氮磷源對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)的影響

氮磷源對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)的影響

人類(lèi)活動(dòng)嚴(yán)重阻礙了生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，導(dǎo)致有毒有害甲殼素的數(shù)量逐年增加。不同類(lèi)型的赤潮具有不同的機(jī)制，但豐富的營(yíng)養(yǎng)化和營(yíng)養(yǎng)化的變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的群落發(fā)展和適應(yīng)種類(lèi)的大量繁殖起到了重要作用，其中氮和磷是海洋浮游植物生長(zhǎng)的限制因素。它們是植物細(xì)胞的蛋白質(zhì)分子，參與生物代謝。因此，豐富的氮和磷營(yíng)養(yǎng)鹽是赤潮的物質(zhì)基礎(chǔ)。這種普通的紅藻甲殼素可以分泌水體中的養(yǎng)分和魚(yú)素，并溶解魚(yú)腸菌的水生細(xì)胞。近年來(lái)，它給世界各國(guó)沿海地區(qū)、中國(guó)南海、渤海等海域帶來(lái)了赤潮，并造成了巨大的漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)研究大米的養(yǎng)分生理，掌握赤潮的規(guī)律，對(duì)減少水產(chǎn)養(yǎng)殖損失，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境具有重要的實(shí)際意義。本文研究了米氏凱倫藻在不同氮、磷濃度條件下的生長(zhǎng)情況,以期為渤海赤潮的爆發(fā)機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ),并對(duì)赤潮的預(yù)報(bào)和防治提供科學(xué)依據(jù).1材料和方法1.1藻類(lèi)藻類(lèi)實(shí)驗(yàn)所用微藻藻種取自中國(guó)海洋大學(xué)微藻種質(zhì)庫(kù)(MACC):Kareniamikimotoi米氏凱倫藻MACC/D231.2細(xì)胞計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)藻株作了不同氮濃度(NaNO3:30、60、150、750、1275、3,000,mg/L)和磷濃度(NaH2PO4:4.4、8.8、22、44、88、176,mg/L)的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn).每個(gè)濃度2個(gè)平行組.其中海水經(jīng)沉淀后用脫脂棉過(guò)濾,煮沸消毒.其他營(yíng)養(yǎng)鹽采用f/2培養(yǎng)基,鹽度28‰.培養(yǎng)用250,mL三角瓶,在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),溫度(22±1)℃,光照強(qiáng)度50,μmol/(m2·s).每天手動(dòng)搖動(dòng)2~3次,并隨機(jī)調(diào)換位置,用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)細(xì)胞濃度.1.3相對(duì)生長(zhǎng)率的計(jì)算相對(duì)生長(zhǎng)率=(lnN2-lnN1)/(t2-t1)式中:t1、t2為培養(yǎng)時(shí)間;N1和N2分別為培養(yǎng)t1和t2時(shí)間的細(xì)胞密度.1.4處理數(shù)據(jù)用SPSS13.0軟件分別進(jìn)行單因素方差分析和多重比較.P<0.05表示有顯著性差異.2結(jié)果2.1nano3對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)周期的影響不同氮濃度對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表1和圖1.由表1可以看出:米氏凱倫藻的最高細(xì)胞密度和相對(duì)生長(zhǎng)率在NaNO3質(zhì)量濃度為30~750,mg/L之間隨NaNO3濃度的升高而升高,在750,mg/L時(shí)達(dá)到最大值,最高細(xì)胞密度為4.60×106,mL–1,相對(duì)生長(zhǎng)率為0.608,d–1.之后,NaNO3質(zhì)量濃度在750~3,000mg/L之間,隨著NaNO3濃度的進(jìn)一步升高,米氏凱倫藻的生長(zhǎng)受到高氮濃度的抑制,最高細(xì)胞密度和相對(duì)生長(zhǎng)率逐漸降低.單因素方差分析結(jié)果表明,NaNO3濃度對(duì)米氏凱倫藻的相對(duì)生長(zhǎng)率有顯著影響(P<0.05).多重比較結(jié)果表明,750,mg/L,NaNO3濃度組的相對(duì)生長(zhǎng)率顯著高于其他濃度組.