溫度脅迫對(duì)海帶孢子體生長(zhǎng)的影響

孫蓓蓓　韓龍江　潘玉龍　宋文鵬　李繼業(yè)　劉一霆　趙升

摘要 將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)的海帶置于5、10、15、20 ℃ 4個(gè)溫度梯度下培養(yǎng)，測(cè)定其生長(zhǎng)率，檢測(cè)其藻體光合參數(shù)，以研究海帶生長(zhǎng)對(duì)不同溫度條件的響應(yīng)。結(jié)果表明，3 d以后4個(gè)溫度梯度下的海帶生物量均有所增加，且生物量增加情況比較接近，5、10、15 ℃ 3個(gè)溫度梯度下海帶相對(duì)生長(zhǎng)率維持在30%左右，20 ℃條件下的相對(duì)生長(zhǎng)率達(dá)到了60%以上。10 d以后，海帶相對(duì)生長(zhǎng)率最高的溫度為10 ℃，其生物量增長(zhǎng)了80.3%；其次為5 ℃，生物量增長(zhǎng)了64.9%；15 ℃條件下海帶的生物量比試驗(yàn)前增長(zhǎng)了44.2%；20 ℃第10天的生物量相對(duì)于第3天下降較多。葉綠素?zé)晒饣钚栽囼?yàn)表明，試驗(yàn)開始時(shí)海帶葉綠素光合活性平均值均大于0.7，且Fv /Fm值較接近；3 d后20 ℃時(shí)的光合活性最強(qiáng)；10 d以后20 ℃條件下的海帶光合活性顯著降低，為4個(gè)溫度梯度的最低值，10 ℃試驗(yàn)組光合活性最高，其次為15 ℃試驗(yàn)組。由此表明，石島灣主要養(yǎng)殖品系東方六號(hào)海帶幼孢子體的適宜生長(zhǎng)溫度為5～15 ℃，環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間超過20 ℃會(huì)明顯抑制海帶幼孢子體的生長(zhǎng)速度以及光合活性。

關(guān)鍵詞 海帶；孢子體；生長(zhǎng)率；光合活性；溫度

中圖分類號(hào) S968 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）20-0177-02

榮成市位于山東半島最東端，海域面積約5 000 km2，擁有得天獨(dú)厚的水產(chǎn)養(yǎng)殖條件，素有“中國(guó)海帶之鄉(xiāng)”的美譽(yù)。榮成市附近海域有260余家從事海帶育苗、養(yǎng)殖的企業(yè)，養(yǎng)殖面積4萬hm2，年產(chǎn)量逾50萬t，產(chǎn)值超過20億元，產(chǎn)量占山東省總產(chǎn)量的80%左右，占全國(guó)總產(chǎn)量的50%左右，養(yǎng)殖面積、產(chǎn)量均居全國(guó)縣級(jí)第1位[1-2]。海帶早期的發(fā)育一直受到研究者的關(guān)注，主要涉及溫度、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽、植物激素等因素對(duì)海帶配子體及孢子體的影響[3-8]。海帶幼孢子體的發(fā)生和發(fā)育在冬季和初春進(jìn)行。近年來，榮成市海區(qū)海帶種苗幼孢子體出現(xiàn)了畸形率偏高的現(xiàn)象[9-11]，導(dǎo)致其無法進(jìn)行正常分裂而死亡，造成人力、物力的大量浪費(fèi)，制約了海帶產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。影響榮成市海帶生長(zhǎng)發(fā)育最敏感的環(huán)境因子為溫度[12]。

石島灣核電站工程項(xiàng)目位于山東省威海市榮成石島灣，全機(jī)組規(guī)劃容量為1×200 MW+4×1 250 MW+2×1 400 MW，數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果表明，全機(jī)組運(yùn)行時(shí)冬季2 ℃溫升最大離岸影響距離約3.0 km，順岸影響距離約6.9 km，冬季1 ℃溫升最大影響面積為47.4 km2。2016年，國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心承擔(dān)了石島灣核電廠址鄰近海域水生生態(tài)調(diào)查項(xiàng)目，在主要經(jīng)濟(jì)物種適溫、適鹽性調(diào)查過程中查閱了大量文獻(xiàn)和資料，發(fā)現(xiàn)目前尚沒有關(guān)于石島灣海域海帶（東方六號(hào)）生理生化指標(biāo)對(duì)溫度脅迫響應(yīng)的研究。因此，國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心利用生態(tài)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室開展了溫度脅迫對(duì)海帶孢子體生長(zhǎng)的影響研究，以期為核電站運(yùn)行和決策提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

