梁 葉 歐陽(yáng)凱 許歡歡 楊家新

(南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 南京 210023)

銅綠微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)生命表參數(shù)和表型特征的影響

梁 葉 歐陽(yáng)凱 許歡歡 楊家新

(南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 南京 210023)

為評(píng)價(jià)銅綠微囊藻的有毒(Microcystin-producingMicrocystis aeruginosa)、無(wú)毒(Microcystin-freeM.aeruginosa)品系對(duì)輪蟲(chóng)種群增長(zhǎng)和表型特征的影響, 研究探討了萼花臂尾輪蟲(chóng)(Brachionus calyciflorus)在不同微囊藻溶液中的生活史參數(shù)及形態(tài)變化。實(shí)驗(yàn)中各處理組單位體積總含碳量為(20.61±0.15) g C/mL, 以使輪蟲(chóng)獲得等碳量的食物供應(yīng)。實(shí)驗(yàn)組輪蟲(chóng)分別用蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)、有毒和無(wú)毒微囊藻溶液?jiǎn)为?dú)投喂, 并用有毒、無(wú)毒藍(lán)藻菌分別與不同綠藻的混合液投喂。生命表實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 不同微囊藻混合液投喂的輪蟲(chóng)凈生殖率R0(F=102.71,df=32,P＜0.001)、世代時(shí)間T(F=17.05,df=32,P＜0.001)和內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm(F=18.89,df=32,P＜0.001)與對(duì)照組相比降低1.36%—210.34%。側(cè)棘刺長(zhǎng)(F=28.18,df=65,P＜0.001)和游泳速度(F=181.69,df=65,P＜0.001)下降2.63%—39.07%, 輪蟲(chóng)體長(zhǎng)(F=690.04,df=65,P＜0.001)變化顯著。與綠藻投喂的輪蟲(chóng)參數(shù)值相比, 輪蟲(chóng)的生命表參數(shù)和表型特征變化規(guī)律隨微囊藻溶液濃度改變。萼花臂尾輪蟲(chóng)受到銅綠微囊藻脅迫時(shí), 生長(zhǎng)繁殖受到抑制并通過(guò)改變自身形態(tài)以抵御不利的生存環(huán)境。

銅綠微囊藻; 萼花臂尾輪蟲(chóng); 凈生殖率; 世代時(shí)間; 內(nèi)稟增長(zhǎng)率; 表型特征

銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)是最為常見(jiàn)的水華藍(lán)藻[1]。有毒(Microcystin-producingM.aeruginosa)和無(wú)毒微囊藻(Microcystin-freeM. aeruginosa)共存于天然水域生態(tài)系統(tǒng)中[2]。有毒微囊藻產(chǎn)生的內(nèi)源性毒素可引起魚(yú)類、鳥(niǎo)類和無(wú)脊椎動(dòng)物中毒死亡[3]。已有關(guān)于藍(lán)藻及其毒素的描述中,銅綠微囊藻產(chǎn)生的微囊藻毒素(Microcystin)對(duì)水體環(huán)境和浮游動(dòng)物種群增長(zhǎng)的危害備受關(guān)注[4]。

輪蟲(chóng)是淡水浮游動(dòng)物組成的主要類群, 在食物鏈中起至關(guān)重要的作用[5]。臂尾輪蟲(chóng)常被選為水生態(tài)毒理學(xué)研究的受試動(dòng)物[6]。部分輪蟲(chóng)的形態(tài)在自然水環(huán)境中, 隨理化因子、捕食者釋放的化學(xué)信息素、食物組分等的變化而發(fā)生變化, 具有表型可塑性[7]。表型可塑性使得輪蟲(chóng)可根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)調(diào)整自身的適應(yīng)方式, 最大限度地提高自身的適合度[7]。

國(guó)內(nèi)外利用輪蟲(chóng)生活史特征進(jìn)行毒理學(xué)研究的報(bào)道較多, 但大多數(shù)研究局限在食物種類、豐度和污染因子對(duì)輪蟲(chóng)生活史、繁殖策略和休眠卵孵化等方面[8—11]。本文在研究微囊藻對(duì)臂尾輪蟲(chóng)生活史特性影響的基礎(chǔ)上, 將有毒和無(wú)毒銅綠微囊藻分別與不同綠藻混合, 以淡水萼花臂尾輪蟲(chóng)(Brachionus calyciflorus)為受試動(dòng)物, 研究單一有毒、無(wú)毒微囊藻及不同微囊藻混合液對(duì)輪蟲(chóng)種群增長(zhǎng)參數(shù)和表型特征的影響, 以期為臂尾輪蟲(chóng)屬的生態(tài)毒理學(xué)參數(shù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

