西施舌代謝物對(duì)單細(xì)胞藻類的促生長(zhǎng)作用研究

羅 杰，王中鐸，姚澤彬 (廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，南海水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物增養(yǎng)殖廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東湛江 524025)

貝類養(yǎng)殖是我國(guó)海水養(yǎng)殖業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)《中國(guó)漁業(yè)年鑒》統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量達(dá)1 439萬(wàn)t，其中濾食性雙殼貝類為主要養(yǎng)殖品種，占貝類總產(chǎn)量的90%以上。目前我國(guó)貝類養(yǎng)殖大多呈粗放型，局部地區(qū)養(yǎng)殖密度過(guò)高，增加了當(dāng)?shù)厮颦h(huán)境壓力，導(dǎo)致一些海區(qū)養(yǎng)殖總量超過(guò)水域容納量；同時(shí)，由于陸地養(yǎng)殖對(duì)蝦廢水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理而直接向海區(qū)排放及養(yǎng)殖魚(yú)類、貝類排泄物的影響，致使某些海區(qū)污染加重、富營(yíng)養(yǎng)化，從而引起海區(qū)赤潮、病害頻繁發(fā)生，每年造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

雙殼貝類通過(guò)鰓絲及其上著生的纖毛擺動(dòng)，一方面濾食水體中單細(xì)胞藻的細(xì)小顆粒態(tài)食物，對(duì)水體起到凈化作用；另外，雙殼貝類濾食的顆粒中只選擇其中一部分消化吸收，其余的則以糞?；蛘呒偌S的形式排出，這些物質(zhì)沉積到水體底部形成生物沉積物。長(zhǎng)牡蠣()和菲律賓蛤仔()的生物沉積速率較高，每平方米內(nèi)每天分別將 15.0和29.9 g的懸浮顆粒物通過(guò)濾食和排糞沉積到底層，增強(qiáng)了水層-底棲系統(tǒng)的耦合作用。大量的生物沉積物會(huì)增加底質(zhì)中的有機(jī)物，為海參等底棲動(dòng)物提供食物來(lái)源。同時(shí)，這些沉積物通過(guò)微生物降解釋放大量含碳、氮、硫、磷等元素的營(yíng)養(yǎng)鹽，可以滿足底棲海草和海藻的營(yíng)養(yǎng)需要，促進(jìn)藻類的生長(zhǎng)繁殖，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境起到調(diào)節(jié)作用。紫貽貝()、櫛孔扇貝()等具有足絲的貝類，其攝食活動(dòng)可以影響水體中二甲基硫(DMS)的濃度。單細(xì)胞藻類存在于海洋中的微小浮游植物，雖然處于海洋食物鏈的最底層，但卻是海洋初級(jí)生產(chǎn)者和能量的主要轉(zhuǎn)換者。它在海洋中的數(shù)量直接或間接影響魚(yú)類、蝦類、貝類及其幼體的存活和生長(zhǎng)，因此通過(guò)研究浮游植物的數(shù)量變化可以對(duì)漁業(yè)產(chǎn)量進(jìn)行估算。海洋中浮游植物的數(shù)量與濾食性貝類關(guān)系密切。已有研究表明，櫛孔扇貝、菲律賓蛤仔和太平洋牡蠣()的密度與浮游植物的增長(zhǎng)呈正相關(guān)，其對(duì)浮游植物有明顯的促生長(zhǎng)作用；廣東湛江流沙灣大規(guī)模的扇貝養(yǎng)殖導(dǎo)致扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物、浮游動(dòng)物的豐度和生物量明顯降低。關(guān)于西施舌養(yǎng)殖對(duì)淺海生態(tài)系統(tǒng)的影響及其對(duì)水質(zhì)的改善、對(duì)浮游藻類的促生長(zhǎng)作用有待進(jìn)一步研究。

