梁洲瑞 劉福利 杜欣欣 袁艷敏 梁啟迪 汪文俊 孫修濤 王飛久

光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗生長和生化特性的影響*

梁洲瑞1,2劉福利1,2①杜欣欣3袁艷敏4梁啟迪1汪文俊1,2孫修濤1,2王飛久1,2

(1. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；3. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266109；4. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院 上海 201306)

通過探討極北海帶()幼苗在不同光強(qiáng)下的相對(duì)生長速率(RGR)及生化指標(biāo)的變化規(guī)律，以期獲得適宜極北海帶幼苗生長的光照范圍，并揭示其對(duì)光照脅迫的生化響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果顯示，在40~80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)下，極北海帶幼苗的RGR較高，表明此光強(qiáng)范圍對(duì)其生長較有利，而RGR與丙二醛(MDA)含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明細(xì)胞膜脂的過氧化作用可能是導(dǎo)致極北海帶幼苗RGR降低的原因之一。極北海帶幼苗中超氧陰離子(SA)含量與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而超氧化物歧化酶(SOD)及過氧化氫酶(CAT)的比活力與SA含量及MDA含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(其中，CAT比活力與SA含量的相關(guān)性達(dá)到顯著水平)，且過氧化物酶(POD)與SOD的比活力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明SOD、CAT及POD對(duì)于極北海帶幼苗中活性氧的清除均發(fā)揮著重要的作用，且SOD與POD有明顯的協(xié)同作用。高光和弱光逆境均不利于極北海帶幼苗中可溶性蛋白的積累，且均造成藻體中MDA的積累，表明在光照脅迫下幼苗的總代謝水平降低，而活性氧水平升高。在高光下，幼苗可通過增加類胡蘿卜素含量及顯著提高SOD及POD的比活力來降低藻體內(nèi)活性氧水平，從而減輕光氧化傷害。在弱光下，幼苗可通過增加體內(nèi)葉綠素a的含量以高效地捕獲有限光能，但藻體的抗氧化酶比活力顯著下降，從而造成其活性氧代謝發(fā)生了嚴(yán)重失衡，進(jìn)而導(dǎo)致其細(xì)胞膜脂過氧化程度的加重。上述結(jié)果可為極北海帶的人工育苗及海上養(yǎng)殖提供參考。

極北海帶；光強(qiáng)；生長；生化組分；抗氧化系統(tǒng)

極北海帶()是一種具有重要經(jīng)濟(jì)和生態(tài)價(jià)值的大型經(jīng)濟(jì)海藻，廣泛分布于大西洋東北海域，包括葡萄牙至巴倫支海的沿岸以及英國、法羅群島和冰島的沿岸(Kain, 1967、1971; Schoschina, 1997)。極北海帶柄和葉片的褐藻膠含量分別為25%~30%和17%~33%，屬于褐藻膠含量較高的種類(Qin, 2008)。與其他褐藻相比，極北海帶有較低的甘露糖醛酸和古羅糖醛酸比值(M/G)，從而表現(xiàn)出較高的凝膠強(qiáng)度(Phillips, 2009; Qin, 2008; 曲艷艷等, 2016)。因此，極北海帶在法國、挪威和英國等國家常被用作提取褐藻膠的原料(Bixler, 2011)。另外，因礦物元素和維生素等營養(yǎng)成分豐富，極北海帶也用作動(dòng)物飼料添加劑及海藻肥(范曉, 1991; Schiener, 2015)。極北海帶的生態(tài)價(jià)值體現(xiàn)在其藻體較大(葉+柄的長度可達(dá)2~5 m) (Jupp, 1974; Kain, 1962、1971)，多年生(平均壽命一般為8~15年) (Kelly, 2005; Sj?tun, 1993)，是形成“海藻森林”的優(yōu)勢(shì)種，為海洋生物提供索餌場、產(chǎn)卵場或棲息地，對(duì)維護(hù)海洋生物多樣性發(fā)揮重要作用(Smale, 2013)。另外，極北海帶藻場具有重要的碳匯功能，是地球上具有較高生產(chǎn)力的植被系統(tǒng)之一(Pedersen, 2012)。綜上可知，極北海帶在海洋藻場建設(shè)及人工養(yǎng)殖方面具有重要的開發(fā)前景。