1 材料與方法

1.1 輪蟲(chóng)的來(lái)源與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)選用美國(guó)喬治亞理工學(xué)院Snall教授饋贈(zèng)本實(shí)驗(yàn)室克隆培養(yǎng)多年以上的萼花臂尾輪蟲(chóng)品系為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。利用休眠卵剛孵出的幼體作為起始測(cè)試動(dòng)物。輪蟲(chóng)于(25±1)℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行群體培養(yǎng)。光照強(qiáng)度為2500 lx, 周期為12 L∶12 D。輪蟲(chóng)培養(yǎng)基為改良后的EPA (CaSO4·2H2O 60 mg/L;NaHCO396 mg/L; MgSO4·7H2O 123 mg/L; KCl 4 mg/L, pH 7.5), 其配制方法同楊家新[12]。

1.2 藻種來(lái)源與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用綠藻為蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosaFACHB10)和斜生柵藻(Scenedesmus obliquusFACHB12); 藍(lán)藻為有毒銅綠微囊藻(Microcystin-producingM. aeruginosaPCC7806)和無(wú)毒銅綠微囊藻(Microcystin-freeM. aeruginosaFACHB927)。實(shí)驗(yàn)藻種由中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫(kù)提供。綠藻培養(yǎng)基為BBM, 藍(lán)藻培養(yǎng)基為BG11[13]。置于(25±1)℃的恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行充氣培養(yǎng)。選取進(jìn)入指數(shù)增長(zhǎng)期的藍(lán)藻和綠藻進(jìn)行離心(6000×g, 15min, 4℃)并用EPA稀釋到所需濃度(3×106cells/mL)。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

食物組分包括: (1)單一藻液[含碳量: (20.61±0.15) μg C/mL]: 100%蛋白核小球藻(C), 100%斜生柵藻(S), 100%有毒銅綠微囊藻(M1), 100%無(wú)毒銅綠微囊藻(M2); (2)兩種藻的混合液[總含碳量:(20.61±0.15) μg C/mL]: 50%小球藻+50%柵藻(CS),50%小球藻+50%有毒微囊藻(CM1), 50%小球藻+50%無(wú)毒微囊藻(CM2), 50%柵藻+50%有毒微囊藻(SM1), 50%柵藻+50%無(wú)毒微囊藻(SM2); (3)三種藻的混合液[總含碳量: (20.61±0.15) μg C/mL]:33.3%小球藻+33.3%柵藻+33.3%有毒微囊藻(CSM1), 33.3%小球藻+33.3%柵藻+33.3% 無(wú)毒微囊藻(CSM2) (圖1)。當(dāng)配制藻溶液時(shí), 每種藻溶液而非每種藻細(xì)胞使用碳平衡原理。實(shí)驗(yàn)中各處理組單位體積總含碳量保持為(20.61±0.15) g C/mL, 以使輪蟲(chóng)獲得等碳量的食物供應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)以單獨(dú)投喂蛋白核小球藻的輪蟲(chóng)參數(shù)值為對(duì)照組。

生命表實(shí)驗(yàn)將每組10只剛孵出的非混交輪蟲(chóng)幼體(＜2h)分別放入6孔板中用藻類溶液投喂。每組設(shè)置6個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)(n=6)。每隔12h記錄存活母體數(shù)和新生幼體數(shù)并投喂, 同時(shí)將新生幼體從培養(yǎng)體系中移除, 每24h更換培養(yǎng)基, 實(shí)驗(yàn)至初始投入的輪蟲(chóng)母體全部死亡。輪蟲(chóng)的體長(zhǎng)、側(cè)棘刺長(zhǎng)于倒置光學(xué)顯微鏡40倍鏡下用Cellsens Standard 1.9軟件(Olympus Optical Co., Ltd., Tokyo, Japan)拍照后測(cè)定。記錄10s內(nèi)輪蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)軌跡, 根據(jù)軌跡的斜率計(jì)算輪蟲(chóng)的游泳速度。

1.4 生命表計(jì)算方法

依據(jù)生命表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算萼花臂尾輪蟲(chóng)主要生活史參數(shù)[14]:

凈生殖率(R0): 種群經(jīng)過(guò)一個(gè)世代后的凈增長(zhǎng)率

世代時(shí)間(T): 親代出生到子代出生所經(jīng)歷的時(shí)間

圖1 實(shí)驗(yàn)流程Fig. 1 Schematic diagram of the experiment

內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm): 種群特定實(shí)驗(yàn)條件下的最大增長(zhǎng)率