西施舌()屬于軟體動(dòng)物門雙殼綱蛤蜊屬，廣東地區(qū)俗稱貴妃螺，為淺海埋棲性雙殼貝類，常棲息在潮間帶至潮下帶20 m左右沙灘中，是我國(guó)沿海灘涂重要的增養(yǎng)殖對(duì)象之一。它主要攝食水體中的浮游植物及微小顆粒，同時(shí)排出的沉積物經(jīng)分解后釋放出氨氮。氮是海洋植物所需的基本營(yíng)養(yǎng)元素，其含量對(duì)海洋藻類豐度的影響較大。亞心形扁藻()、湛江等鞭金藻()和牟氏角毛藻()是自然海域中常見(jiàn)的單細(xì)胞藻類。這些單胞藻是雙殼貝類的主要餌料來(lái)源，在水產(chǎn)動(dòng)物的人工育苗階段作為餌料被廣泛應(yīng)用。波吉卵囊藻()常生活在養(yǎng)殖水體中，種群穩(wěn)定、適應(yīng)能力強(qiáng)，能有效降低水體中的氨氮、亞硝酸氮等含量，吸收養(yǎng)殖水體中生物產(chǎn)生的排泄物，能有效改善水質(zhì)、降低水體污染及增強(qiáng)對(duì)蝦的抗病力。筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)方法研究了西施舌代謝物對(duì)亞心形扁藻、牟氏角毛藻、湛江等鞭金藻和波吉卵囊藻4種單細(xì)胞藻類生長(zhǎng)的影響，旨在為綜合研究濾食性貝類對(duì)海區(qū)浮游藻類數(shù)量變化的影響、正確估算海區(qū)養(yǎng)殖容量及海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)所用的西施舌捕自廣東省徐聞縣雷打沙島東部海域，選擇殼長(zhǎng)2.45～6.84 cm、水管噴水有力、外殼完整的個(gè)體，把外殼表面清洗干凈后放到水泥池中暫養(yǎng)7 d，每天投喂足量的湛江等鞭金藻 、牟氏角毛藻 和亞心形扁藻，換水量80%。24 h連續(xù)充氣，海水經(jīng)沉淀、砂濾，試驗(yàn)期間海水溫度為28.5～30.0 ℃、 鹽度29～31、pH 8.2,光照強(qiáng)度為 2 850～3 300 lx。

試驗(yàn)所用亞心形扁藻、牟氏角毛藻、湛江等鞭金藻及波吉卵囊藻由廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院藻類研究室一級(jí)培養(yǎng)，均處于指數(shù)生長(zhǎng)期。

不同規(guī)格西施舌對(duì)單胞藻生長(zhǎng)的影響。 按規(guī)格將西施舌分為A[(2.67±0.12)cm]、B[(4.43±0.24)cm]、C[(6.42±0.27)cm]、D[(8.38±0.18)cm]和E[(10.16±0.27)cm]5組。將經(jīng)砂濾的自然海水煮沸，冷卻后往消毒過(guò)的玻璃缸中加入3 L海水，然后分別放入5種規(guī)格的西施舌，養(yǎng)殖24 h后取出(在此期間不投喂餌料)；用400目篩絹(孔徑38 μm)分別抽濾200 mL養(yǎng)殖西施舌的海水裝入容量500 mL的三角燒瓶中，每組分別接種處于指數(shù)生長(zhǎng)期的湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻，每種藻類的初始密度相同。分別測(cè)定接種24、48、72、96、120及144 h后的藻細(xì)胞數(shù)量。每組設(shè)3個(gè)平行。

不同規(guī)格西施舌與單胞藻生長(zhǎng)的關(guān)系。測(cè)定上述規(guī)格的西施舌代謝物培養(yǎng)單胞藻至120 h時(shí)藻細(xì)胞的數(shù)量，同時(shí)計(jì)算出4種單胞藻的增長(zhǎng)量，分析西施舌規(guī)格與4種單胞藻生長(zhǎng)的關(guān)系。每組設(shè)3 個(gè)平行。

單胞藻的管理和藻細(xì)胞密度的測(cè)定。試驗(yàn)時(shí)將三角燒瓶置于搖床上，以防藻體沉積于瓶底；試驗(yàn)開(kāi)始后24、48、72、96、120、144和168 h，每天11：00時(shí)用吸液槍吸取藻液，采用血球計(jì)數(shù)板法測(cè)定藻細(xì)胞的密度，每個(gè)樣品重復(fù)計(jì)數(shù)3次，取平均值。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，使用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制，使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異顯著性分析。<0.05表示差異顯著，<0.01表示差異極顯著。

