不同氮磷濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響

劉楠 吳茜 姚抒含 張毅

摘要：角毛藻是引發(fā)赤潮的主要藻類，研究角毛藻的生長(zhǎng)規(guī)律對(duì)于防治赤潮有很大意義。實(shí)驗(yàn)室條件，不同的NaNO3和NaH2PO4.H2O濃度下，研究不同氮和磷濃度（P：5μmol/L，N：0～80μmol/L和N：40μmol/L，P：0～5μmol/L）對(duì)角毛藻（Chaetoceros）生長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在高N、P（N：80μmol/L，P：5μmol/L）條件下，角毛藻的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)最好，具有較高的相對(duì)生長(zhǎng)率。添加N可以明顯促進(jìn)角毛藻的生長(zhǎng)，比生長(zhǎng)率有較大幅度提高。添加P對(duì)角毛藻的生長(zhǎng)也具有一定的促進(jìn)作用，但比生長(zhǎng)率提高幅度不大，這表明角毛藻的生長(zhǎng)對(duì)N敏感。

關(guān)鍵詞：角毛藻;氮磷濃度;生長(zhǎng)率

1、引言

赤潮是海洋中一些微藻、原生動(dòng)物或細(xì)菌在一定環(huán)境條件下爆發(fā)性增殖或聚集達(dá)到某一水平，引起水體變色或?qū)Ｑ笾衅渌锂a(chǎn)生危害的一種生態(tài)異?，F(xiàn)象。赤潮的發(fā)生會(huì)造成很大危害。第一赤潮對(duì)海洋生態(tài)平衡的破壞。海洋是一種生物與環(huán)境、生物與生物之間相互依存，相互制約的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)都是處于相對(duì)穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。當(dāng)赤潮發(fā)生時(shí)由于赤潮生物的異常爆發(fā)性增殖，這種平衡遭受到嚴(yán)重干擾和破壞。在植物性赤潮發(fā)生初期，由于植物的光合作用，赤潮海域水體中葉綠素a 含量增高、pH 值增高、溶解氧增高、化學(xué)耗氧量增高。這種環(huán)境因素的改變，致使一些海洋生物不能正常生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖，導(dǎo)致一些生物逃避甚至死亡，破壞了原有的生態(tài)平衡。第二赤潮對(duì)海洋漁業(yè)和水產(chǎn)資源的破壞。赤潮生物的異常爆發(fā)性增殖，導(dǎo)致了海域生態(tài)平衡被打破，海洋浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物、游泳生物相互間的食物鏈關(guān)系和相互依存、相互制約的關(guān)系異?；蛘咂屏眩@就大大破壞了主要經(jīng)濟(jì)漁業(yè)種類的餌料基礎(chǔ)，破壞了海洋生物食物鏈的正常循環(huán);赤潮生物的異常爆發(fā)性繁殖，可引起魚、蝦、貝等經(jīng)濟(jì)生物瓣鰓機(jī)械堵塞，造成這些生物窒息而死;赤潮后期，赤潮生物大量死亡，在細(xì)菌分解作用下，可造成區(qū)域性海洋環(huán)境嚴(yán)重缺氧或者產(chǎn)生硫化氫等有害化學(xué)物質(zhì)，使海洋生物缺氧或中毒死亡;另外，有些赤潮生物的體內(nèi)或代謝產(chǎn)物中含有生物毒素，能直接毒死魚、蝦、貝類等生物。第三赤潮對(duì)人類健康的危害。有些赤潮生物還能分泌一些可以在貝類體內(nèi)積累的毒素，統(tǒng)稱貝毒，其含量往往有可能超過食用時(shí)人體可接受的水平。這些貝類如果不慎被食用，就會(huì)引起人體中毒。

