： 黑 暗 （ ） ， 共设置 个光照强度梯

7、度 （ 、 、 和 ） ； 温 度实验 中的海水盐度 为 ， 光照强度 为 ， 光暗周 期 ： ， 实验共设 置 个温 度 梯 度 （ 、 、 、 、 和 ） 。 每 更 换 次 灭 菌 海 水 （ ， 加 富 ） 并测定鲜藻质 量 ， 每个处理均设 置 个重复 ， 培养 后开始相关的分析实 验 。 研究方法 藻体的生长用相对生长速 率 （ ， ） 表 示 ： （ ） （ ） 求得 。 其 中 为初始鲜质 量 ， 为 天后的鲜质 量 ， 藻体称量前用吸水纸吸 干 ； 叶绿 素 和类胡萝卜 素 （ ） 质量分数的测定采用甲醇 法 ， 根 据 的 公式计算叶绿 素 的 含 量 ； 根 据 的公式计

8、 算类胡萝卜 素 （ ） 的含量 ； 别藻蓝蛋 白 （ ） 、 藻蓝蛋 白 （ ） 和藻红蛋 白 （ ） 含量的测定根 据 的方 法 ； 可溶性蛋白 （ ） 含量利用考马斯亮 蓝 染色 法 测定 ； 可溶性 糖 （ ） 和丙二 醛 （ ） 含量的测定根据张志良等的方 法 。 数据处理 试验数据采 用 和 统计软件进行 数据处理及统计 分 析 。 用 （ ） 和 检验差异的显著 性 ， 设显著水平 为 。 结 果 光照强度和温度对生长的影响 图 所示 ， 当光照强度 为 时 ， 智 利江蓠的生长 率 （ ） 最 大 ， 之 后随着光 照 强度的增强而 降 低 ， 当 光强达 到 和 时 ， 生

9、长速率约降低 了 。 图 显示 了 智利江蓠 在 不同温度下的生长的变 化 ， 在 温 度 范围 内 ， 随着温度的增加而显著增 加 （ ） ， 当温度高 于 时 ， 高温使得智利江蓠的生长速率开始降 低 （ 降低 了 ， 降低 了 ） ， 实验后期发 现 ， 在温度 和 下 ， 智利 江 蓠的尖端发生了不同程度的发白的现 象 。 因 此 ， 适 合智 利 江蓠生长的光强 为 ， 温度为 。 光照强度和温度对色素含量的影响 光照强度和温度对智利江蓠的色素含量的影响如图 所示 ， 叶绿素 随着光强和温度的加强含量逐 渐下降 ， 而类胡萝卜素 （ ） 的含 量却未受到显著的影响 （ ）， 说 明在

10、低光照强度 、 低 温条件下有 利于光合色素的积累 。 光照强度和温度对藻胆蛋白含量的影响 智利江蓠的藻胆蛋白包括藻红蛋 白 （ ） 、 藻蓝蛋 白 （ ） 和别藻蓝蛋 白 （ ） ， 从图 可 见 不同光 强 和温度对它们的含量造成了 不 同程度的影 响 ， 在 光 强 和温 度 条件 下 ， 智 利江蓠 的藻胆蛋白的含量均达到了 最高 值 。 当光照强度增强 时 （ ） ， 藻胆蛋白的含量会 逐 渐降低 。 当温度增高 时 （ ） ， 藻胆蛋白的含量也会逐渐降 低 。 海 洋 湖 沼 通 报 年 图 不同光照强度和温度条件下智利江蓠的 的变化 ， 图 不同光照强度和温度条件下智利江蓠的色素

