亞洲蜈蚣藻(Grateloupiaasiatica Kawaguchi et Wang)的個(gè)體生態(tài)學(xué)研究

王宏偉， 劉雨薇， 王 晨， 趙樹(shù)雨， 田伊林

(遼寧師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 遼寧 大連 116081)

亞洲蜈蚣藻(GrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang)的個(gè)體生態(tài)學(xué)研究

王宏偉， 劉雨薇， 王 晨， 趙樹(shù)雨， 田伊林

(遼寧師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 遼寧 大連 116081)

對(duì)分布在大連市黃海海域的亞洲蜈蚣藻(GrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang)的生物量、成熟個(gè)體比例、生殖盛期及rbcL基因序列進(jìn)行了詳細(xì)研究.結(jié)果表明：不同季節(jié)亞洲蜈蚣藻的個(gè)體形態(tài)、大小、生物量均有差異.幼體從3月份出現(xiàn)，平均生物量為0.396 g/m2，10月份藻體最大，平均生物量達(dá)到4.944 g/m2.亞洲蜈蚣藻的主要繁殖季節(jié)為每年的8—11月(夏季到秋季)，生殖器官首先出現(xiàn)在夏季較大的個(gè)體上，到秋季在較小的個(gè)體上也有出現(xiàn).同一海域的雌雄配子體和四分孢子體的數(shù)量幾乎為1∶1.rbcL基因序列分析表明:4個(gè)海域的8個(gè)亞洲蜈蚣藻樣本無(wú)堿基差異.

亞洲蜈蚣藻；個(gè)體生態(tài)學(xué)；生物量；rbcL

亞洲蜈蚣藻(GrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang)隸屬于紅藻門(mén)(Rhodophyta)、杉藻目(Gigartinales)、海膜科(Halymeniaceae)、蜈蚣藻屬(GrateloupiaC. Agardh)[1]，廣泛分布于中國(guó)、日本、韓國(guó)及亞洲太平洋地區(qū)，多生長(zhǎng)在中、低潮帶的石沼中.亞洲蜈蚣藻具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在大連等一些地區(qū)的居民將其制作成涼菜食用[2].

一直以來(lái)，很多藻類(lèi)分類(lèi)學(xué)家把亞洲蜈蚣藻(G.asiaticaKawaguchi et Wang)和蜈蚣藻屬的屬模蜈蚣藻(G.filicina(Lamouroux) C. Agardh) 誤認(rèn)為是同一個(gè)種.直到2001年，Kawaguchi 等通過(guò)rbcL基因序列分析以及生殖結(jié)構(gòu)的詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)分布于亞洲及西太平洋的物種并非為蜈蚣藻(G.filicina(Lamouroux) C. Agardh)，而是一新種，并命名為亞洲蜈蚣藻(G.asiaticaKawaguchi et Wang)[1].2014年，王宏偉等對(duì)亞洲蜈蚣藻的孢子發(fā)育及生活史進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示：溫度25 ℃、光照強(qiáng)度80 μmol/(m2·s)為亞洲蜈蚣藻孢子發(fā)育的最適條件[3].

目前，亞洲蜈蚣藻雖然已有分子系統(tǒng)分析、生殖結(jié)構(gòu)、生活史以及對(duì)孢子和盤(pán)狀體發(fā)育的研究[3-7]，但關(guān)于其個(gè)體生態(tài)學(xué)研究一直未見(jiàn)報(bào)道.本文分析了大連地區(qū)黃海海域亞洲蜈蚣藻的生物量、大小、成熟個(gè)體比例、成熟個(gè)體的生物量/總生物量的變化、四分孢子體和雌雄配子體的比例，并結(jié)合了rbcL分子生態(tài)學(xué)方面的研究.研究結(jié)果為亞洲蜈蚣藻的物種保護(hù)、維持物種穩(wěn)定、生殖繁育以及在生態(tài)修復(fù)中的地位和作用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采集點(diǎn)布設(shè)

圖1 采集點(diǎn)的設(shè)置

采集點(diǎn)的布設(shè)是依據(jù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)較好、海藻種類(lèi)及生物量相對(duì)豐富的黃海海域作為采集點(diǎn)，共設(shè)置了4個(gè)采集點(diǎn)(如圖1所示),分別位于遼寧省大連市旅順口區(qū)黃金山(121°16.948′E，38°47.724′N(xiāo))，大連市黑石礁(121°33.399′E，38°52.139′N(xiāo))，大連市付家莊(121°37.388′E，38°51.753′N(xiāo))和大連市金石灘(122°2.560′E，39°4.155′N(xiāo)).