式中:x為輪蟲(chóng)年齡;lx為x年齡組存活個(gè)體百分?jǐn)?shù);mx為x年齡組平均每個(gè)雌體所產(chǎn)雌性后代數(shù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Kolmogorov-Smirnov檢測(cè)符合正態(tài)分布, 各參數(shù)值使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19.0進(jìn)行單因子方差分析(One-Way ANOVA), 最小顯著差法(LSD)進(jìn)行比較, 差異顯著程度設(shè)置為P＜0.05。所有處理組之間兩兩比較的結(jié)果用字母標(biāo)注法標(biāo)出。生命表各參數(shù)圖使用繪圖軟件SigmaPlot 12.5進(jìn)行制作。

2 結(jié)果

2.1 有毒、無(wú)毒銅綠微囊藻對(duì)萼花臂尾輪蟲(chóng)生命表參數(shù)的影響

不同微囊藻溶液中輪蟲(chóng)凈生殖率變化由圖2可看出, 不同微囊藻混合液投喂時(shí), 輪蟲(chóng)凈生殖率(R0)顯著下降(F=102.71,df=32,P＜0.001)。100%有毒微囊藻溶液(M1)、50%有毒微囊藻混合液(CM1、SM1) 或33.3%有毒微囊藻混合液(CSM1)投喂時(shí), 輪蟲(chóng)不產(chǎn)子代(0＜R0＜1)。R0值在有毒微囊藻混合液中降低95.8%—98.1%。50%無(wú)毒微囊藻與50%柵藻混合液(SM2)投喂的輪蟲(chóng)凈生殖率也受到抑制, 輪蟲(chóng)不產(chǎn)子代(0＜R0＜1); 50%無(wú)毒微囊藻與50%小球藻混合液(CM2)投喂的輪蟲(chóng)雖產(chǎn)生子代(R0＞1), 但R0值仍低于對(duì)照組。33.3%無(wú)毒微囊藻混合液(CSM2)投喂的輪蟲(chóng)所產(chǎn)子代數(shù)顯著多于其余微囊藻處理組和柵藻處理組(P＜0.001)。輪蟲(chóng)用100%微囊藻溶液、50%微囊藻混合液或33.3%有毒微囊藻混合液投喂時(shí),R0值均顯著低于C, CS,CSM2組(P＜0.001)。綠藻的混合液對(duì)輪蟲(chóng)凈生殖率的影響不顯著(P=0.102＞0.05), 小球藻與柵藻混合液(CS)投喂的輪蟲(chóng)R0值(12.54±1.24) ind.則接近對(duì)照組。

不同微囊藻溶液中輪蟲(chóng)世代時(shí)間變化單因子方差分析結(jié)果表明微囊藻與不同綠藻混合時(shí),其對(duì)輪蟲(chóng)世代時(shí)間(T)產(chǎn)生顯著影響(F=17.05,df=32,P＜0.001) (圖3)。微囊藻的加入降低了輪蟲(chóng)的世代時(shí)間, 而小球藻和柵藻混合液投喂則可顯著延長(zhǎng)輪蟲(chóng)的世代時(shí)間。與柵藻投喂的輪蟲(chóng)世代時(shí)間相比, 50%和100%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)世代時(shí)間降低, 而33.3%無(wú)毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)T值則顯著增加。與對(duì)照組相比, 輪蟲(chóng)世代時(shí)間在M2, SM2組降低27.9%—30.9%。33.3%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)世代時(shí)間降低15.3% (P=0.04＜0.05)。50%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)T值則顯著降低38.5%—46.2%(P＜0.001)。在100%有毒微囊藻溶液中, 輪蟲(chóng)世代時(shí)間顯著降低54.8%至最小值(40.35±14.49)h(P＜0.001), 表明單一有毒微囊藻溶液對(duì)萼花臂尾輪蟲(chóng)世代時(shí)間的抑制作用最大。

圖2 不同處理組中萼花臂尾輪蟲(chóng)凈生殖率變化Fig. 2 Changes of net reproduction rate of B. calyciflorus in different treatments

圖3 不同處理組中萼花臂尾輪蟲(chóng)世代時(shí)間變化Fig. 3 Changes of generation time of B. calyciflorus in different treatments