極北海帶在幼苗期對(duì)光照的適應(yīng)能力是決定其存活的關(guān)鍵因素之一(Kain, 1965)，也是其應(yīng)用于藻場建設(shè)及人工養(yǎng)殖中需考慮的首要問題之一。大型海藻對(duì)光照的適應(yīng)性一般可從生長、生理、生化等方面的指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。對(duì)于極北海帶的游孢子、配子體、幼苗、成藻等不同生長發(fā)育階段的光合生理方面，已有學(xué)者做了一些初步探索(Drew, 1976; Kain, 1965; Kremer, 1984; Lüning, 1971; Willenbrink, 1975)，他們主要測定了極北海帶的光合速率、光飽和點(diǎn)、光補(bǔ)償點(diǎn)、固碳強(qiáng)度等參數(shù)。許多研究表明，大型海藻的藻體生化組分(如色素、可溶性蛋白、丙二醛、抗氧化酶等)的含量或活性，會(huì)發(fā)生明顯的變化以適應(yīng)不同的光環(huán)境條件(姜宏波等, 2009; 盧曉等, 2013; 蘆薇薇等, 2016)，光照是造成海藻體內(nèi)生化組分呈季節(jié)性變化的主要因素之一(Lapointe, 1984)，而極北海帶對(duì)不同光照強(qiáng)度的生化響應(yīng)還沒有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。本研究以基于配子體克隆系培育的極北海帶幼苗為研究對(duì)象，探討其生長及相關(guān)生化指標(biāo)對(duì)不同光強(qiáng)的反應(yīng)規(guī)律，以期探明適宜其生長的光照范圍，并揭示其對(duì)光照脅迫的生化響應(yīng)機(jī)制，進(jìn)而為極北海帶苗種規(guī)?；a(chǎn)、人工增養(yǎng)殖及海藻場構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究所用極北海帶幼苗是通過配子體克隆育苗技術(shù)獲得，極北海帶配子體采集于法國布列塔尼半島海區(qū)。由配子體培育成幼苗過程中的培養(yǎng)條件：溫度為11℃~13℃，光合有效輻射(Photosynthetically active radiation, PAR)為40~50 μmol photons/(m2·s)，光周期為12L︰12D，用滅菌天然海水作為培養(yǎng)液，并添加營養(yǎng)鹽(PO43–-P：0.4 mg/L；NO3–-N：4 mg/L)。用到的主要儀器：智能光照培養(yǎng)箱(寧波江南儀器廠)，352型酶標(biāo)儀(Labsystems Multiskan MS公司, 芬蘭)，AC8洗板機(jī)(Thermo Labsystems公司, 芬蘭)，電熱恒溫培養(yǎng)箱(武漢一恒蘇凈科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

以下各個(gè)處理組均添加相同濃度的氮/磷營養(yǎng)鹽(PO43–-P：0.4 mg/L；NO3–-N：4 mg/L)，每個(gè)測量實(shí)驗(yàn)均至少3個(gè)平行。

1.2.1 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的相對(duì)生長速率的測定 挑選2~4 cm的極北海帶幼苗，置于GXZ智能型光照培養(yǎng)箱，進(jìn)行相對(duì)生長速率的測定實(shí)驗(yàn)：在溫度為9℃條件下，分別在PAR為20、40、60、80和100 μmol photons/(m2·s)條件下持續(xù)培養(yǎng)10 d。實(shí)驗(yàn)開始前，挑選藻體完整、無損傷腐爛的極北海帶幼苗，各處理組平均鮮重為(1.04±0.05) g，鮮重差異性不顯著(>0.05)。每隔2 d換水1次，10 d后稱量鮮重，計(jì)算相對(duì)生長速率(Relative growth rate, RGR)，計(jì)算公式如下：

