蘆薇薇， 王巧晗， 宮慶禮

(中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院， 山東 青島 266003)

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光照強(qiáng)度和溫度對巨藻幼孢子體的生長和生化組成的影響*

蘆薇薇， 王巧晗**， 宮慶禮

(中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院， 山東 青島 266003)

摘要：本文研究了在不同光照強(qiáng)度和溫度條件下巨藻(Macrocystis pyrifera)的特定生長率和生化組成，揭示了光照強(qiáng)度和溫度對巨藻幼孢子體的生長及生化組成的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)光照強(qiáng)度處理組(50、100、150和200μmol/(m2·s))和4個(gè)溫度處理組(5、10、15和20℃)，采用完全交叉分組的方法。結(jié)果表明：不同光照強(qiáng)度和溫度組合對巨藻幼孢子體生長和生化組成有不同影響，且光照強(qiáng)度和溫度對巨藻幼孢子體生長和生化組成具有交互作用。光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的增加，特定生長率均呈先上升后下降的趨勢，各光照強(qiáng)度處理組均在15℃時(shí)達(dá)到最大值。蛋白質(zhì)含量呈逐漸上升趨勢，各光照強(qiáng)度處理組在20℃時(shí)達(dá)到最大值；葉綠素a和葉綠素c含量總體呈先上升后下降的變化趨勢，除150μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度處理組外，其他光照強(qiáng)度處理組的葉綠素a和葉綠素c均在15℃時(shí)達(dá)到最大值；碳含量呈先上升后下降的趨勢，在10或15℃時(shí)達(dá)到最高值；氮的含量呈逐漸遞減趨勢；碳水化合物含量呈先上升后下降趨勢，各光照強(qiáng)度組均在15℃時(shí)達(dá)到最大值。均在溫度一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的增加，特定生長率均先上升后下降，各溫度處理組均在光照強(qiáng)度100μmol/(m2·s)時(shí)達(dá)到最大值。蛋白質(zhì)含量也呈先上升后下降趨勢，各溫度處理組均在光照強(qiáng)度100μmol/(m2·s)時(shí)達(dá)到最大值；葉綠素a和葉綠素c的在不同溫度組變化趨勢不同；碳含量呈先上升后下降的趨勢，各溫度處理組均在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)達(dá)到最大值；氮含量在光照強(qiáng)度50～150μmol/(m2·s)呈遞減趨勢，在200μmol/(m2·s)時(shí)升高，并達(dá)到最大值；碳水化合物含量呈先上升后下降趨勢，各溫度組在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)達(dá)到最大值。光照強(qiáng)度、溫度及二者的交互作用對巨藻的生長及部分生化組成有顯著影響(P<0.05)，但對巨藻的物質(zhì)積累沒有顯著影響(P>0.05)。

關(guān)鍵詞：光照強(qiáng)度；溫度；巨藻幼孢子體；生長；生化組成；物質(zhì)積累

巨藻(Macrocystispyrifera)是一種生活在潮下帶的大型海藻[1]，分布于大洋洲和南美洲南部沿海以及北美洲太平洋沿岸有上升冷水流的水域[2]，成熟的巨藻一般長70～80m，最長可達(dá)到100m[3]。巨藻在海洋生態(tài)和現(xiàn)代水產(chǎn)動(dòng)物的養(yǎng)殖中有著重要的作用。大量巨藻可以形成巨藻林[4]，巨藻林有多重功能，例如成為各種生物的避難所并為其提供食物[5-8]，成為減小海水流速的物理屏障[9-11]，還有研究發(fā)現(xiàn)，巨藻林可以改變水體內(nèi)的非生物條件，增加無脊椎動(dòng)物的生物補(bǔ)充量[7]。因?yàn)榫拊辶中螤罹薮?，形態(tài)美觀，所以巨藻也可以作為觀賞類植物在水族館展出，目前，巨藻林在世界范圍內(nèi)只有少數(shù)幾家水族館展出，包括加利福尼亞的蒙特利灣水族館、南非的兩洋水族館、日本的登島水族館、臺灣的國立海洋生物博物館和2014青島世界園藝博覽會(huì)植物館。巨藻還可以成為一些水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的飼料，如智利養(yǎng)殖的紅鮑螺和皺紋盤鮑都依靠人工采集的巨藻作為飼料[12-14]，墨西哥的凡那濱蝦養(yǎng)殖用巨藻作為飼料取代傳統(tǒng)的綠藻飼料，均得到良好效果[15]。