不同微囊藻溶液中輪蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率變化不同微囊藻混合液投喂的輪蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm)顯著降低(F=18.89,df=32,P＜0.001) (圖4)。50%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率顯著低于柵藻處理組的rm值(P＜0.001)。33.3%無(wú)毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)rm顯著高于100%柵藻投喂的參數(shù)值(P=0.004＜0.01)。與對(duì)照組相比, 33.3%無(wú)毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)rm值降低48.3% (P=0.03＜0.05)。100%微囊藻, 50%微囊藻和33.3%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)rm值降低82.8%—182.8% (P＜0.001)。rm在M1、M2、CM1、SM1、SM2和CSM1組出現(xiàn)負(fù)值(–1＜rm＜0)。50%有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)rm值顯著降低 162.1%—210.3%。rm最小值(–0.03±0.02/d)出現(xiàn)在CM1處理組。這些結(jié)果證實(shí)有毒微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率的負(fù)面影響更大, 輪蟲(chóng)種群增長(zhǎng)受到抑制。

2.2 有毒、無(wú)毒銅綠微囊藻對(duì)萼花臂尾輪蟲(chóng)表型特征的影響

表1給出了萼花臂尾輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)、體長(zhǎng)以及游泳速度數(shù)據(jù)。不同微囊藻混合液顯著影響輪蟲(chóng)的表型特征(F=28.18,df=65,P＜0.001)。100%有毒微囊藻溶液可促使輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)增加(P=0.01＜0.05), 而100%無(wú)毒微囊藻溶液、50%微囊藻混合液和33.3%微囊藻混合液則抑制輪蟲(chóng)的棘刺生長(zhǎng)(P＜0.001)。與柵藻投喂的輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)相比,100%或33.3%有毒微囊藻混合液投喂的輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)顯著增加, 而50%有毒微囊藻混合液投喂的輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)則減小。

輪蟲(chóng)體長(zhǎng)在不同濃度的微囊藻混合液中變化顯著(F=690.04,df=65,P＜0.001)。與單一綠藻投喂的輪蟲(chóng)體長(zhǎng)相比, 33.3%微囊藻混合液以及50%柵藻與50%微囊藻的混合液對(duì)輪蟲(chóng)體長(zhǎng)增加有促進(jìn)作用, 輪蟲(chóng)體長(zhǎng)在SM1、SM2、CSM1和CSM2組顯著增加(P＜0.001)。100%微囊藻溶液以及50%小球藻與50%微囊藻的混合液對(duì)輪蟲(chóng)體長(zhǎng)則有負(fù)面影響, 輪蟲(chóng)體長(zhǎng)在M1、M2、CM1和CM2組則顯著減少(P＜0.001)。

圖4 不同處理組中萼花臂尾輪蟲(chóng)內(nèi)稟增長(zhǎng)率變化Fig. 4 Changes of intrinsic growth rate of B. calyciflorus in different treatments

表1 萼花臂尾輪蟲(chóng)體長(zhǎng)、側(cè)棘刺長(zhǎng)和游泳速度變化Tab. 1 Changes of body length, posterolateral spine length andswimming speed of B. calyciflorus

微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)游泳速度具有顯著負(fù)面影響(F=181.69,df=65,P＜0.001)。與對(duì)照組相比, 輪蟲(chóng)游泳速度在33.3%、50%和100%有毒微囊藻混合液中降低18.0%—39.1%, 而在無(wú)毒微囊藻混合液中降低5.9%—22.7%(P＜0.001)。與柵藻投喂的輪蟲(chóng)游泳速度相比, 輪蟲(chóng)游泳速度在100%微囊藻溶液以及50%柵藻和50%有毒微囊藻混合液中下降, 而在33.3%微囊藻混合液以及50%小球藻和50%微囊藻的混合液中則顯著增加(P＜0.001)。

3 討論

不同微囊藻混合液投喂的萼花臂尾輪蟲(chóng)生命表參數(shù)值較低, 種群密度下降。以33.3%、50%和100%濃度的有毒微囊藻投喂的輪蟲(chóng)凈生殖率R0,世代時(shí)間T和內(nèi)稟增長(zhǎng)率rm均低于小球藻投喂的輪蟲(chóng)參數(shù)值, 表明有毒微囊藻含有的微囊藻毒素對(duì)輪蟲(chóng)的生長(zhǎng)繁殖有負(fù)面的影響[3]。無(wú)毒微囊藻與柵藻混合液投喂的輪蟲(chóng)凈生殖率受到抑制, 輪蟲(chóng)不產(chǎn)子代。輪蟲(chóng)凈生殖率下降的原因是柵藻內(nèi)的有毒物質(zhì)抑制了輪蟲(chóng)的生長(zhǎng)繁殖[15]。此外, 無(wú)毒微囊藻缺乏脂肪酸及其他脂類物質(zhì), 輪蟲(chóng)因體內(nèi)缺乏營(yíng)養(yǎng)而生殖能力下降[16]。33.3%的較低濃度無(wú)毒微囊藻混合液投喂比柵藻投喂的輪蟲(chóng)R0、T和rm值大, 證實(shí)無(wú)毒微囊藻與小球藻和柵藻的混合液對(duì)輪蟲(chóng)生長(zhǎng)繁殖的影響比柵藻溶液對(duì)其影響小。以上結(jié)論驗(yàn)證了銅綠微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)的種群生長(zhǎng)不利, 與Liang等[17]發(fā)現(xiàn)微囊藻對(duì)萼花臂尾輪蟲(chóng)的生活策略和攝食強(qiáng)度有負(fù)面影響, 輪蟲(chóng)生命表參數(shù)值下降的結(jié)論一致。