1.2 標(biāo)本的采集與處理

2014年9月至2015年8月每個(gè)月大干潮日(農(nóng)歷初一或十五)，同時(shí)對(duì)布設(shè)的4個(gè)海域進(jìn)行亞洲蜈蚣藻標(biāo)本采集，并且測(cè)量海水的溫度以及根據(jù)天氣預(yù)報(bào)確定光照時(shí)長(zhǎng).標(biāo)本采集分為定性采集和定量采集.

定性采集：選擇在中、低潮帶的石沼中生長(zhǎng)較好、藻體完整和帶有生殖器官的藻體(圖2a).將采回的藻體在解剖鏡下用毛刷輕輕刷洗，確保除掉藻體表面的泥沙、附生性雜藻、原生動(dòng)物等雜物，再用滅菌海水反復(fù)沖刷.定性采集的樣品用作形態(tài)研究和基因提取.

定量采集：選擇亞洲蜈蚣藻生長(zhǎng)旺盛的區(qū)域布設(shè)樣方(50 cm×50 cm)，亞洲蜈蚣藻樣方的布設(shè)如(圖2b).藻體表面清洗方法同定量采集.處理好后記錄每個(gè)樣方內(nèi)亞洲蜈蚣藻雌、雄配子體和四分孢子體的數(shù)量及分布情況以及R/T指數(shù)[8](成熟個(gè)體的生物量/總生物量的變化).定量采集的樣品用吸水紙吸干藻體表面的水后，放置在65 ℃的烘干箱中干燥24 h，保證藻體徹底干燥后稱(chēng)重.

圖2 亞洲蜈蚣藻的野外生境及樣方的布設(shè)(50 cm×50 cm)

1.3 rbcL基因序列分析

分別從4個(gè)采樣點(diǎn)選取1個(gè)幼苗階段和1個(gè)成熟階段的亞洲蜈蚣藻樣本，以及從GenBank中獲得的大連石槽、大連石廟、山東青島、韓國(guó)、墨西哥和日本各1個(gè)亞洲蜈蚣藻的rbcL序列和蜈蚣藻屬其他6個(gè)與亞洲蜈蚣藻形態(tài)相近的種：蜈蚣藻(G.filicina(J.V.Lamouroux) C.Agardh)[1]、多枝蜈蚣藻(G.ramosaWang et Luan)[9]、細(xì)弱蜈蚣藻(G.tenuisWang et Luan)[10]、陽(yáng)江蜈蚣藻(G.yangjiangensisLi et Ding)[11]、黃海蜈蚣藻(G.huanghaiensisWang et Zhao)[12]、鏈狀蜈蚣藻(G.catenataYendo)[13]，以及葉狀體類(lèi)型的博鰲蜈蚣藻(G.boaoensisWang et Luan)[14]的rbcL序列用于構(gòu)建ML系統(tǒng)發(fā)育樹(shù).

2 結(jié) 果

2.1 亞洲蜈蚣藻個(gè)體形態(tài)及大小的季節(jié)變化

對(duì)4個(gè)采樣點(diǎn)的亞洲蜈蚣藻的外部形態(tài)比較后，發(fā)現(xiàn)在同一季節(jié)中，個(gè)體形態(tài)及大小沒(méi)有顯著的差異.如圖3所示為不同季節(jié)采集的亞洲蜈蚣藻個(gè)體，其中，春季采集到最多的為亞洲蜈蚣藻的幼苗(圖3a,圖3b,圖3c).夏季為亞洲蜈蚣藻的快速生長(zhǎng)階段，此時(shí)期藻體有分枝出現(xiàn)(圖3d,圖3e,圖3f).秋季為亞洲蜈蚣藻的繁殖盛期，此時(shí)期藻體高度最大能達(dá)到20 cm(圖3g,圖3h).當(dāng)亞洲蜈蚣藻的孢子放散后，藻體漸漸腐爛，所以冬季采集到的多為腐爛的個(gè)體.