赤潮發(fā)生的生理生態(tài)機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜， 許多學(xué)者從物理學(xué)、化學(xué)、氣象學(xué)、生物學(xué)等角度對(duì)赤潮爆發(fā)的機(jī)制進(jìn)行研究[4-8]，但是對(duì)赤潮爆發(fā)的內(nèi)在規(guī)律及其受控機(jī)理的了解仍然不夠，還存在著許多的疑問，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，海洋微藻的生長(zhǎng)與海水營(yíng)養(yǎng)鹽含量有密切的關(guān)系[9]。由于人類活動(dòng)所引起海水富營(yíng)養(yǎng)化是赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)和首要條件，尤其以氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽為主， 它們被認(rèn)為是海洋生態(tài)系統(tǒng)中微藻生長(zhǎng)繁殖的限制性因子[10-11]，因此研究營(yíng)養(yǎng)鹽在赤潮發(fā)生和演替中的作用對(duì)闡明赤潮的成因和防治赤潮的危害具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。其中角毛藻是形成主要有害赤潮的主要赤潮藻類，能夠引發(fā)大規(guī)模的赤潮。這些大規(guī)模的赤潮對(duì)海洋生物及其海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來了危害，引發(fā)了大批研究者的關(guān)注。

通過研究營(yíng)養(yǎng)鹽氮磷的濃度，及比值對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響，可以通過控制營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，比值方面從而控制東角毛藻的生長(zhǎng)，以便更好的控制赤潮的發(fā)生，減少赤潮給人們所帶來的損失。目前已有研究注意到氮磷比對(duì)赤潮發(fā)生的影響?？紤]到中國(guó)沿海大部分海域目前處于高氮磷比的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)因此對(duì)角毛藻這種有害藻種應(yīng)給與特別關(guān)注，希望通過此類實(shí)驗(yàn)為赤潮的預(yù)防和治理提供參考數(shù)據(jù)。

2、實(shí)驗(yàn)材料與方法

2、實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用藻種來自中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

室。

2.2 儀器設(shè)備

LDZX-40CI 型立式自動(dòng)電熱壓力蒸汽滅菌器

DL-1 萬用電爐，天津市泰斯特儀器有限公司

N-117M 顯微鏡

電子天平FA1004，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司

血球計(jì)數(shù)板，上海醫(yī)用光學(xué)儀器廠—分廠

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備

三角瓶用濾紙包口放在LDZX-40CI 型立式自動(dòng)電熱壓力蒸汽滅菌器內(nèi)121℃滅菌20min。

實(shí)驗(yàn)用海水取自秦皇島附近海域，用脫脂棉過濾，并煮沸消毒，冷卻備用。

配制格魯試劑：稱取碘（I2）2.5g 和碘化鉀（KI）5 g 溶于50ml 的蒸餾水中，放置于棕色試劑瓶中保存。

配制f/2 培養(yǎng)液母液，待使用時(shí)稀釋到相應(yīng)的工作液濃度（表1）。

2.3.2? 不同氮濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響

本組實(shí)驗(yàn)設(shè)置4個(gè)濃度梯度，每個(gè)濃度設(shè)2個(gè)平行。固定添加磷的濃度為2.5μmol/L，添加氮的濃度為0μmol/L，20μmol/L，40μmol/L，80μmol/L。詳見表2。

2.3.3? 不同磷濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響

本組實(shí)驗(yàn)設(shè)置4個(gè)濃度梯度，每個(gè)濃度設(shè)2個(gè)平行。固定添加氮的濃度為80μmol/L，添加磷的濃度為0μmol/L，1.25μmol/L，2.5μmol/L，5μmol/L。詳見表3。

添加適量硅使其濃度為1.01×10-4mmol/L以滿足硅藻生長(zhǎng)的需要。N、P、Si分別用NaNO3、NaH2PO4.H2O、Na2SiO3.9H2O配制。培養(yǎng)溫度室溫，培養(yǎng)光照為自然光照，光照周期14h：10h。

2.3.4? 測(cè)定方法

采用血球計(jì)數(shù)板測(cè)定藻細(xì)胞數(shù)量，根據(jù)公式（1）計(jì)算藻細(xì)胞的比生長(zhǎng)速（單位：d-1）[14]

μ=ln（N2/N1）/（t2-t1） （1）

公式中N1、N2分別為t1、t2時(shí)刻細(xì)胞的數(shù)量。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1不同硝酸鹽濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響