由圖1可以看出,米氏凱倫藻在低NaNO3濃度(30、60,mg/L)時(shí),在生長(zhǎng)周期的第5,d達(dá)到最高細(xì)胞密度,隨后(第6,d)細(xì)胞密度快速下降,表明此時(shí)培養(yǎng)液中的NaNO3被迅速耗盡,提前進(jìn)入衰亡期.在中NaNO3濃度(750,mg/L)時(shí),細(xì)胞快速生長(zhǎng)繁殖,第2,d即進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期,在第5,d達(dá)到細(xì)胞密度的最大值,之后進(jìn)入穩(wěn)定期,在第6,d和第7,d仍然能夠維持較高的細(xì)胞密度.其他NaNO3濃度(150、1,275、3,000,mg/L),米氏凱倫藻在生長(zhǎng)周期的第6,d結(jié)束指數(shù)生長(zhǎng)期,隨后(第7,d)細(xì)胞密度開(kāi)始下降.2.2nahp4對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)周期的影響不同磷濃度對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)的影響見(jiàn)表2和圖2.由表2可以看出:米氏凱倫藻的最高細(xì)胞密度在NaH2PO4質(zhì)量濃度為4.4~8.8,mg/L時(shí),隨NaH2PO4濃度的升高而升高,在8.8,mg/L時(shí)達(dá)到最大值,為2.69×106,mL–1;NaH2PO4質(zhì)量濃度在8.8~22,mg/L時(shí)變化不大,但是隨著NaH2PO4濃度的進(jìn)一步升高,最高細(xì)胞密度有所下降.相對(duì)生長(zhǎng)率在NaH2PO4質(zhì)量濃度為4.4~22,mg/L時(shí),隨NaH2PO4濃度的升高而升高,在22,mg/L時(shí)達(dá)到最大值,為0.568,d–1,但隨著NaH2PO4濃度的進(jìn)一步升高,米氏凱倫藻的相對(duì)生長(zhǎng)率呈明顯降低趨勢(shì).單因素方差分析結(jié)果表明,NaH2PO4濃度對(duì)米氏凱倫藻的相對(duì)生長(zhǎng)率有顯著影響(P<0.05).多重比較結(jié)果表明,22,mg/LNaH2PO4濃度組的相對(duì)生長(zhǎng)率顯著高于其他濃度組,88,mg/L和176,mg/L,NaH2PO4濃度組之間沒(méi)有顯著性差異.由圖2可以看出:米氏凱倫藻在NaH2PO4濃度為4.4、8.8、22,mg/L時(shí),在生長(zhǎng)周期的第4,d結(jié)束指數(shù)生長(zhǎng)期而進(jìn)入穩(wěn)定期,第5,d時(shí)細(xì)胞密度達(dá)到最大值,第6d時(shí)細(xì)胞密度開(kāi)始下降;NaH2PO4濃度為44、88、176,mg/L時(shí),在生長(zhǎng)周期的第5,d結(jié)束指數(shù)生長(zhǎng)期而進(jìn)入穩(wěn)定期,第6,d細(xì)胞密度達(dá)到最大值,第7,d細(xì)胞密度開(kāi)始下降,其中高磷濃度組(176,mg/L)細(xì)胞密度下降最快.3高氮磷比對(duì)浮游植物生物量的影響氮和磷是藻類(lèi)生長(zhǎng)所必需的主要元素.氮在細(xì)胞代謝中是形成氨基酸、嘌呤、氨基糖和胺類(lèi)化合物的基本元素,磷直接參與光合作用的各個(gè)環(huán)節(jié),包括光能吸收與同化、卡爾文循環(huán)以及對(duì)一些酶的活性起調(diào)節(jié)作用等.有研究表明,氮、磷濃度能夠影響赤潮藻類(lèi)的生長(zhǎng)[2,8,9,10,11,12,13,14,15].石巖峻等分別研究了氮和磷對(duì)微小原甲藻(Prorocentrumminimum)和塔瑪亞歷山大藻(Alexandriumtamarense)生長(zhǎng)的影響.結(jié)果表明,低氮(0.088,2,mmol/LNaNO3)條件下,微小原甲藻具有最高的比生長(zhǎng)速率,而中氮(0.882mmol/LNaNO3)條件下具有最大的細(xì)胞密度,最大細(xì)胞密度和比生長(zhǎng)速率隨著培養(yǎng)基中磷濃度的升高而增加,在高磷(0.108,mmol/LKH2PO4)條件下達(dá)到最大值;塔瑪亞歷山大藻則在中氮(0.882,mmol/L)及高磷(0.108,mmol/L)條件下具有最大生物量,中磷(0.036,mmol/L)條件下具有最大的比生長(zhǎng)速率.王正方等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明硝酸鹽濃度在40~300,μmol/L能較好地維持海洋原甲藻(ProrocentrummicansEhrenb)的增殖,磷比氮更能限制海洋原甲藻的增殖.