輪蟲(chóng)用不同濃度的微囊藻溶液投喂時(shí)通過(guò)改變自身側(cè)棘刺長(zhǎng)、體長(zhǎng)和游泳速度來(lái)抵御不利的生存環(huán)境。在微囊藻混合液中, 輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)和游泳速度降低而其體長(zhǎng)變化規(guī)律隨溶液濃度改變。50%微囊藻和50%小球藻混合液投喂時(shí), 輪蟲(chóng)體長(zhǎng)變短; 33.3%微囊藻或50%微囊藻和50%柵藻混合液投喂時(shí), 輪蟲(chóng)體長(zhǎng)增加。在單一微囊藻溶液中,輪蟲(chóng)體長(zhǎng)和游泳速度降低而其側(cè)棘刺長(zhǎng)變化規(guī)律隨微囊藻品系改變。100%無(wú)毒微囊藻投喂時(shí), 輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)變短; 100%有毒微囊藻投喂時(shí), 輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)增加。輪蟲(chóng)在單一和混合微囊藻溶液中游泳速度下降的原因是微囊藻毒性物質(zhì)可抑制輪蟲(chóng)的行為表型。輪蟲(chóng)體長(zhǎng)在單一微囊藻溶液中下降證實(shí)微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)生長(zhǎng)不利從而體長(zhǎng)減短。不同綠藻和微囊藻混合液投喂的輪蟲(chóng)體長(zhǎng)變化顯著, 表明綠藻對(duì)輪蟲(chóng)生長(zhǎng)的影響差異較大, 進(jìn)而使其體長(zhǎng)對(duì)微囊藻混合液產(chǎn)生不同的響應(yīng)。輪蟲(chóng)側(cè)棘刺長(zhǎng)在微囊藻混合液和單一無(wú)毒微囊藻溶液中下降, 表明微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)的棘刺生長(zhǎng)不利。萼花臂尾輪蟲(chóng)在單一有毒微囊藻脅迫下, 其側(cè)棘刺長(zhǎng)增加。棘刺的增長(zhǎng)將會(huì)消耗輪蟲(chóng)自身較多能量, 從而導(dǎo)致用于生殖的能量減少, 二者表現(xiàn)出一種負(fù)偶聯(lián)的關(guān)系[18]。這些結(jié)果證實(shí)臂尾輪蟲(chóng)在受到環(huán)境脅迫后會(huì)產(chǎn)生防御性的表型[6]。殷旭旺等指出臂尾輪蟲(chóng)遇到捕食壓力或環(huán)境因素的脅迫時(shí)也會(huì)通過(guò)刺激棘刺的生長(zhǎng)來(lái)改變自身的表型特征[7]。

銅綠微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)生命表參數(shù)和表型特征的影響與微囊藻的品系有關(guān)。實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的微囊藻主要是單細(xì)胞或成對(duì)的細(xì)胞, 這排除了來(lái)自微囊藻其他生長(zhǎng)形式的干擾[19]。Downing等[20]證實(shí)有毒微囊藻PCC7806能產(chǎn)生microcystin-LR。通過(guò)高效液相色譜法(HPLC)測(cè)定單個(gè)有毒微囊藻細(xì)胞的microcystin-LR含量為3.6 pg/cell[21]。不同濃度的有毒微囊藻PCC7806被攝食后, 輪蟲(chóng)體內(nèi)含有microcystin-LR[17]。有毒微囊藻和綠藻的混合液改變了輪蟲(chóng)體長(zhǎng)并抑制其棘刺生長(zhǎng)和游泳速度。輪蟲(chóng)種群生長(zhǎng)會(huì)受到其牧食的有毒微囊藻所釋放的藻毒素的抑制。Geng和Xie[22]指出微囊藻PCC7820能抑制輪蟲(chóng)的種群生長(zhǎng)和繁殖。輪蟲(chóng)牧食無(wú)毒微囊藻FACHB927后, 體內(nèi)缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 使其生長(zhǎng)受到抑制。這一現(xiàn)象驗(yàn)證了無(wú)毒微囊藻FACHB927缺乏omega-3脂肪酸及其他對(duì)輪蟲(chóng)種群生長(zhǎng)十分重要的脂類物質(zhì)的報(bào)道[16,23]。與綠藻溶液投喂的輪蟲(chóng)參數(shù)值相比, 有毒或無(wú)毒微囊藻混合液使萼花臂尾輪蟲(chóng)的生長(zhǎng)繁殖參數(shù)和表型特征產(chǎn)生不同的響應(yīng)。Zhao等[24]發(fā)現(xiàn)將有毒微囊藻PCC7806與柵藻混合投喂時(shí), 輪蟲(chóng)種群密度急劇下降, 而將無(wú)毒微囊藻FACHB927與柵藻混合投喂時(shí), 輪蟲(chóng)對(duì)無(wú)毒微囊藻混合液表現(xiàn)出較大的耐受性。