不同硝酸鹽濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響如圖1.不同硝酸鹽濃度下的角毛藻均在接種的前兩天緩慢生長(zhǎng)，第三天進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，直到第六天到達(dá)平臺(tái)期，然后開始衰減。由圖可知，各培養(yǎng)組藻細(xì)胞在接種后第二天即進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)階段，但未添加NO3-N的培養(yǎng)組增殖程度較小，最大藻密度停留在較低水平.對(duì)各個(gè)NO3-N濃度梯度下角毛藻的最大細(xì)胞密度平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果表明，添加NO3-N的培養(yǎng)組最大細(xì)胞密度與對(duì)照組（N/P=0）差異極顯著（P<0.01），說明添加硝酸鹽后促進(jìn)了角毛藻的生長(zhǎng).此外，通過計(jì)算比生長(zhǎng)率發(fā)現(xiàn)，當(dāng)N/P=16時(shí)，比生長(zhǎng)率出現(xiàn)最大值，同時(shí)，此培養(yǎng)組的藻密度也有最大值。

在幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，N3組中的最大比增長(zhǎng)率最大，說明在此濃度下，角毛藻吸收的氮的情況較好，而N1組最小，在N濃度最低的情況下，藻類吸收情況相對(duì)較弱，N2，N3組中，最大比增率是適中的。平均比增長(zhǎng)率中N2，N3組接近，且相對(duì)很大，說明在N2，N3組中的氮濃度下，角毛藻的總體的生長(zhǎng)情況較好。

3.2不同磷酸鹽濃度對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響

不同磷酸鹽濃度下對(duì)角毛藻生長(zhǎng)的影響.不同磷酸鹽濃度下的角毛藻在接種后經(jīng)過兩天的適應(yīng)性生長(zhǎng)均在第二天進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，在第四天到達(dá)平臺(tái)期，第七天開始衰退，而且衰退程度很大。由圖可知未添加PSO4-P的培養(yǎng)組藻細(xì)胞增殖程度較小，最大藻密度停留在較低水平。對(duì)各個(gè)PSO4-P濃度梯度下角毛藻的最大細(xì)胞密度均值統(tǒng)計(jì)分析表明，未添加PSO4-P的培養(yǎng)組最大細(xì)胞密度與其他培養(yǎng)組存在極顯著性差異（P<0.01），說明添加磷酸鹽后促進(jìn)了角毛藻的生長(zhǎng)。通過計(jì)算指數(shù)生長(zhǎng)期的比生長(zhǎng)率和培養(yǎng)期間的最大藻密度發(fā)現(xiàn)，隨著磷酸鹽濃度的增加，藻細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率和最大藻密度都不斷增大，當(dāng)N/P=8時(shí)，比生長(zhǎng)率達(dá)到最大值。

隨磷酸鹽濃度的增加，藻細(xì)胞的比生長(zhǎng)速率和最大藻密度都不斷增長(zhǎng)，P1組中最大比生長(zhǎng)率最小，而P4（P：2.5μmol/L，N：80μmol/L）時(shí)比生長(zhǎng)率達(dá)到最大值4.75。說明角毛藻在P4的濃度下吸收磷的情況最好。從平均增長(zhǎng)率的數(shù)值來看P3，P4組的數(shù)值較大，說明在相對(duì)較高的磷的濃度下，角毛藻的總體生長(zhǎng)情況相對(duì)較好。

本實(shí)驗(yàn)為一次性培養(yǎng)，且在較小的三角瓶中培養(yǎng)，與東海原甲藻引發(fā)赤潮的生態(tài)環(huán)境相差很大，沒有營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)給，空氣的流通也不順暢，而且每天取樣觀察也會(huì)帶來污染。實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能在一定程度上反應(yīng)氮磷濃度對(duì)東海原甲藻生長(zhǎng)特性的影響，尚不能與自然海域的情況相比[11]。

4.結(jié)論

曾經(jīng)有學(xué)者提出，藻細(xì)胞的生長(zhǎng)特性與環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度以及N/P比值密切相關(guān)[17]。本實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度越高，角毛藻的比生長(zhǎng)率越高，生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)越好。而且在其生長(zhǎng)環(huán)境中，添加氮可以促進(jìn)角毛藻的生長(zhǎng)，添加磷也可以促進(jìn)角毛藻的生長(zhǎng)，但是添加磷效果更加明顯。

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