巨藻屬于外來的引進(jìn)藻類[16]，它的養(yǎng)殖在中國沿海地區(qū)獲得成功，但是由于育苗等原因，目前中國的巨藻養(yǎng)殖尚屬于停滯狀態(tài)[17]。巨藻的幼孢子體是卵受精后形成的合子經(jīng)細(xì)胞分裂形成的，具有葉片小而薄的特點(diǎn)。巨藻幼孢子體培養(yǎng)是巨藻的養(yǎng)殖中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。在藻類的養(yǎng)殖過程中，水環(huán)境中的光照和溫度都會(huì)對藻類的生長和生化組成產(chǎn)生深刻的影響，這2個(gè)環(huán)境因子，除了具有自身合適的范圍外，還有可能存在交互作用。對于巨藻這種引進(jìn)藻類來說，如何在養(yǎng)殖環(huán)境中設(shè)定合適的光照強(qiáng)度和溫度，對于它的成功養(yǎng)殖有著重要意義[18-20]。

本研究的目的就是探究不同光照強(qiáng)度與溫度交互作用對巨藻幼孢子體生長率、生化組成及物質(zhì)積累的影響，以期為巨藻在中國的養(yǎng)殖和展館展出的前期培養(yǎng)提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1 材料和暫養(yǎng)

本實(shí)驗(yàn)所用的巨藻幼孢子體由中國水產(chǎn)科學(xué)院黃海水產(chǎn)研究所王飛久研究員提供。2013年10月8日將巨藻幼孢子體放入充滿滅菌過濾海水的水槽(62cm×47cm×41cm)內(nèi)，海水溫度為11℃，光照強(qiáng)度90μmol/(m2·s)，光暗周期12L∶12D，每天更換過濾海水，充氣，暫養(yǎng)3d。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

暫養(yǎng)結(jié)束后，選取健康的不超過2cm的藻片用蒸餾水沖洗葉片，去除附生植物，稱重，每0.5g放于1L過濾海水的錐形瓶中，不添加營養(yǎng)鹽，充氣、溫度，光照如上所述，在光照培養(yǎng)箱(型號為GXZ-280D，寧波江南儀器廠)中培養(yǎng)，以便控制光照強(qiáng)度和溫度。24h后首次添加1/4PESI營養(yǎng)鹽，設(shè)置4個(gè)光照強(qiáng)度分別為50，100，150，200μmol/(m2·s)，每個(gè)光照強(qiáng)度下再設(shè)置4個(gè)溫度，分別為5、10、15和20℃，設(shè)置3個(gè)平行組，培養(yǎng)12d，每3d更換一次滅菌海水和營養(yǎng)鹽。

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，從錐形瓶中取出巨藻幼孢子體，迅速放置于吸水紙上小心吸干藻體表面的水分，稱取藻體濕重，記錄數(shù)據(jù)，并將藻體存放于耐低溫聚乙烯封存袋中，放至-20℃冰箱中凍存樣品。

1.3 測定及計(jì)算方法

生長率的計(jì)算依照以下公式計(jì)算特定生長率：

SGR=(lnWt-lnW0)/t×100。

式中：Wt是實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻體濕重;W0是實(shí)驗(yàn)開始時(shí)藻體的濕重;t為培養(yǎng)天數(shù)。

蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)試劑盒法測定，以血清蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)[21]。