圖3 不同季節(jié)的亞洲蜈蚣藻個(gè)體大小春季:a,b,c，夏季:d,e,f，秋季:g,h

2.2 亞洲蜈蚣藻成熟個(gè)體比例及成熟個(gè)體生物量的季節(jié)變化

8月份，亞洲蜈蚣藻藻體開(kāi)始出現(xiàn)囊果、精子囊和四分孢子囊等生殖器官，而9—11月份期間采集的所有個(gè)體都具有生殖器官，11月份之后，具有生殖器官的個(gè)體數(shù)量開(kāi)始減少，而在4—7月份采集的個(gè)體均沒(méi)有生殖器官(表1).8月份，成熟個(gè)體的比例為59%，而9—11月份都為100%，12月到第2年3月份成熟個(gè)體的比例逐月下降(表1).其中，最小平均生物量出現(xiàn)在3月份，最大平均生物量出現(xiàn)在10月份.

基于R/T公式計(jì)算得到的波動(dòng)指數(shù)見(jiàn)表1.8月份成熟個(gè)體總生物量占總個(gè)體總生物量的68%.10月份，百分比達(dá)到99%(表1)，之后百分比又開(kāi)始下降，下降的原因是成熟的個(gè)體釋放完孢子后就逐漸分解，所以成熟個(gè)體的生物量也隨之減少.筆者采集到的最小的具有生殖器官的個(gè)體長(zhǎng)度為15 mm，干重為4.8 mg.

通過(guò)統(tǒng)計(jì)每個(gè)地點(diǎn)不同月份不同世代的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，最小平均生物量出現(xiàn)在3月份，最大平均生物量出現(xiàn)在10月份(表1).其中，3月份黃金山的樣方內(nèi)(50 cm×50 cm)平均生物量是0.344 g/m2、黑石礁是0.436 g/m2、付家莊是0.492 g/m2、金石灘是0.44 g/m2.10月份黃金山平均生物量是4.784 g/m2、黑石礁是4.182 g/m2、付家莊是4.092 g/m2、金石灘是5.156 g/m2.

表1 亞洲蜈蚣藻個(gè)體生態(tài)學(xué)統(tǒng)計(jì)表

2.3 亞洲蜈蚣藻四分孢子體和配子體的分布

圖4 亞洲蜈蚣藻的雌雄配子體和四分孢子體在4個(gè)地點(diǎn)樣方(50 cm×50 cm)內(nèi)的分布情況

圖4為2014年10月份4個(gè)地點(diǎn)的亞洲蜈蚣藻四分孢子體和配子體的分布情況，四分孢子體和雌雄配子體的比例接近1∶1.其中，黃金山亞洲蜈蚣藻的四分孢子體占比例為46%、雌雄配子體各占27%，黑石礁的亞洲蜈蚣藻四分孢子體占比為50%、雌雄配子體各占25%，付家莊的亞洲蜈蚣藻四分孢子體占比為44%、雌配子體占23%、雄配子體占35%，以及金石灘的亞洲蜈蚣藻四分孢子體占比為55%、雌配子體占27%、雄配子體占18%.

2.4 rbcL序列分析

4個(gè)采集點(diǎn)亞洲蜈蚣藻的幼苗和成體之間 的rbcL基因沒(méi)有堿基差異，并且4個(gè)采集點(diǎn)的8個(gè)個(gè)體間也無(wú)堿基差異，與大連石槽、石廟和青島以及日本的標(biāo)本間同樣沒(méi)有堿基差異，但與韓國(guó)和墨西哥的亞洲蜈蚣藻有2 bp的堿基差異(0.17%)；與模式標(biāo)本產(chǎn)地地中海的蜈蚣藻屬模式種蜈蚣藻(G.filicina(J.V.Lamouroux) C.Agardh)的堿基差異為83 bp(7.67%)；與形態(tài)上相似的多枝蜈蚣藻(G.ramosaWang et Luan)的堿基差異為87 bp(8.16%)，與鏈狀蜈蚣藻(G.catenataYendo)的堿基差異為91 bp(8.60%)，與細(xì)弱蜈蚣藻(G.tenuisWang et Luan)的堿基差異為85 bp(7.97%)，與陽(yáng)江蜈蚣藻(G.yangjiangensisLi et Ding)的堿基差異為85 bp(7.97%)，與黃海蜈蚣藻(G.huanghaiensisWang et Zhao)的堿基差異為84 bp(7.87%)，與葉狀體類(lèi)型的博鰲蜈蚣藻(G.boaoensisWang et Luan)的堿基差異為87 bp(8.16% )(圖 5).