按照以下公式計(jì)算相對(duì)最大生長(zhǎng)率：相對(duì)最大生長(zhǎng)率=(最大藻細(xì)胞密度-初始藻細(xì)胞密度)/初始藻細(xì)胞密度×100%。

2 結(jié)果與分析

從圖1可以看出，西施舌代謝物對(duì)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻4種單胞藻具有促生長(zhǎng)作用。不同規(guī)格西施舌對(duì)同一種單胞藻的促生長(zhǎng)作用存在明顯差異。隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)，各試驗(yàn)組的藻細(xì)胞密度逐漸增加。用不同規(guī)格西施舌代謝物培養(yǎng)的4種單胞藻的生長(zhǎng)量變化基本一致：藻細(xì)胞的生長(zhǎng)量隨著西施舌規(guī)格的增大而增大，且D、E組單胞藻的生長(zhǎng)維持時(shí)間較長(zhǎng)，168 h還處于生長(zhǎng)期。A組西施舌代謝物對(duì)4種單胞藻的生長(zhǎng)維持時(shí)間不同，湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻的藻細(xì)胞生長(zhǎng)量下降的時(shí)間分別為120、144、168和144 h，然后進(jìn)入死亡期。E組湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻細(xì)胞的相對(duì)最大生長(zhǎng)率分別為A組的2.02、1.58、1.95和1.61倍。方差分析顯示，不同規(guī)格西施舌的代謝物對(duì)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻的生長(zhǎng)均有極顯著影響(<0.01)(表1)。

西施舌代謝物對(duì)4種單胞藻的促生長(zhǎng)作用隨單胞藻種類的不同而有所差異。24 h內(nèi)4種單胞藻的生長(zhǎng)速率沒(méi)有明顯差異，但隨著培養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)，藻細(xì)胞的生長(zhǎng)存在明顯差異。關(guān)于對(duì)湛江等鞭金藻的促生長(zhǎng)作用，A組在培養(yǎng)96 h藻細(xì)胞達(dá)到最大密度，120 h時(shí)藻細(xì)胞開(kāi)始死亡；B、C組168 h時(shí)藻細(xì)胞開(kāi)始死亡，D和E組培養(yǎng)168 h時(shí)藻細(xì)胞仍處于生長(zhǎng)期，相對(duì)最大生長(zhǎng)率為531.3%。A、B組牟氏角毛藻培養(yǎng)120 h時(shí)藻細(xì)胞達(dá)到最大密度，144 h時(shí)藻細(xì)胞開(kāi)始死亡；C組144 h時(shí)牟氏角毛藻藻細(xì)胞密度達(dá)到最大值，168 h時(shí)開(kāi)始死亡；D、E組與湛江等鞭金藻變化趨勢(shì)相同，168 h時(shí)藻細(xì)胞仍處于生長(zhǎng)期，相對(duì)最大生長(zhǎng)率為513.3%。亞心形扁藻只有E組藻細(xì)胞一直處于生長(zhǎng)期，其余組在培養(yǎng)144 h時(shí)藻細(xì)胞達(dá)到最大值后逐漸出現(xiàn)死亡，相對(duì)最大生長(zhǎng)率為420.0%。波吉卵囊藻在A、B組藻細(xì)胞密度達(dá)到最大值的時(shí)間分別為120和144 h，然后進(jìn)入死亡期；C、D和E組藻細(xì)胞在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)均處于增長(zhǎng)期，相對(duì)最大生長(zhǎng)率為406.6%。

用不同規(guī)格西施舌的代謝物分別培養(yǎng)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻4種單胞藻120 h后，計(jì)算藻細(xì)胞的增長(zhǎng)量。從圖2可以看出，4種單胞藻的增長(zhǎng)量隨著西施舌規(guī)格的增大而增大，西施舌規(guī)格與藻細(xì)胞的增長(zhǎng)量呈正相關(guān)，其關(guān)系曲線可用=aln+b表示，式中為藻細(xì)胞的增長(zhǎng)量、為西施舌規(guī)格。在一定時(shí)間范圍內(nèi)，藻細(xì)胞生長(zhǎng)速度加快，但達(dá)到一定密度后藻細(xì)胞的增長(zhǎng)趨于平緩。