葉綠素含量的測定采用丙酮萃取法測定[22]。

物質(zhì)積累的測定采用元素分析儀分析測定[23]。

碳水化合物含量的測定采用蒽銅-濃硫酸法測定[24]。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析方法

使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 17.0對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。由于所得數(shù)據(jù)受光照和溫度2個(gè)環(huán)境條件的影響，因此采用雙因素方差分析。設(shè)定P<0.05為差異顯著性水平。

2結(jié)果

2.1 光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體特定生長率的影響

巨藻幼孢子體的特定生長率(Special Growth Rate，SGR)受光照強(qiáng)度、溫度以及二者的交互作用影響顯著,且影響程度為溫度>光照強(qiáng)度>二者交互作用(見圖1，表1)。隨光照強(qiáng)度和溫度的變化特定生長率有著比較規(guī)律的變化趨勢。光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的上升，SGR也先上升后下降，其中在溫度15℃時(shí)，SGR最大(P<0.05)，其次為20、10℃，在5℃時(shí)SGR最小(P<0.05)。溫度一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的增加，SGR呈有先上升再下降的趨勢且差異顯著，其中光照強(qiáng)度為100μmol/(m2·s)時(shí)SGR最大(P<0.05)，其次為150和200μmol/(m2·s)，在50μmol/(m2·s)時(shí)SGR最小(P<0.05)。故在光照強(qiáng)度100μmol/(m2·s)溫度15℃時(shí)，SGR達(dá)到實(shí)驗(yàn)時(shí)的最大值(18.401mg/g)，在光照強(qiáng)度50μmol/(m2·s)溫度5℃時(shí)，SGR最小(2.358%)。

(不同的大小寫字母表示在不同條件下P<0.05的差異水平，豎線表示正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。Different capital or small letters indicate significance level atP<0.05 among different conditions.Vertical bars indicate ±SD(n=3).)

圖1　不同光照強(qiáng)度、溫度條件下巨藻幼孢子體的特定生長率

Note:①Degrees of freedom; ②Mean square; ③Special growth rate; ④Light Intensity; ⑤Tempreture; ⑥Light Intensity × Tempture; ⑦Error

2.2 光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體蛋白質(zhì)含量的影響

巨藻幼孢子體的蛋白質(zhì)含量受光照、溫度以及二者的交互作用影響顯著,且影響程度為溫度>光照強(qiáng)度>二者交互作用(見圖2，表2)。在光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)含量基本上是逐漸升高且差異顯著，除了光照組100和150μmol/(m2·s)在10℃時(shí)蛋白質(zhì)含量高于15℃，在溫度20℃時(shí)，各組蛋白質(zhì)含量顯著高于其他溫度組(P<0.05)。在溫度一定時(shí)，蛋白質(zhì)含量受光照強(qiáng)度影響顯著并且趨勢一致，隨著光照強(qiáng)度的增加，蛋白質(zhì)含量先升高后降低，在各溫度組，最大蛋白質(zhì)含量在光照強(qiáng)度為100μmol/(m2·s)時(shí)，顯著高于其他光照組(P<0.05)。整體來看，在溫度20℃光照強(qiáng)度100μmol/(m2·s)時(shí)，蛋白質(zhì)含量最高(17.766mg/g)，在溫度5℃光照強(qiáng)度為50μmol/(m2·s)時(shí)，蛋白質(zhì)含量最低(2.502mg/g)。

(不同的大小寫字母表示在不同條件下P<0.05的差異水平，豎線表示正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。Different capital or small letters indicate significance level atP<0.05 among different conditions.Vertical bars indicate ±SD(n=3).)