11、含量的变化 ， 图 不同光照强度和温度条件下智利江蓠的藻胆蛋白含量的变化 ， 光照强度和温度对可溶性蛋白含量的影响 从图 可以看出 ， 光照强度对智利江蓠的可 溶 性蛋白含量的 影响不显 著 ， 最 大值出现 在 （ ） ， 其他光强下含量无显著性 差 异 （ ） 。 而温 度变化对可溶性蛋白的含量具有 较明显的影 响 （ 图 ） ， 在温度 范围内 ， 可溶性蛋白含量 随 着温度的增高而逐渐下 降 ， 当 温度 时 ， 可溶性蛋白含量下 降 （ ） ， 而 和 之间无显著性差 异 （ ） ， 表 明低温有 利于可溶性蛋白的积 累 。 期 光照强度和温度对智利江蓠生长及生化组分的影响 图 不同

12、光照强度和温度条件下智利江蓠的可溶性蛋白含量的变化 ， 光照强度和温度对 可溶性糖含量的影响 光照强度和温度对智利江蓠的可溶性糖含量的影响如 图 所示 。 随着光强的递 增 ， 可 溶性糖的含 量 显著的增加 ， 下的含量 是 下 的 ， 增 幅显 著 （ ） 。 在不同温度下可溶性糖含量也 呈 现出不同的变化趋 势 ， 在 温 度 范围 内 ， 随着温度的增 加 ， 可 溶 性糖的含量逐渐降 低 ， 而在 范围内 ， 却是显著的增 加 （ ） 。 图 不同光照强度和温度条件下智利江蓠的可溶性糖含量的变化 ， 光照强度和温度对丙二醛含量的影响 经过 的培养适应 ， 智利江蓠在不同光强和温度下受

13、到了不同程度的胁 迫 ， 以致丙 二 醛的含量也 会 发生相应的变化 如 图 所 示 。 在 光 强 条件 下 ， 含量最 低 （ ） ， 随 着光强 的增加 ， 的含量也会相应的增 加 。 在温度实验 中 ， 的含量最低值 出 现 在 ， 在 温 度 范围内 ， 温度 对 含 量 的 影 响 显 著 （ ） ， 当 温 度 达 到 时 ， 的含量已增加了约 （ ）， 高温促使了 的大量积累 。 海 洋 湖 沼 通 报 年 图 不同光照强度和温度条件下智利江蓠的丙二醛含量的变化 ， 讨 论 光照强度和温度对智利江蓠生长的影响 光照和温度是影响藻类生长的重要生态因 子 。 藻类生长所需要的能量主

14、要来自 藻体的光合作 用 ， 并 不断的从外界环境中吸收营养 物 质来合成自 身需要的化学成 分 。 而在这一重要的过程 中 ， 光 照是 驱 动光合作用最基本的外界条 件 ， 不过藻体对于 光 照强度的需求也是在一定的范围内 的 ， 当 高于藻体最 适 光照强度便会发生光抑 制 ， 从而产生过多的单线态 氧 （ ） 来破坏藻体的光合色素及光合 机 构 ， 而 最终 影 响 到藻体的正常生 长 。 如细基江蓠繁枝变型在光强较 高 （ ） 的情况 下 ， 生 长速率 开始下 降 ， 真江蓠的最大生长速率出现 在 光强 下 等 ； 而在笔者的实验 中 ， 在 光 强 ， 智利江蓠的生长速率随 着

15、光强的加强而有所升 高 ， 则开 始 下 降 ， 说明其最适生长光强 在 左 右 ， 与 得 出的结果相 似 ， 他 认为在 不 同温度范围 内 （ ） 不同时间阶 段 ， 智 利江蓠的最大生长率在光 强 范 围内 。 温度对光合作用的暗反应中所涉及到的 关 键性酶有显著的影 响 。 在适宜的温度范围 内 ， 随 着 温 度的升高 ， 光合作用的暗反加 快 ， 因而需要加 快光反应以满足能量的供 应 ， 来 促进藻体的生 长 ， 但 是当温度 过高 时 ， 高 温会抑制藻体的生 长 ， 在 许多藻体中已出现类似现 象 ， 如 细基江蓠繁枝变 型 、 脆 江 蓠 等 。 所以 ， 藻体的最大生长