圖5 基于rbcL基因構(gòu)建的ML系統(tǒng)樹(shù)

3 討 論

通過(guò)對(duì)亞洲蜈蚣藻的個(gè)體生態(tài)學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)亞洲蜈蚣藻屬于多年生海藻，在冬季和初春，藻體上部分逐漸分解，但固著器一直存在.3月份，隨著海水溫度的升高，一部分個(gè)體由固著器開(kāi)始生長(zhǎng)，另一部分個(gè)體由孢子發(fā)育而來(lái)，所以在10月份同時(shí)采到了四分孢子體和雌雄配子體.同樣的情況在日本角叉菜(ChondrusnipponicusYendo)上也有發(fā)現(xiàn).1993年，Michio Masuda 和 Yasuharu Hashimoto對(duì)日本角叉菜的個(gè)體生態(tài)學(xué)進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)日本角叉菜的配子體和四分孢子體比例也接近1∶1[15].這說(shuō)明海藻的配子體和四分孢子體可在同一時(shí)期生長(zhǎng)繁殖.

3—6月，海水的溫度從5.9 ℃到15.3 ℃不斷升高，光照時(shí)長(zhǎng)從11.53 h到15.26 h逐漸變長(zhǎng)，這段時(shí)間內(nèi)藻體不斷生長(zhǎng)，由此可見(jiàn)，溫度和光照都可影響亞洲蜈蚣藻的生長(zhǎng).8月份，海水溫度達(dá)到最高23.2 ℃，光照時(shí)長(zhǎng)為13.69 h，但此時(shí)個(gè)體還在繼續(xù)生長(zhǎng).10月份時(shí)，亞洲蜈蚣藻的生物量最大，10月之后的生物量開(kāi)始減少，可能是因?yàn)殒咦臃派⒑?，藻體營(yíng)養(yǎng)體部分就開(kāi)始逐漸分解或藻體在低海水溫度以及短日照條件下不適合生長(zhǎng)造成的.

近年來(lái)，我國(guó)諸多海域富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，海灣赤潮和海水污染頻繁發(fā)生，海灣生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重失衡.而一些研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)，海帶、裙帶菜、紫菜、龍須菜等大型海藻在生長(zhǎng)過(guò)程中能大量吸收C、N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大型海藻是吸收、利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，防治富營(yíng)養(yǎng)化的有效措施之一，對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)具有重要的作用[16].本研究中的亞洲蜈蚣藻同屬于大型多年生海藻并且常年存在，因此亞洲蜈蚣藻對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)和保護(hù)也應(yīng)具有一定的作用.通過(guò)對(duì)亞洲蜈蚣藻的個(gè)體生態(tài)學(xué)研究，掌握了其個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的變化以及生殖的規(guī)律，希望通過(guò)研究亞洲蜈蚣藻生活習(xí)性和生長(zhǎng)周期的特點(diǎn)為其物種的保護(hù)和繁育等提供理論依據(jù).

在rbcL序列分析中得出4個(gè)采樣點(diǎn)的幼苗和成體沒(méi)有堿基差異，證明了其遺傳的穩(wěn)定性.同時(shí)與大連石槽、石廟以及山東青島的樣本沒(méi)有堿基差異，說(shuō)明國(guó)內(nèi)的亞洲蜈蚣藻沒(méi)有遺傳差異；其次，與日本的樣本同樣沒(méi)有堿基差異，說(shuō)明日本同中國(guó)的亞洲蜈蚣藻樣本沒(méi)有因地理或環(huán)境的因素發(fā)生遺傳差異.本研究的8個(gè)樣本與韓國(guó)和墨西哥的亞洲蜈蚣藻有2 bp的堿基差異，可能是地理或環(huán)境等因素導(dǎo)致的差異.從系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中可以看出，亞洲蜈蚣藻與屬模蜈蚣藻分別在單獨(dú)的2個(gè)進(jìn)化枝上，進(jìn)一步證明了亞洲蜈蚣藻確實(shí)為蜈蚣藻屬中一個(gè)獨(dú)立的物種而非蜈蚣藻(G.filicina).

[1] KAWAGUCHI S,WANG H W,HORIGUCHI T,et al.A comparative study of the red algaGrateloupiafilicina(Halymeniaceae) from the Northwestern Pacific and Mediterranean with the description ofGrateloupiaasiaticasp.nov.[J].Journal of Phycology,2001,37(3):433-442.

[2] 王宏偉,戚貴成.遼寧沿海蜈蚣藻屬的初步研究[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,32(2):231-234.

[3] 王宏偉,李雅卓,曹翠翠,等.亞洲蜈蚣藻(GrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang )孢子發(fā)育及生活史的研究[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014，37(2):246-251.