圖2不同光照強(qiáng)度、溫度條件下巨藻幼孢子體的蛋白質(zhì)含量

Fig.2Protein content of youngMacrocystispyrifera

sporophyte under different light intensity and

temperature conditions

2.3 光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體葉綠素含量的影響

巨藻幼孢子體的葉綠素a含量受光照、溫度以及二者的交互作用影響顯著，且影響程度為溫度>光照強(qiáng)度>二者交互作用(見圖3a，表3)。當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度升高，葉綠素a含量基本上先升高后下降，除了光照150μmol/(m2·s)組的葉綠素a最大含量出現(xiàn)在10℃，其他光照組的葉綠素a最大含量都出現(xiàn)在15℃且顯著高于其他溫度(P<0.05)，最低葉綠素a含量除了在光照50μmol/(m2·s)組出現(xiàn)在溫度10℃以外，其他光照組均出現(xiàn)在溫度5℃時(shí)。當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的增加，葉綠素a含量基本上逐漸降低且差異明顯，但是溫度10℃組沒有這樣的趨勢，它的最高葉綠素含量出現(xiàn)在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)，其他溫度組的最高葉綠素a含量都出現(xiàn)在光照強(qiáng)度50μmol/(m2·s)。整體來看，光照強(qiáng)度50μmol/(m2·s)溫度15℃時(shí)，葉綠素a含量最高(1.203mg/g)，光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)溫度為5℃時(shí)，葉綠素a含量最低(0.425mg/g)。

表2　光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體

Note:①Degrees of freedom；②Mean square; ③Protein; ④Light Intensity;⑤Tempreture; ⑥Light Intensity × Tempture； ⑦Error

巨藻幼孢子體的葉綠素c含量受光照和溫度影響顯著，但受二者的交互作用影響不顯著，影響程度為溫度>光照強(qiáng)度(見圖3b，表3)。當(dāng)光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度升高，葉綠素c含量基本上先升高后下降，除了光照150μmol/(m2·s)組的葉綠素c最大含量出現(xiàn)在10℃，其他光照組的最大葉綠素c含量都在15℃，并顯著高于其他溫度，最低葉綠素c含量除了光照50μmol/(m2·s)組出現(xiàn)在溫度10℃外，其他光照組均在溫度5℃時(shí)。當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的增加，葉綠素c含量基本逐漸降低且差異明顯，但是溫度10和20℃一組未見這樣的趨勢，10℃組的最高葉綠素c含量出現(xiàn)在150μmol/(m2·s)，20℃組的最高葉綠素c含量出現(xiàn)在100μmol/(m2·s)，其他溫度組的最高葉綠素c含量都出現(xiàn)在光照強(qiáng)度為50μmol/(m2·s)時(shí)。整體來看，在光照強(qiáng)度為50μmol/(m2·s)溫度15℃時(shí)，葉綠素c含量最高(6.545mg/g),在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)，溫度5℃時(shí)，葉綠素c含量最低(2.076mg/g)。

(不同的大小寫字母表示在不同條件下P<0.05的差異水平，豎線表示正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。Different capital or small letters indicate significance level atP<0.05 among different conditions.Vertical bars indicate ±SD(n=3).)

圖3　不同光照強(qiáng)度、溫度條件下巨藻幼孢子體的葉綠素含量

Note:①Degrees of freedom； ②Mean square; ③Light Intensity; ④Tempreture; ⑤Light Intensity × Tempture； ⑥Error

2.4 光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體物質(zhì)積累的影響

巨藻幼孢子體的碳含量受光照強(qiáng)度、溫度以及二者的交互作用影響均不顯著(見圖4a，表4)。在光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的升高，碳含量先上升后下降，變化有規(guī)律但差異不顯著(P>0.05)，各光照組在溫度為10或15℃時(shí)達(dá)到最大值。在溫度一定時(shí)，碳含量受光照強(qiáng)度影響有規(guī)律但不顯著(P>0.05)，隨著光照強(qiáng)度的增加，碳含量先升高后降低，在各溫度組，最大碳含量均出現(xiàn)在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)。整體來看，在溫度10℃光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)，碳含量最高(31.8%)，在溫度20℃光照強(qiáng)度100μmol/(m2·s)時(shí)，碳含量最低(28.50%)。