3 討論

由于水生生物在水體中生活，其一切代謝活動(dòng)均在水中進(jìn)行，而呼吸和排泄是動(dòng)物新陳代謝的基礎(chǔ)生命活動(dòng)。生物不斷從周圍環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以維持自身生存和生長(zhǎng)的需要，同時(shí)把體內(nèi)的代謝物排泄到生活環(huán)境中。由于水生生物種類和生活方式各異，從周圍環(huán)境中獲取食物的種類也有很大差別。比如濾食性貝類主要濾食水體中的微小顆粒，包括一些單細(xì)胞藻類、細(xì)菌及有機(jī)碎屑等，同時(shí)對(duì)魚(yú)糞、殘餌及網(wǎng)箱周圍沉降物都可攝食；有些肉食性貝類(如東風(fēng)螺、管角螺等)主要攝食一些動(dòng)物的腐敗尸體或小型貝類。由于攝食對(duì)象不同，產(chǎn)出的糞便所含的營(yíng)養(yǎng)成分也存在差異。例如，腹足類的代謝產(chǎn)物主要有氨、尿酸、尿素、氨基酸等，其中氨排放量占總排泄量的70%以上，管角螺糞便中磷含量為0.38%、粗蛋白含量為9.8%、氮磷比接近28。吳小平等對(duì)魚(yú)類糞便中營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了研究，其營(yíng)養(yǎng)成分組成(干物質(zhì))如下：粗脂肪0.9%～1.6%、粗蛋白10%～13%、粗纖維24%～26%，磷0.5%～1.1%，還有銅、鐵、鉀、鋅、鉻等元素及20余種氨基酸。水生植物的生長(zhǎng)需要各種營(yíng)養(yǎng)鹽，而天然水體中可溶性無(wú)機(jī)化合物氮、磷、硅元素被水生植物吸收利用，成為生物體的重要組成元素，能促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖。這些可溶性無(wú)機(jī)化合物主要來(lái)源于動(dòng)植物腐殖質(zhì)、水生動(dòng)物的排泄物等，其含量影響水生植物的生長(zhǎng)與繁殖。由于不同種類的單胞藻類對(duì)環(huán)境因子的適應(yīng)性及生理特性不同，導(dǎo)致其生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有所差別。在藻類處于指數(shù)生長(zhǎng)期階段，藻細(xì)胞繁殖速度加快，所需的營(yíng)養(yǎng)鹽含量必須滿足藻細(xì)胞的生長(zhǎng)需要，否則生長(zhǎng)繁殖會(huì)受到影響，從而影響水體初級(jí)生產(chǎn)的速率和產(chǎn)量。

注：(a).湛江等鞭金藻；(b).弁氏角毛藻；(c).亞心形扁藻；(d).波吉卵囊藻 Note：(a).Isochrysis zhanjiangensis；(b).Chaetoceros muelleri；(c).Platymonas subcordiformis；(d).Oocystis borgei圖1 西施舌代謝物對(duì)4種單細(xì)胞藻類生長(zhǎng)的影響Fig.1 Effects of the metabolites of C.antiquata on the growth of four species of unicellular algae

表1 不同規(guī)格西施舌對(duì)4種單細(xì)胞藻類生長(zhǎng)的影響方差分析結(jié)果

注：a.湛江等鞭金藻；b.弁氏角毛藻；c.亞心形扁藻；d.波吉卵囊藻 Note：a.Isochrysis galbana；b.Chaetoceros muelleri；c.Platymonas subcordiformis；d.Oocystis borgei圖2 不同規(guī)格西施舌與單細(xì)胞藻類生長(zhǎng)的關(guān)系曲線Fig.2 The relationship curve between the growth of unicellular algae and different specifications of C.antiquata