Li等[25]提出隨著綠藻濃度的增加, 浮游動(dòng)物獲取的食物中有毒微囊藻所占的比例相對(duì)下降, 毒害作用減弱。耿紅等[26]認(rèn)為微囊藻中加入綠藻后, 微囊藻毒素的性質(zhì)部分被綠藻細(xì)胞內(nèi)的化合物所改變, 從而降低毒性。然而在本研究中, 食物中加入綠藻對(duì)微囊藻毒害作用的減弱在萼花臂尾輪蟲(chóng)中并沒(méi)有明顯體現(xiàn), 表明這種減弱作用隨輪蟲(chóng)種類的不同而具有特異性。Geng等[22]也發(fā)現(xiàn)用有毒微囊藻PCC7820投喂萼花臂尾輪蟲(chóng)和紅臂尾輪蟲(chóng)(Brachionus rubens)后, 兩品系輪蟲(chóng)對(duì)有毒微囊藻表現(xiàn)出不同的耐受性。

綜上所述, 有毒、無(wú)毒銅綠微囊藻能顯著抑制萼花臂尾輪蟲(chóng)生命表參數(shù)。輪蟲(chóng)在不同微囊藻溶液中能產(chǎn)生防御性的表型以響應(yīng)微囊藻的脅迫。鑒于藍(lán)藻水華暴發(fā)時(shí)水體中理化因子(如: 溫度、pH、鹽度等)發(fā)生變化, 進(jìn)而影響輪蟲(chóng)種群的結(jié)構(gòu)[27—28]。研究者認(rèn)為溫度的升高會(huì)加劇微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)種群的抑制作用[29]。溫度及其他可食性綠藻對(duì)輪蟲(chóng)和微囊藻的相互作用起到協(xié)同或拮抗作用, 從而影響食物鏈中高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的其他生物種類[24,29,30]。因此, 深入開(kāi)展2種及以上環(huán)境因子同時(shí)作用的研究將進(jìn)一步揭示銅綠微囊藻和藍(lán)藻混合物對(duì)輪蟲(chóng)種群的影響。

[1]Mowe M A D, Mitrovic S M, Lim R P,et al. Tropical cyanobacterial blooms: a review of prevalence, problem taxa, toxins and influencing environmental factors [J].Journal of Limnology, 2015, 74(2): 205—224

[2]Ferr?o-Filho A D S, Kozlowsky-Suzuki B. Cyanotoxins:bioaccumulation and effects on aquatic animals [J].Marine Drugs, 2011, 9(12): 2729—2772

[3]Jiang J L, Song R, Ren J H,et al. Advances in pollution of cyanobacterial blooms-producing microcystins and their ecotoxicological effects on aquatic organisms [J].Progress in Chemistry, 2011, 23(1): 246—253 [姜錦林,宋睿, 任靜華, 等. 藍(lán)藻水華衍生的微囊藻毒素污染及其對(duì)水生生物的生態(tài)毒理學(xué)研究. 化學(xué)進(jìn)展, 2011,23(1): 246—253]

[4]Singh N K, Dhar D W. Cyanotoxins, related health hazards on animals and their management: a review [J].Indian Journal of Animal Sciences, 2013, 83(11): 1111—1127

[5]Dahms H U, Hagiwara A, Lee J S. Ecotoxicology, ecophysiology, and mechanistic studies with rotifers [J].Aquatic Toxicology, 2011, 101(1): 1—12

[6]Guo R, Snell T, Yang J. Studies of the effect of environmental factors on the rotifer predator-prey system in freshwater [J].Hydrobiologia, 2010, 655(1): 49—60