巨藻幼孢子體的氮含量受光照強(qiáng)度和溫度的影響明顯，但受二者交互作用的影響不明顯，影響程度為溫度>光照強(qiáng)度(見圖4b，表4)。在光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的升高，氮含量逐漸減少且差異顯著(P<0.05)，最大值和最小值分別在溫度為5和20℃時(shí)。在溫度一定時(shí)，隨著光照強(qiáng)度的增加，氮含量先減少后增加，各組之間差異顯著(P<0.05)，最大值和最小值分別在光照強(qiáng)度200和150μmol/(m2·s)時(shí)。整體來看，在溫度5℃光照強(qiáng)度50μmol/(m2·s)時(shí)，氮含量最高(4.36%)，在溫度20℃光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)，氮含量最低(3.54%)。

(不同的小寫字母表示在不同條件下P<0.05的差異水平，豎線表示正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。Different capital or small letters indicate significance level atP<0.05 among different conditions.Vertical bars indicate ±SD(n=3).)

圖4　不同光照強(qiáng)度、溫度條件下巨藻幼孢子體碳含量、氮含量

Note:①Degrees of freedom； ②Mean square; ③Light Intensity; ④Tempreture; ⑤Light Intensity × Tempture； ⑥Error

2.5 光照強(qiáng)度、溫度對巨藻幼孢子體碳水化合物含量的影響

巨藻幼孢子體的碳水化合物含量受光照強(qiáng)度、溫度的影響顯著(P<0.05)，且溫度的影響大于光照強(qiáng)度的影響，但受二者的交互作用影響不顯著，影響程度為溫度>光照強(qiáng)度(見圖5，表5)。在光照強(qiáng)度一定時(shí)，隨著溫度的升高，碳水化合物含量先上升后下降，變化有規(guī)律且差異顯著(P<0.05)，各光照組在溫度為15℃時(shí)達(dá)到最大值。在溫度一定時(shí)，碳水化合物的含量受光照強(qiáng)度影響有規(guī)律且差異顯著(P<0.05)，隨著光照強(qiáng)度的增加，碳水化合物含量先上升后下降，在各個(gè)溫度組，最大碳含量均出現(xiàn)在光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)。整體來看，在溫度15℃光照強(qiáng)度150μmol/(m2·s)時(shí)，碳水化合物含量最高(34.56%)，在溫度20℃光照強(qiáng)度50μmol/(m2·s)時(shí)，碳含量最低(24.41%)。

(不同的小寫字母表示在不同條件下P<0.05的差異水平，豎線表示正負(fù)標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。Different small letters indicate significance level atP<0.05 among different conditions.Vertical bars indicate ±SD(n=3).)

圖5　不同光照強(qiáng)度、溫度條件下巨藻碳水化合物的含量

Note:①Degrees of freedom； ②Mean square; ③Carbohyrate; ④Light Intensity; ⑤Tempreture; ⑥Light Intensity × Tempture； ⑦Error

3討論

光照強(qiáng)度和溫度都是影響大型海藻生長、生化組成和物質(zhì)積累等生命活動(dòng)重要的環(huán)境因子。國內(nèi)外已有研究表明二者的交互作用對水生生物的影響與單因子作用有一定的差異，并且對不同水生生物的影響也不同。溫度對大型海藻的影響主要體現(xiàn)在限制體內(nèi)某些反應(yīng)酶的活性從而影響藻體呼吸作用、光合作用、營養(yǎng)鹽吸收等生命活動(dòng)。光照強(qiáng)度對大型海藻的主要影響體現(xiàn)在提供能量、影響硝酸還原酶的活性等從而影響藻體的光合作用、能量積累。包杰等[25]研究發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度和溫度對鼠尾藻的營養(yǎng)鹽吸收有顯著影響且二者的交互作用顯著。徐智廣等[26]研究發(fā)現(xiàn)，光照強(qiáng)度和溫度對羊棲菜吸收無機(jī)磷的作用有顯著影響。劉靜雯等[27]研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)基江蘺的生長率、生化組成受光照強(qiáng)度和溫度交互作用影響明顯，生化組成包括藻紅素、葉綠素a及碳水化合物/蛋白質(zhì)比率。對于光照強(qiáng)度和溫度的交互作用對大型海藻幼孢子體生長和物質(zhì)組成的影響，只有零星報(bào)道，特別是巨藻這種外來海藻，它的早期發(fā)育研究在國內(nèi)僅有的報(bào)道多集中于1980年代。