[4] ADHARINI R I,KIM H G.Developmental pattern of crust into upright thalli ofGrateloupiaasiatica(Halymeniaceae，Rhodophyta)[J].Journal of Applied Phycology,2014,26(4):1911-1918.

[5] 村上迪代,豬野俊平.ムカデノリの四分孢子發(fā)生について[J].藻類(lèi),1967,15(2):61-67.

[6] 李偉新,符鵬飛,丁鎮(zhèn)芬,等.蜈蚣藻及其生殖器官的研究[J].熱帶海洋,1984,3(4):35-42.

[7] 房歷生,肖培華.蜈蚣藻(GrateloupiafilicinaC.Ag)幼苗生物學(xué)的初步研究[J].海洋通報(bào),1985,4(4):40-44.

[8] HASEGAWA Y,FUKUHARA E.Ecological studies onIridophycuscornucopiae(P. et R.) Setch. et Gardn. 3. On the seasonal change of the number of gametophytes and sporophytes[J].Bull Hokkaido Reg Fish Res Lab,1952,3:20-30.

[9] CAO C C,LIU M,GUO S R,et al.Grateloupiaramosa，Wang & Luan sp. nov. (Halymeniaceae，Rhodophyta)，a new species from China based on morphological evidence and comparativerbcL sequences[J].Chinese Journal of Oceanology & Limnology,2015(2):283-294.

[10] YU L,WANG H W,LUAN R X.GrateloupiatenuisWang et Luan sp. nov. (Halymeniaceae，Rhodophyta):a new species from South China sea based on morphological observation andrbcL gene sequences analysis[J].Biomed Research International,2013(3):560163.

[11] WANG H W,GUO S R,ZHANG X M,et al.Re-identifyingGrateloupiayangjiangensis(Rhodophyta，Halymeniaceae) based on morphological observations，life history andrbcL sequence analyses[J].Acta Oceanologica Sinica,2014,33(4):77-84.

[12] WANG H W，GUAN Y，ZHAO F Q，et al.Grateloupiahuanghaiensissp. nov. (Halymeniaceae，Rhodophyta)，a peculiar new species from China[J].Marine Biology Research，2014，11(4):396-404.

[13] WANG H W,GUO S R,ZHANG X M,et al.Reinstatement ofGrateloupiacatenata(Rhodophyta，Halymeniaceae) on the basis of morphology andrbcL sequences[J].Phycologia,2000,39(3):228-237.

[14] LIU M,WANG H W,LUAN R X.Morphological observation andrbcL sequence analysis of a new species from china，GrateloupiaboaoensisWang et Luan sp. Nov. (Halymeniaceae，Rhodophyta)[J].Acta Hydrobiologica Sinica,2014,38(5):938-944

[15] MASUDA M,HASHIOTO Y.Autecological studies onChondrusnipponicusYendo(Gigartinales，Rhodophyta)[J].Japanese Journal of Phycology Sapporo，1993,41(2):99-111.

[16] 林貞賢,汝少?lài)?guó),楊宇峰.大型海藻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化海灣生物修復(fù)的研究進(jìn)展[J].海洋湖沼通報(bào),2007(4):128-134.

Autecological studies onGrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang (Halymeniaceae,Rhodophyta)

WANGHongwei,LIUYuwei，WANGChen，ZHAOShuyu，TIANYilin

(College of Life Science， Liaoning Normal University， Dalian 116081， China)

We investigated individual biomass，mature individual proportion，reproductive stage andrbcL gene onGrateloupiaasiaticaKawaguchi et Wang distributed in Dalian detailedly. The results indicated that the individual morphology，size and biomass ofG.asiaticain different seasons were all different. This species begin to grow in March when the algae is minimum. And the average individual biomass is 0.396 g/m2at this time. And the maximum biomass is 4.944 g/m2in October. The main reproduction season is from August to November(from summer to autumn). Reproductive structures are first formed on larger blades and progressively on smaller blades. The number of tetrasporophytes and gametophytes is virtually equal in the same place in different months. And there is no bases difference of eightG.asiaticasample in the four sites based on therbcL gene.

Grateloupiaasiatica;autecology;biomass;rbcL

2016-08-08 基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30870161；31270251；31570209) 作者簡(jiǎn)介：王宏偉(1963-)，男，遼寧北鎮(zhèn)人，遼寧師范大學(xué)教授，博士.

1000-1735(2017)01-0083-06

10.11679/lsxblk2017010083

Q948.8

A