海帶孢子體采自山東省榮成市石島灣海帶養(yǎng)殖區(qū)，海帶品系為東方六號(hào)，為石島灣附近主要養(yǎng)殖品系（圖1）。試驗(yàn)用海水采用海水晶（海寶牌，鹽度為30‰，pH值7.8）人工配制，試驗(yàn)用水采用RO機(jī)過濾自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

為研究不同溫度對(duì)海帶生長(zhǎng)的影響，將實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)的海帶置于不同溫度條件下培養(yǎng)。根據(jù)2016年石島灣核電廠址鄰近海域水生生態(tài)調(diào)查結(jié)果，取、排水口附近海域冬季最高溫度為2.94 ℃，春季最高溫度為14.18 ℃，結(jié)合核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的升溫?cái)?shù)值模擬結(jié)果，本次試驗(yàn)設(shè)置了4個(gè)溫度梯度（5、10、15、20 ℃），每個(gè)溫度設(shè)置3個(gè)平行樣，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用流動(dòng)循環(huán)溫控系統(tǒng)，光強(qiáng)3 500 lx，添加營(yíng)養(yǎng)鹽，使NO3-N質(zhì)量濃度達(dá)到3 mg/L，PO4-P質(zhì)量濃度達(dá)到0.3 mg/L，光照周期設(shè)為12L∶12D，定期稱量海帶生長(zhǎng)狀況以計(jì)算其生長(zhǎng)率；采用葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀Phyto-pam檢測(cè)藻體光合參數(shù)。試驗(yàn)周期4周，每隔5 d換1次人工海水，每隔3 d添加1次營(yíng)養(yǎng)鹽并觀察生長(zhǎng)狀況。

1.2.1 處理步驟。將海帶孢子體采集回實(shí)驗(yàn)室后放置到與石島灣自然海區(qū)相同溫度、鹽度的海水中馴養(yǎng)3 d，然后進(jìn)行如下處理：①將長(zhǎng)（55.330 0±0.479 5）cm、寬（10.500 0±0.144 9）cm的海帶仔細(xì)清洗干凈，在黑暗條件下置于過濾海水中一晝夜；②海帶放入水缸前測(cè)定其長(zhǎng)、寬、濕重，并取同批海帶測(cè)定其Fv /Fm值。③將已加入人工海水的12個(gè)800 L循環(huán)水玻璃水缸分為4組，每個(gè)水缸上面放置4根燈管，使其光照強(qiáng)度達(dá)到3 500 lx，每組水缸溫度分別設(shè)為5、10、15、20 ℃，并保持恒定，光照強(qiáng)度一致，海水鹽度為31.920%。④在試驗(yàn)組水缸中，將所選的18株海帶等間距（5 cm）夾于比較松弛的線繩上，懸浮在水缸中；⑤試驗(yàn)開始3 d后測(cè)定每缸18株海帶的Fv /Fm值，同時(shí)測(cè)定海帶濕重。

1.2.2 濕重測(cè)定。先用蒸餾水沖洗，用濾紙吸干海帶表面的水分后稱濕重。儀器選用LIBROR AEG-220G電子分析天平，精確到0.001 g。相對(duì)生長(zhǎng)率的計(jì)算公式如下：

RGR（%）=（Wt-W0）/W0×100，其中W0為藻的初始鮮重（g），Wt為第t天時(shí)藻的鮮重（g），t為試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間（d）。

1.2.3 光合活性的測(cè)定。使用葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定儀Phyto-pam（德國(guó) walz）測(cè)定海帶Fv /Fm，可以反映光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）量子產(chǎn)量。一般情況下，F(xiàn)v /Fm是一個(gè)很穩(wěn)定的值，有學(xué)者認(rèn)為綠藻的Fv /Fm介于0.70～0.75之間時(shí)，綠藻的生理狀態(tài)較為正常。因此，該參數(shù)可以作為表征植物體生長(zhǎng)狀態(tài)的一個(gè)重要物理量[13-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下海帶的生長(zhǎng)狀況