在本研究中發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度和溫度對巨藻的生長及物質(zhì)組成均有不同程度的顯著影響。具體說來是，巨藻的特定生長率、蛋白質(zhì)含量、葉綠素a含量、碳水化合物含量受光照、溫度及二者的交互作用影響顯著；巨藻的葉綠素c含量受光照和溫度的影響顯著，但二者的交互作用影響不顯著；巨藻的碳含量受光照、溫度及二者的交互作用影響不顯著，氮含量受光照強(qiáng)度、溫度的影響顯著，且溫度作用大于光照強(qiáng)度的作用，但二者的交互作用影響不顯著。

光照是影響藻類生長的一個(gè)重要生態(tài)因子[28]。本實(shí)驗(yàn)中光照超過100μmol/(m2·s)之后，藻體的特定生長率、蛋白質(zhì)含量和葉綠素含量都出現(xiàn)了下降的趨勢，這與一般研究結(jié)果的結(jié)論是一致的，如綠色杜氏藻(Dunaliellaviridis)和鹽生杜氏藻(Dunaliellasalina)最高收獲量的光強(qiáng)均為6000lx,光強(qiáng)為6000～12000lx時(shí)，隨著光強(qiáng)的增加,獲得的藻體數(shù)量就會(huì)下降[29]，雨生紅球藻(Haematococcuspluvialis)從低光強(qiáng)到高光強(qiáng),隨著時(shí)間的變化,單位細(xì)胞葉綠素a的含量逐漸減少,直至達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值[30]。本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著光照強(qiáng)度的增加，巨藻葉綠素的降低趨勢要大于特定生長率減小的趨勢，也就是說與巨藻的最適光照相比，高的光強(qiáng)下葉綠素減少了很多，而特定生長率減少的相對較小。這是因?yàn)樵孱悓τ诠饽芾镁哂休^強(qiáng)的主動(dòng)性,即藻類能夠通過調(diào)節(jié)自身的光合色素以控制對于光能的利用能力[31]。本研究中還發(fā)現(xiàn)，即使在弱光環(huán)境下(50、100μmol/(m2·s))，葉綠素的含量并沒有很低，有時(shí)甚至高于最適光強(qiáng)下的葉綠素含量，這與Sukenik和Berner的研究結(jié)果一致，他們認(rèn)為，在弱光條件下，藻體為了增加光吸收和光利用率，會(huì)增加膜上色素蛋白體的含量以確保進(jìn)行有效的光合作用[32-33]。過強(qiáng)的光照強(qiáng)度也會(huì)影響藻類的特定生長率，因?yàn)楦吖鈴?qiáng)會(huì)破壞藻體內(nèi)的酶活性，導(dǎo)致細(xì)胞生長減緩甚至是死亡[34]，在本研究中表現(xiàn)為高光條件下巨藻的葉綠素含量減少，生長率下降，N含量減少。在本研究中，碳水化合物在低光照強(qiáng)度(50μmol/(m2·s))和高光照強(qiáng)度(200μmol/(m2·s))條件下含量較低，此結(jié)果與林真賢[35]對龍須菜的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有相似之處，原因在于過高和過低的光照強(qiáng)度都不利于巨藻幼孢子體進(jìn)行光合作用。