RGR=[ln(W/0)/]×100%

式中，0為初始藻的鮮重(g)，W為實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)藻的鮮重(g)，為實(shí)驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間(d)。

1.2.2 生化指標(biāo)的測定 相對(duì)生長速率測定結(jié)束后，立刻用液氮把不同處理組的極北海帶幼苗冷凍并儲(chǔ)存在超低溫冰箱中，待進(jìn)行生化指標(biāo)的測定。本研究測定的指標(biāo)包括：葉綠素a和類胡蘿卜素、可溶性蛋白質(zhì)(Soluble protein)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、過氧化物酶(Peroxidase, POD)、過氧化氫酶(Catalase, CAT)、丙二醛(Malondialdehyde, MDA)和超氧陰離子(Superoxide anion, SA)。

參考文獻(xiàn)進(jìn)行葉綠素a (王麗梅等, 2011)和類胡蘿卜素含量(Chouhan, 2011)的測定，其他指標(biāo)的測定均采用酶聯(lián)免疫吸附分析法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)。酶聯(lián)免疫分析檢測試劑盒購自上海酶聯(lián)生物科技有限公司，嚴(yán)格按照試劑盒說明書進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)的測定。SOD、POD和CAT的比活力單位(U/mg prot)以酶活性單位(U)每毫克蛋白表示(李合生, 2000)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan多重比較及Pearson相關(guān)性分析，<0.05為差異顯著，<0.01為差異極顯著，用Excel軟件繪制圖形。

2 結(jié)果

2.1 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的相對(duì)生長速率

方差分析結(jié)果表明，光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗的相對(duì)生長速率(RGR)有顯著影響(<0.05)。圖1顯示，在9℃時(shí)，40、60和80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的RGR均較大，三者相比無顯著差異(>0.05)。20和100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的RGR均較小，它們與60和80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組相比均呈顯著性差異(<0.05)。

圖1 不同光強(qiáng)下處理10 d后極北海帶幼苗的相對(duì)生長速率(溫度為9℃)

不同字母表示差異顯著，<0.05，下同

Different letters indicate significant difference,<0.05, the same as below

2.2 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的色素(葉綠素a和類胡蘿卜素)含量

方差分析結(jié)果表明，光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗的葉綠素a和類胡蘿卜素含量均有顯著影響(<0.05)。圖2顯示，極北海帶幼苗的葉綠素a含量隨著光強(qiáng)的升高而逐漸降低。20和40 μmol photons/(m2·s)處理組的幼苗葉綠素a含量均較高，二者無顯著差異(>0.05)。光強(qiáng)≥60 μmol photons/(m2·s)的處理組與光強(qiáng)為20 μmol photons/(m2·s)組均差異顯著(0.05)。光強(qiáng)≥40 μmol photons/(m2·s)的處理組之間無顯著差異(>0.05)。

圖2 極北海帶幼苗在不同光強(qiáng)下的葉綠素a和類胡蘿卜素含量

柱狀圖上的字母下標(biāo)為相同數(shù)字的作為同一組進(jìn)行多重比較，同一組的不同字母表示在<0.05水平具有顯著性差異，下同

The same subscript number at the letters represent the same group. The measured value in the same group are compared. The different letters in the same group represent significant differences,<0.05, the same as below

圖2顯示，在20~80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)范圍內(nèi)，極北海帶幼苗的類胡蘿卜素含量隨著光強(qiáng)的升高逐漸降低。當(dāng)光強(qiáng)升高到100 μmol photons/ (m2·s)時(shí)，幼苗的類胡蘿卜素含量有所增加。20、40和100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的類胡蘿卜素含量均較高，三者無顯著差異(>0.05)。40~100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組之間無顯著差異(>0.05)。

2.3 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的可溶性蛋白含量

圖3顯示，在本研究光強(qiáng)范圍內(nèi)，隨著光強(qiáng)的升高，極北海帶幼苗的可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趨勢(shì)。40、60和80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的可溶性蛋白含量均較高，三者相比無顯著差異(> 0.05)，20、40、80和100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的可溶性蛋白含量之間相比亦無顯著差異(>0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，可溶性蛋白含量與RGR呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為=0.712，<0.01)。