江艷等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,NO3--N質(zhì)量濃度為3.75~75,mg/L時(shí),赤潮異彎藻(Heterosigmaakashiwo)的比生長(zhǎng)速率與氮濃度成正比關(guān)系,PO4--P質(zhì)量濃度為0~1.0mg/L時(shí),赤潮異彎藻的比生長(zhǎng)速率與磷濃度成正比關(guān)系.本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果相符,表明不同的氮磷濃度對(duì)米氏凱倫藻的生長(zhǎng)均有顯著影響,在低–中濃度范圍內(nèi),其最高細(xì)胞密度和相對(duì)生長(zhǎng)率與氮磷濃度成正比,并在中等氮濃度和磷濃度下達(dá)到最大值.低氮磷條件下,米氏凱倫藻較早地結(jié)束指數(shù)生長(zhǎng)期到達(dá)穩(wěn)定期是由于最初的氮或磷限制促進(jìn)了藻細(xì)胞的分裂,因而低氮磷條件下的米氏凱倫藻最先進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期,并迅速耗盡了培養(yǎng)液中低濃度的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽,比其他濃度組更早地達(dá)到了最高細(xì)胞密度,進(jìn)入穩(wěn)定期.米氏凱倫藻在高氮磷條件下,細(xì)胞密度和生長(zhǎng)率降低的原因可能是由于過(guò)高的氮或磷濃度導(dǎo)致了植物細(xì)胞的單鹽毒害,抑制了藻細(xì)胞的分裂,藻細(xì)胞在經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間生長(zhǎng)后才進(jìn)入對(duì)數(shù)期,而此時(shí)氮磷濃度才相對(duì)降低,但最終還是使得高氮磷條件下穩(wěn)定期細(xì)胞密度及生長(zhǎng)率低于中氮磷條件.過(guò)低或過(guò)高的氮磷濃度條件下,其細(xì)胞密度和生長(zhǎng)率降低的另一個(gè)可能原因是此時(shí)氮磷比例的失調(diào),Redfield提出海水中平均氮磷比是15﹕1,浮游植物生長(zhǎng)時(shí)氮和磷以此比例被消耗,目前則認(rèn)為浮游植物生長(zhǎng)的最適氮磷比為16﹕1.不同的浮游植物種類(lèi)在其生長(zhǎng)過(guò)程中,對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求不同,因此其生理適宜的氮磷比范圍也不同,對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的不同需求反映了各種浮游植物之間的共存和競(jìng)爭(zhēng),維持了海洋生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的基礎(chǔ).呂頌輝等的研究結(jié)果表明,東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)適宜的氮磷比范圍在8﹕1到20﹕1之間,孫軍等報(bào)道了米氏凱倫藻在氮磷比為80﹕1時(shí)相對(duì)生長(zhǎng)率最大,而青島大扁藻(Platymonashelgolandicavar.tsingtaoensis)則在氮磷比為4﹕1時(shí)相對(duì)生長(zhǎng)率最大,并認(rèn)為米氏凱倫藻屬于有較強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力的K選擇物種.本實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,過(guò)高或過(guò)低的氮磷濃度導(dǎo)致的氮磷比例失調(diào)顯然不利于米氏凱倫藻的生長(zhǎng),說(shuō)明不同的氮磷濃度對(duì)米氏凱倫藻生長(zhǎng)的影響同時(shí)也是不同的氮磷比的影響;米氏凱倫藻在中等氮磷濃度條件下可達(dá)到最高細(xì)胞密度和相對(duì)生長(zhǎng)率,此時(shí)的氮磷比在15﹕1到276﹕1之間,表明米氏凱倫藻生理適宜的氮磷比范圍較大,有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力.由于環(huán)境會(huì)優(yōu)先選擇與之相適應(yīng)的特征種,形成適者生存的群落,因此這也是米氏凱倫藻能夠在適宜的環(huán)境條件下,從浮游植物種類(lèi)之間的競(jìng)爭(zhēng)中獲勝,成為優(yōu)勢(shì)種并快速增殖,最后爆發(fā)大規(guī)模赤潮的原因之一.4nahp-4對(duì)米氏凱倫藻相對(duì)生長(zhǎng)率的影響米氏凱倫藻的最高細(xì)胞密度和相對(duì)生長(zhǎng)率在30~750,mg/L,NaNO3濃度間隨氮濃度的升高而升高,在750~3,000,mg/L之間隨氮濃度的升高而降低.NaNO3濃度對(duì)米氏凱倫藻的相對(duì)生長(zhǎng)率有顯著影響(P<0.05),氮濃度對(duì)米氏