溫度過高或過低，都會(huì)導(dǎo)致藻體的生長不良。低溫環(huán)境下，催化光合作用的酶獲得的能量較少，導(dǎo)致光合作用減緩[36]，在本研究中表現(xiàn)為低溫環(huán)境下巨藻幼孢子體生長緩慢。蛋白質(zhì)含量在一定程度上反映了巨藻幼孢子體內(nèi)的酶水平和色素水平，一些研究表明，在藻體中蛋白質(zhì)含量與溫度成負(fù)相關(guān)，如隨著溫度的降低，細(xì)枝江蘺繁枝變型生長和酶反應(yīng)速率受到明顯抑制，但是此時(shí)藻體內(nèi)色素和酶水平出現(xiàn)了補(bǔ)償性增加。提高藻體對光能的有效利用率，維持藻類的生長，這是海藻適應(yīng)環(huán)境的一種自身調(diào)節(jié)過程[26,37]，在本研究中，并沒有出現(xiàn)明顯的類似結(jié)果，只有葉綠素a和葉綠素c在某些條件下顯示出低溫環(huán)境中的含量高于高溫中的含量，但蛋白質(zhì)含量卻隨溫度的上升而增加，原因可能在于,在低溫條件下,巨藻孢子體為了抵御低溫環(huán)境增大呼吸速率產(chǎn)生熱量，消耗糖類物質(zhì)后消耗蛋白質(zhì)，還可能是由于本實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)條件都是溫度和光照的交互作用，光照對蛋白質(zhì)的吸收也有很大作用，另外，巨藻屬于冷水性藻類，與細(xì)枝江蘺繁枝變型這種喜溫藻類對高溫的應(yīng)激反應(yīng)不同。在本實(shí)驗(yàn)中，過高(20℃)和過低(5℃)溫度條件下，碳水化合物含量較低，原因可能在于，在不適溫度條件下，藻體增大呼吸作用以便產(chǎn)生藻體在不適條件下應(yīng)激反應(yīng)的能量，消耗了碳水化合物，而高溫條件下，值得注意的是，本研究中碳水化合物含量的變化趨勢與生長率、葉綠素c含量的變化趨勢非常相似，都是隨著光照強(qiáng)度或溫度的增加先上升后下降，這也反映了光照強(qiáng)度和溫度對幼孢子體的影響存在一定規(guī)律。

光照強(qiáng)度和溫度是維持植物的生長和生化組成至關(guān)重要的因子。在本研究中，除了葉綠素c受二者的交互影響不顯著外，生長率和其他生化組成都受光照強(qiáng)度、溫度及二者的交互作用顯著，且光照強(qiáng)度和溫度的影響作用一樣顯著。這是因?yàn)檫@2個(gè)環(huán)境因子共同影響著生命體酶的活性、能量積累、呼吸作用、光合作用等重要的生命活動(dòng)，二者之間相互作用、緊密相連。

關(guān)于在不同光照強(qiáng)度和溫度下藻類物質(zhì)積累的變化，國內(nèi)外尚無相應(yīng)的研究。本研究中發(fā)現(xiàn)，碳元素的積累在各光照強(qiáng)度、溫度及其交互作用下都沒有顯著不同。巨藻幼孢子體碳的來源主要是空氣中的二氧化碳，這說明本實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的光照強(qiáng)度和溫度條件沒有改變碳在幼孢子體中的比重，使得幼孢子體在可以進(jìn)行正常的各項(xiàng)生理活動(dòng)后，剩余的碳有可能被儲存起來。氮元素的積累受光照、溫度的影響明顯，光照強(qiáng)度增加，氮元素減少，這與蛋白質(zhì)含量和葉綠素含量的變化是基本對應(yīng)的；溫度升高，氮元素也減少，這與蛋白質(zhì)含量和葉綠素含量的變化是相反的，巨藻幼孢子體的氮主要來源于營養(yǎng)鹽的添加。本研究中發(fā)現(xiàn)，溫度過高的時(shí)(15、20℃)，藻體尖部出現(xiàn)白化現(xiàn)象，這也有可能能解釋蛋白質(zhì)含量與氮元素含量相反現(xiàn)象的原因，溫度升高造成幼孢子氮的流失，而剩余的氮元素則被用來形成應(yīng)急高溫的酶等。光照強(qiáng)度與溫度二者的交互作用對其影響不顯著。