16、速率往往依赖于 温 度的变 化 ， 这在浮游植物 中 已得到 证 实 。 笔者实 验 显示的依赖于温度的最大生长速率也与此 现象相一 致 。 等 的研究发 现 ， 智 利江蓠的最大 生 长速率 是 在 温 度 范 围 内 ， 而 等 认 为 智 利 江 蓠 耐 受 的最高温度是 在 范围内 ， 均与笔者的研究结果相一 致 。 光照强度和温度对智利江蓠生化组分的影响 智 利江蓠在不同光强和温度下经 过 的 适 应 ， 藻 体内部的生化组分发生了不同程度的变 化 。 叶 绿 素 和藻胆蛋白作为光合作用的反应中心和捕光系 统 ， 在藻体中藻胆蛋白能够捕获光能 并 传递给光系 统 ， 光能的传递方向是

17、藻红蛋 白 藻蓝蛋 白 别 藻蓝蛋白 叶绿 素 ， 叶 绿 素 和藻胆蛋白受外界 环 境的影响是比较明显 的 。 在低光 照 强度条件 下 ， 智 利江蓠的叶绿 素 的含量积累 较 多 （ 见 图 ） ， 这 种 色 素含量与光强呈负相关性的现 象 在许多藻体中存 在 ， 藻 体内部色素表 现出的这种变化是对外界环 境 的一种积极的响 应 ， 具有重要的生理生态作 用 。 而藻红蛋 白 、 藻蓝蛋白以及别藻蓝蛋 白 随着光 强 、 温 度 的 上升 ， 含量在 和 时分别达到最大 值 ， 随 后 逐渐减 小 ， 这 是智利江蓠适应外界环 境 的一种自身调 节 。 在智利江蓠藻体中 ， 可溶性蛋

18、白和可溶性糖 作为重要的光合作用产物 ， 在 藻体细胞内部起着至关重 要的作用 。 细胞内很多关键性酶都是可溶性蛋白 ， 藻体内可溶性蛋白含 量的提高 ， 有 利于维持藻体的正 期 光照强度和温度对智利江蓠生长及生化组分的影响 常代谢 ， 并提高其抗逆 性 ， 当环境缺氮 时 ， 其 还可以作为氮源为许多海藻提供氮而被利 用 。 当藻 体 中含有足 够量的可溶性蛋白 时 ， 藻体能有效的 抵 抗外界环境的干 扰 ， 维 持海藻的生 长 。 从 图 中可 以 看 出随着光强和温度的降 低 ， 蛋白质的含 量增 加 ， 这一规律在许多海藻中已有所发 现 ， ； 而可溶性 糖 主 要包括蔗糖 、 葡

19、萄糖 、 果糖和半乳糖 等 ， 可以调 节 细胞内的渗透压来应对外界的条件变 化 ， 是 植物提高 抗 逆性的一种自我保护机制之 一 。 植 物在外界环境出现高温或低 温等胁迫 时 ， 会主动积累一些可 溶 性 糖 ， 降低渗透势和冰 点 ， 以适应外 界 环境的变 化 ， 来 消除胁 迫带来的不利影 响 。 当温度超过智利江 蓠 生长的最适温 度 （ ） ， 藻体内的可溶性糖的含量逐渐升 高 ， 说明高 温 （ ） 已对 藻 体产生了胁 迫 ； 而 随着温度的降 低 （ ） ， 可溶性糖 的 含量逐渐升 高 ， 表 明低温也不利于藻体的生 长 ， 进 一步说 明 是 智利江蓠生长的最佳温 度