[7]Yin X W, Zhao W, Bi J H,et al. RotiferAsplanchna brightwelliiinduced morphological plasticity in fourBrachionusrotifer species [J].Journal of Dalian Fisheries University, 2009, 24(6): 493—496 [殷旭旺, 趙文, 畢進(jìn)紅, 等. 卜氏晶囊輪蟲(chóng)對(duì)4種臂尾輪蟲(chóng)形態(tài)可塑性的影響. 大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 24(6): 493—496]

[8]Moreira R A, Mansano A D S, Rocha O,et al. The use of rotifers as test species in the aquatic effect assessment of pesticides in the tropics [J].Hydrobiologia, 2016, 773(1):1—9

[9]Sulehria A Q K, Abrar J, Shah A H,et al. Effect of algae and other food types on population growth of rotifers [J].Biologia, 2015, 61(2): 263—270

[10]Espinosa-Rodriguez C A, Parra R D L, Sarma S S S,et al.Effect of food density ofPseudokirchneriella subcapitataandChlorella vulgarison the population growth rates of four brachionid rotifers [J].Inland Waters, 2014, 4(3):271—278

[11]Huang L, Xi Y, Xu X,et al. Responses in population growth and reproduction of the freshwater rotiferBrachionus calyciflorusto microcystin-LR at different temperatures [J].Annales de Limnologie - International Journal of Limnology, 2012, 48(4): 383—390

[12]Yang J X, Huang X F. Effects of density and temperature on the egg and mictic female produced byBrachionus calyciflorus[J].Journal of Lake Sciences, 1996, 8(4):367—372 [楊家新, 黃祥飛. 密度和溫度對(duì)萼花臂尾輪蟲(chóng)產(chǎn)卵量和混交雌體的影響. 湖泊科學(xué), 1996, 8(4):367—372]

[13]Rippka R, Deruelles J, Waterbury J B,et al. Generic assignments, strain histories and properties of pure cultures of Cyanobacteria [J].Journal of General Microbiology,1979, 111(2): 1—61

[14]Krebs C J. Ecology: the experimental analysis of distribution and abundance [J].Research, 1973, 48(1): 133—148

[15]Wagner K H, Siddiqi I. Toxic substances of the microalgeaScenedesmus obliquus[J].Naturwissenschaften,1973, 60(2): 109—110

[16]Elert E V, Wolffrom T. Supplementation of cyanobacterial food with polyunsaturated fatty acids does not improve growth ofDaphnia[J].Limnology and Oceanography, 2001, 46(6): 1552—1558

[17]Liang Y, Ouyang K, Chen X,et al. Life strategy and grazing intensity responses ofBrachionus calyciflorusfed on different concentrations of microcystin-producing and microcystin-freeMicrocystis aeruginosa[J].Scientific Reports, 2017, 7(1): 43127

[18]Gilbert J J, McPeek M A. Maternal age and spine development in a rotifer: ecological implications and evolution ecology [J].Ecology, 2013, 94(10): 2166—2172

[19]Ferr?o-Filho A D S, Azevedo S M F O. Effects of unicellular and colonial forms of toxicMicrocystis aeruginosafrom laboratory cultures and natural populations on tropical cladocerans [J].Aquatic Ecology, 2003, 37(1): 23—35

[20]Downing T G, Sember C S, Gehringer M M,et al. Medium N:P ratios and specific growth rate comodulate microcystin and protein content inMicrocystis aeruginosaPCC7806 andM. aeruginosaUV027 [J].Microbial Ecology, 2005, 49(3): 468—473

[21]Shamsollahi H R, Alimohammadi M, Nabizadeh R,et al.Measurement of microcystin-LR in water samples using improved HPLC method [J].Global Journal of Health Science, 2015, 7(2): 66—70

[22]Geng H, Xie P. Experimental studies on the effects of toxicMicrocystis aeruginosaPCC7820 on the survival and reproduction of two freshwater rotifersBrachionus calyciflorusandBrachionus rubens[J].Ecotoxicology,2008, 17(8): 709—715

[23]Xie Q M, Luo H D, Wei S,et al. Effects ofMicrocysisaeruginosaon the population growth ofBrachionus plicatilis[J].Journal of Anhui Agricultural Sciences,2016, 44(35): 11—13 [謝欽銘, 駱和東, 魏施, 等. 銅綠微囊藻對(duì)皺褶臂尾輪蟲(chóng)種群生長(zhǎng)的影響. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2016, 44(35): 11—13]

[24]Zhao S, Wang Y, Li D. Effects of toxic and non-toxicMicrocystis aeruginosain different mixtures withScenedesmus obliquuson growth ofBrachionus calyciflorus[J].Journal of Freshwater Ecology, 2014, 29(3): 377—386