藻類在自然水域分布較廣，對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，其增長(zhǎng)速度受水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量的影響較大，含量較低時(shí)會(huì)限制單胞藻吸收營(yíng)養(yǎng)元素的速率，從而抑制浮游植物的生長(zhǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中單胞藻藻細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖表現(xiàn)出特定的模式曲線，曲線可分為延緩期、 指數(shù)生長(zhǎng)期、生長(zhǎng)相對(duì)下降期、靜止期和死亡期 5個(gè)階段，在此期間某個(gè)階段持續(xù)時(shí)間可能會(huì)很短。用不同規(guī)格的西施舌代謝物分別培養(yǎng)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻4種單胞藻，藻細(xì)胞生長(zhǎng)的5個(gè)階段較為明顯，24 h內(nèi)藻細(xì)胞生長(zhǎng)曲線基本相似，生長(zhǎng)曲線變化平穩(wěn)，說(shuō)明藻細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢、數(shù)量無(wú)明顯變化，處于5個(gè)生長(zhǎng)階段中的延緩期。A組西施舌代謝物培養(yǎng)的上述4種單胞藻藻細(xì)胞很快進(jìn)入靜止期，出現(xiàn)死亡時(shí)間分別為120、144、168和144 h，藻細(xì)胞最大密度分別為剛接種時(shí)的3.5、4.3、3.2和3.3倍；E組用西施舌代謝物分別培養(yǎng)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻、亞心形扁藻和波吉卵囊藻，藻細(xì)胞的生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，168 h時(shí)其藻細(xì)胞還在緩慢增長(zhǎng)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)死亡期還沒(méi)出現(xiàn)，藻細(xì)胞最大密度分別為剛接種時(shí)的6.3、6.1、5.2和5.1倍。西施舌規(guī)格越大，其代謝產(chǎn)物對(duì)單胞藻的促生長(zhǎng)作用越明顯，生長(zhǎng)期越長(zhǎng)。不同規(guī)格的西施舌排泄量不同，個(gè)體越大，其排出的糞便等代謝物越多，單位水體中浮游植物所需營(yíng)養(yǎng)鹽、氮、磷的濃度相對(duì)增加，有利于藻類的生長(zhǎng)繁殖。該試驗(yàn)結(jié)果表明，西施舌代謝物對(duì)4種單胞藻的促生長(zhǎng)效果存在較大的差異，主要是各種單胞藻生理結(jié)構(gòu)及其對(duì)環(huán)境因子的適應(yīng)性不同，其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的需求量也不同。大量研究表明，單胞藻的生長(zhǎng)和繁殖除了受水體中營(yíng)養(yǎng)鹽、氮、磷的影響外，還與氮磷比相關(guān)，氮磷比過(guò)高或過(guò)低對(duì)單胞藻生長(zhǎng)均不利。林忠洲等在研究青島大扁藻和牟氏角毛藻的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，青島大扁藻對(duì)磷的需求量較高，而較低的磷濃度對(duì)牟氏角毛藻生長(zhǎng)更為有利。研究表明，亞心形扁藻最佳氮磷比為17，牟氏角毛藻最佳氮磷比為 28或23，而波吉卵囊藻的最適NO-N 和 PO-P 濃度分別為 11.32和1.29 mg/L。該試驗(yàn)中用西施舌代謝物培養(yǎng)4種單胞藻，其對(duì)湛江等鞭金藻、牟氏角毛藻的促生長(zhǎng)作用明顯優(yōu)于亞心形扁藻和波吉卵囊藻，這說(shuō)明亞心形扁藻和波吉卵囊藻對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量大于湛江等鞭金藻和牟氏角毛藻，與上述學(xué)者的研究結(jié)果相一致。

濾食性貝類通過(guò)攝食水體中的浮游植物、有機(jī)碎屑等作為主要食物來(lái)維持自身的生長(zhǎng)和繁殖，對(duì)水體起到凈化作用；其排泄物能對(duì)浮游植物的繁殖和生長(zhǎng)起促進(jìn)作用，也有可能對(duì)水體造成污染。由于養(yǎng)殖種類、密度、方式及養(yǎng)殖海域的特性不同，關(guān)于貝類對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響有不同的結(jié)果。 因此，在貝類養(yǎng)殖時(shí)養(yǎng)殖密度要合理，防止因密度過(guò)大引起的海域富營(yíng)養(yǎng)化，從而導(dǎo)致浮游植物大量繁殖。