3 d以后，4個(gè)溫度梯度下的海帶生物量均有所增加，且生物量增加情況比較接近，5、10、15 ℃ 3個(gè)溫度梯度下相對(duì)生長(zhǎng)率維持在30%左右，20 ℃條件下的相對(duì)生長(zhǎng)率達(dá)到了60%以上，說明短時(shí)間內(nèi)溫度升高對(duì)海帶生長(zhǎng)有刺激作用。10 d以后，相對(duì)生長(zhǎng)率最高的溫度為10 ℃，其生物量增長(zhǎng)了80.3%；其次為5 ℃，生物量增長(zhǎng)了64.9%；15 ℃條件下海帶的生物量比試驗(yàn)前增長(zhǎng)了44.2%；20 ℃時(shí)第10天的生物量相對(duì)于第3天下降較多，說明該溫度條件明顯抑制了海帶的生長(zhǎng)（圖2、3）。

綜上所述，石島灣東方六號(hào)海帶最適生長(zhǎng)溫度為5～10 ℃，環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間超過20 ℃會(huì)明顯抑制海帶的生長(zhǎng)。

2.2 不同溫度下海帶的葉綠素光合活性（Fv /Fm值）

試驗(yàn)開始時(shí)，4個(gè)溫度處理的葉綠素光合活性平均值均大于0.7，說明起始時(shí)各處理海帶健康狀況較好，且Fv /Fm值較接近；3 d后的測(cè)定結(jié)果表明，20 ℃時(shí)的光合活性最強(qiáng)，表明高溫短時(shí)間內(nèi)刺激了海帶的生長(zhǎng)，這也是3 d后20 ℃條件下的海帶生物量相對(duì)增長(zhǎng)率最高的原因；然而10 d以后，20 ℃條件下的海帶光合活性顯著降低，為4個(gè)溫度梯度試驗(yàn)組的最低值，10 d后光合活性最高的為10 ℃試驗(yàn)組，其次為15 ℃試驗(yàn)組，這與生物量相對(duì)增長(zhǎng)率的結(jié)果基本一致（圖4）。

3 結(jié)論與討論

通過測(cè)定海帶生物量相對(duì)增長(zhǎng)率以及葉綠素光合活性2個(gè)參數(shù)表明，石島灣主要養(yǎng)殖品系東方六號(hào)海帶幼孢子體的適宜生長(zhǎng)溫度為5～15 ℃，環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間超過20 ℃會(huì)明顯抑制海帶幼孢子體的生長(zhǎng)速度以及光合活性。海帶幼孢子體在春季處于生長(zhǎng)旺季，附近海域春季海水溫度最高為14.18 ℃。因此，石島灣核電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，會(huì)對(duì)一定范圍內(nèi)的海帶孢子體生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

相關(guān)研究表明，在10～15 ℃條件下，掌狀海帶幼苗具有較高的生長(zhǎng)速率[14]，隨著溫度升高，RGR逐漸降低，20 ℃時(shí)海帶幾乎完全分解。研究表明，高溫脅迫會(huì)降低光合反應(yīng)速率，對(duì)PSⅡ中心有瞬時(shí)鈍化作用[15]。因此，高溫條件下，海帶幼苗的生長(zhǎng)勢(shì)必會(huì)受到影響。

葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地反映植物自身光合特性以及環(huán)境適應(yīng)能力[15-18]。在正常的生理狀態(tài)下，藻類PSⅡ的Fv /Fm約為0.65，但當(dāng)受到脅迫時(shí)，該值顯著下降。相對(duì)電子傳遞速率（rETR）是快速光曲線測(cè)定過程中反映實(shí)際光強(qiáng)下的表觀電子傳遞速率[19-20]。本試驗(yàn)中，5、20 ℃處理下，海帶孢子體的Fv /Fm值明顯下降，10 d后達(dá)到最小，說明溫度過低或過高均能使海帶幼苗光合能力和光合活性下降。光合色素和電子傳遞鏈?zhǔn)侵参锛?xì)胞類囊體膜的重要組成部分，高溫可導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)改變，勢(shì)必影響光合作用[21]。本試驗(yàn)中，10 ℃處理組的海帶孢子體Fv /Fm整體呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的趨勢(shì)，表明該條件下海帶孢子體光合電子傳遞過程沒有受到抑制。已有研究表明，多種藻類在高溫脅迫下會(huì)受到損傷，而可溶性蛋白在抵御溫度逆境脅迫過程中起到了非常重要的作用[22-26]。

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