[25]Li F, Deng D, Zhang X,et al. Combined effects of fourMicrocystis aeruginosastrains andScenedesmus obliquusconcentrations on population dynamics and resting egg formation of twoDaphniaspecies [J].Limnology,2014, 15(3): 271—279

[26]Geng H, Meng X, He M. Effect ofMicrocystis aeruginosaon the rotifer life history at different concentrations of green algae [J].Journal of South-Central University for Nationalities(Nat. Sci. Edition), 2016, 35(1):44—49 [耿紅, 孟希, 賀萌. 不同綠藻濃度下銅綠微囊藻對(duì)輪蟲(chóng)生活史的影響. 中南民族大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版,2016, 35(1): 44—49]

[27]Viayeh R M, Mohammadi H, Shafiei A B. Population growth of six IranianBrachionusrotifer strains in response to salinity and food type [J].International Review of Hydrobiology, 2010, 95(6): 461—470

[28]Xu H L, Ma Z H, Guo L,et al. Effects of light, pH and salinity on growth in rotiferBrachionus plicatilis[J].Fisheries Science, 2013, 32(2): 85—88 [徐海龍, 馬志華,郭立, 等. 光照、pH及鹽度對(duì)皺褶臂尾輪蟲(chóng)培養(yǎng)效果的影響. 水產(chǎn)科學(xué), 2013, 32(2): 85—88]

[29]Zhang X, Geng H. Effect ofMicrocystis aeruginosaon the rotiferBrachionus calyciflorusat different temperatures [J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2012, 88(1): 20—24

[30]Kozlowsky-Suzuki B, Wilson A E, Ferr?o-Filho A D S.Biomagnification or biodilution of microcystins in aquatic foodwebs? Meta-analyses of laboratory and field studies [J].Harmful Algae, 2012, 18(6): 47—55

EFFECTS OF MICROCYSTIS AERUGINOSA ON THE LIFE-TABLE PARAMETERS AND PHENOTYPIC TRAITS OF ROTIFERS

LIANG Ye, OUYANG Kai, XU Huan-Huan and YANG Jia-Xin
(Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China)

To evaluate the effects of microcystin-producing and microcystin-freeMicrocystis aeruginosaon the population growth and phenotypic traits of rotifers, we discussed the responses of life history parameters and morphology ofBrachionus calyciflorusto differentM. aeruginosasolutions. In order to ensure that rotifers obtained food supply from same carbon content, the total carbon content was maintained at a level of (20.61±0.15) μg C/mL per unit volume in every treatment group. Rotifers were fed onChlorella pyrenoidosa,Scenedesmus obliquus, microcystin-producing and microcystin-freeM. aeruginosa, and mixtures of green algae with toxic and nontoxic cyanobacteria, respectively. Compared with the control group, the life-table experimental results showed that net reproduction rateR0(F=102.71,df=32,P＜0.001), generation timeT(F=17.05,df=32,P＜0.001) and intrinsic growth raterm(F=18.89,df=32,P＜0.001) of rotifers decreased 1.36%—210.34% in the groups fed with differentM. aeruginosamixtures. Posterolateral spine length(F=28.18,df=65,P＜0.001) and swimming speed (F=181.69,df=65,P＜0.001) ofB.calyciflorusdeclined 2.63%—39.07%, and the rotifer body length (F=690.04,df=65,P＜0.001) changed significantly. The life table parameters and phenotypic traits of rotifers changed with concentrations ofMicrocystissolutions compared with those in groups fed with green algae. Under the stress ofM. aeruginosa, the growth and reproduction ofB.calycifloruswere inhibited, and its morphology changed to defend adverse living environment.

Microcystis aeruginosa;Brachionus calyciflorus; Net reproduction rate; Generation time; Intrinsic growth rate; Phenotypic traits

Q178.1

A

1000-3207(2017)06-1362-07

2016-12-22;

2017-04-26

國(guó)家自然科學(xué)基金(31772458和31272388); 江蘇省水產(chǎn)三新工程項(xiàng)目(Y2017-35)資助 [Supported by the National Natural Science Foundation of China (31772458, 31272388); Three Term Project of Aquiculture of Jiangsu Province, China (Y2017-35)]

梁葉(1984—), 女, 江蘇淮安人; 博士; 主要從事浮游動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究。E-mail: liangye_8888@126.com

通信作者: 楊家新(1964—), 男, 河南信陽(yáng)人; 教授, 博士生導(dǎo)師; 主要從事動(dòng)物學(xué)和浮游動(dòng)物生態(tài)學(xué)研究。E-mail: yangjx@njnu.edu.cn

10.7541/2017.168