綜上所述，光照和溫度的交互作用對巨藻幼孢子體的生長及生化組成有顯著影響，對物質(zhì)積累沒有顯著影響?？傮w來說，在溫度為15℃光照強(qiáng)度為100μmol/(m2·s)時(shí)能獲得較大的生長率和較高的蛋白質(zhì)含量，但目前研究資料有限，今后還應(yīng)針對巨藻幼孢子體的生長、物質(zhì)積累和繁殖生物學(xué)等方面進(jìn)行更細(xì)致的研究。

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責(zé)任編輯朱寶象

Effects of Light and Temperature on Growth and Biochemical Composition of A Marine Macroalga (Macrocystispyrifera) Young Sporophyte

LU Wei-Wei, WANG Qiao-Han , GONG Qing-Li

(College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 26603, China)

Abstract:In China, Macrocystis pyrifera was an introduced macroalgae, It has great significance to set the appropriate light intensity and temperature in cultivation. This paper studied the effects of different light intensity and temperature conditions on specific growth rate, protein content, chlorophyll content dry-material accumulation and Carbohydrates of marine macroalgae (Macrocystis pyrifera). Experiments were set four light intensity treatments (50, 100, 150, 200 μmol/(m2 ·s)) and four temperature treatments (5, 10, 15, 20℃), different light intensities and temperatures combined with each other. The measuring methods of growth, protein, Chlorophyll , dry-material accumulation and Carbohydrates were Growth rate formula , coomassie brilliant blue method, Acetone extraction method , Elemental analyzer and Anthrone - Concentrated sulfuric acid method . Experimental results showed that when the light intensity was constant, as the temperature increased, the specific growth rate rose first and then decreased, reaching the maximum at 15℃; Protein content increased gradually, reaching the maximum at 20℃; Chlorophyll a, c content rose first and then decreased, in addition to 150 μmol/(m2·s) group, all light control groups reached the maximum at 15℃; Carbon content increased first and then decreased , reaching the maximum at 10 or 15℃; Nitrogen content had a gradually decreasing trend. In a certain temperature, when light intensity increased, the specific growth rate rose first and then decreased, reaching the maximum at 100 μmol/(m2·s); Protein content rose first and then decreased, all tempreture groups reached the maximum value at 100 μmol/(m2·s); Chlorophyll a, c content showed different trends in different temperature groups , there was no change of the law ；Nitrogen content in the light 50-150 μmol/(m2·s) showed a decreasing trend, increased in 200 μmol/(m2·s) and reached the maximum value. Light intensity, temperature and composition of their interaction have a significant impact on the growth and biochemical of Macrocystis pyrifera, but no significant effect on dry-matter accumulation. This study provides a scientific basis for setting up a new farming conditions in scale industry to farm introduced macroalgae algae species .

Key words:light intensity； temperature； macroalgae young sporophyte； special growth rate； biochemical composition； matter accumulation

中圖法分類號：S917.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)01-040-09

作者簡介：蘆薇薇(1989-)，女，碩士生，研究方向:養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)。E-mail：355318352@qq.com

收稿日期：2014-12-25；

修訂日期：2015-04-01

*基金項(xiàng)目：2014青島世界園藝博覽會(huì)植物館海洋展陳資助

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20140436

引用格式：蘆薇薇， 王巧晗， 宮慶禮.光照強(qiáng)度和溫度對巨藻幼孢子體的生長和生化組成的影響[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)， 2016，46(1)： 40-48.

LU Wei-Wei, WANG Qiao-Han , GONG Qing-Li. An integrative evaluation of ecological effect of artificial reefs with entropy-weighted fuzzy matter-element method[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(1): 40-48.

Supported by 2014 Qingdao International Horticultural Exposition showcasing

**通訊作者： E-mail: wangqiaohan@ouc.edu.cn