20、 ， 如图 结果所 示 。 丙二 醛 （ ） 作为 膜 脂过氧化 的 种产 物 ， 其 含量的 高 低可 以 间接的反应藻体受胁迫的大 小 ， 含量越低说明受胁迫越 小 。 智利江蓠在光 强 和温度 条件下 ， 的含量均达到 最低 值 ， 从 而进一步验 证 和 是最 适 合智利江蓠生长的光强和温 度 。 关于智利江蓠在中国海区栽培的可能性 自然条件下光照 强度和温度对大型海藻的影响作用是共同的 ， 对海藻的胁迫往往也 是多种环境因子 协同影响的结果 。 笔者的实验结果只是对智利江蓠在室内受控的光照强度和温度条件下的初步研究 ， 关 于智利江蓠在海区环境下的生长研究有待于下一步开展进行 。 从

21、光照强 度 、 温度等环境条件对藻体生长 及 生化组分影响的实验结果分 析 ， 智 利江蓠比较适应低 光 照强 度 （ ） 和中等水 温 （ ） ， 结合我国南方 和北方海区的 不 同环境条件特 点 ， 笔 者初 步认为智利江蓠具有在中国海域进行栽培的可能 性 ， 冬季 、 春季可在南方海区进行 栽 培 ， 夏 季及秋季在北 方海区进行栽 培 。 结 论 综上所述 ， 智利江蓠最适合生长的光强 为 ， 温 度 为 。 在此条件 下 ， 智 利江蓠 能够保持较快的生长速 率 ， 从 光合色 素 、 藻 胆蛋白水 平 、 可溶性蛋白以及丙二醛等生化组分的含量上分 析 ， 智利江蓠受到外界环境的胁迫

22、较 小 。 从智 利 江蓠的环境适应性上分 析 ， 具 有在中国海域进行栽培的 可能性 。 参考文献 李美真 ， 周光正 由孢子大规模养殖产胶藻类 智利江蓠 海 洋信息 ， ， ： ， ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， （ ， ） ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， （ ） ： 钱鲁 闽 ， 徐 永 健 ， 王 永 胜 营养盐因 子对龙须菜和菊花江蓠氮磷吸收速率的影 响 台 湾海 峡 ， ， （ ） ： 许忠能 ， 林小涛 ， 计新丽 ， 王朝晖 ， 黄长江 环境因子对细基江蓠繁枝变种氮 、 磷吸收速率的影响 应 用生态学报 ， ， （ ）： 金玉 林 ， 吴 文 婷

23、 ， 陈 伟洲 不同温度和盐度条件对脆江蓠生长及其生化组分的影 响 南 方水产科 学 ， ， （ ） ： 李娟 ， 黄 凌风 ， 郭 丰 ， 等 细 基江蓠对氮 、 磷营养盐的吸收及其对赤潮发生的抑制作 用 厦 门大学学报 （ 自 然科学版 ）， ， （ ）： 黄中坚 ， 宋志民 ， 杨晓 ， 等 生态因子对芋根江蓠的生长及生化组分的影 响 南 方水产科 学 ， ， （ ） ： ， ， ， ： ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， 海 洋 湖 沼 通 报 年 ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， （ ） ： ， ， ， ， ， ， （ ） ： 张志良 ， 瞿 伟

24、菁 植物生理学实验指导 版 ， 北京 ： 高等教育出版社 ， 包 杰 ， 田 相 利 ， 董 双 林 ， 等 温 度 、 盐度和光照强度对鼠尾藻 氮 、 磷 吸收的影 响 中 国水产科 学 ， ， （ ） ： 阳成伟 ， 彭长连 ， 陈贻竹 植物光破坏防御机制的研究进 展 植 物学通 报 ， ， （ ） ： 刘静雯 ， 董双林 光照和温度对细基江蓠繁枝变型的生长及生化组成影响 青岛海洋大学学报 （ 自 然 科 学 版 ）， ， （ ）： 霍元子 ， 徐姗婻 ， 张建恒 ， 等 真江蓠杭州湾海域栽培试验及生态因子对藻体生长的影 响 海 洋 科 学 ， ， （ ） ： ， ， ， ， （ ， ） ， ， （ ） ： 姚南瑜 藻类生理学 大 连 ： 大连工学院出版社 ， ：