圖3 極北海帶幼苗在不同光強(qiáng)下的可溶性蛋白含量

2.4 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的丙二醛(MDA)和超氧陰離子(SA)含量

方差分析表明，光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗的MDA含量有顯著影響(<0.05)。圖4顯示，20 μmol photons/ (m2·s)光強(qiáng)組的MDA含量最大，80和100 μmol photons/ (m2·s)光強(qiáng)組次之，40和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的MDA含量均較低。20 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的MDA含量與其他光強(qiáng)組的相比差異顯著(<0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，MDA含量與RGR呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為=-0.58，<0.05)。

圖4 極北海帶幼苗在不同光強(qiáng)下的丙二醛(MDA)含量

方差分析結(jié)果表明，光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗的SA含量有顯著影響(<0.05)。圖5顯示，20 μmol photons/ (m2·s)光強(qiáng)組的SA含量最大，與其他光強(qiáng)組相比均顯著差異(<0.05)。40~100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)范圍內(nèi)各組的SA含量之間相比無顯著差異(>0.05)。Pearson相關(guān)性分析表明，SA含量與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為=0.829，<0.01)。

圖5 極北海帶幼苗在不同光強(qiáng)下的超氧陰離子含量

2.5 不同光強(qiáng)下極北海帶幼苗的抗氧化酶(SOD、POD和CAT)比活力

方差分析表明，光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗的SOD、POD和CAT的比活力均有顯著影響(<0.05)。圖6顯示，100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的SOD和POD比活力均較大，與其他光強(qiáng)組相比均差異顯著 (<0.05)。20和80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的SOD比活力均較低，與其他光強(qiáng)組相比均差異顯著(< 0.05)。40和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的SOD比活力無顯著差異(>0.05)。80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的POD比活力最低，與40和100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組相比均差異顯著(<0.05)，而與20和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組相比均無顯著差異(>0.05)。20、40和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的POD比活力之間無顯著差異(>0.05)。40和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的CAT比活力均較大，二者無顯著差異(>0.05)。20 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組的CAT比活力最小，與40和60 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組相比均差異顯著(<0.05)，而與80和100 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)組相比均無顯著差異(>0.05)。

圖6 極北海帶幼苗在不同光強(qiáng)下的SOD、POD和CAT比活力

Pearson相關(guān)性分析表明，SOD比活力與MDA含量及SA含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為=-0.337，=-0.331)，而相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平(>0.05)。POD與SOD比活力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為=0.706，<0.01)。CAT比活力與MDA含量及SA含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為=-0.466，=-0.546)，其中，CAT比活力與SA含量的相關(guān)性達(dá)到顯著水平(<0.05)。

3 討論

生長于水深5 m及以下的極北海帶個(gè)體一般小于生長于水深2~3 m的個(gè)體，如在水深2 m和12 m處，年齡約為2年的極北海帶的平均柄長度分別為34 cm和9 cm (Jupp, 1974; Kain, 1963; Kain, 1971; Larkum, 1972)。極北海帶垂直分布上限是略高于最低天文潮位處，而垂直分布下限因地而異，如在英格蘭西南部透明度很高的海域，極北海帶分布下限可達(dá)36 m，而在海水渾濁的環(huán)境中僅為1~2.5 m (Kain, 1971)。由此可知，光照是影響極北海帶個(gè)體大小和垂直分布的重要因素之一。因此，若要把極北海帶應(yīng)用于藻場建設(shè)及人工養(yǎng)殖，了解其適宜的光照范圍尤為重要。

植物體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，其含量可反映植物體內(nèi)總代謝水平(詹冬梅等, 2013)。本研究中，在40~80 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)范圍內(nèi)，RGR及可溶性蛋白含量均較高，表明該光強(qiáng)范圍對(duì)極北海帶幼苗的生長有利。從RGR及可溶性蛋白含量的相關(guān)性可推測，極北海帶幼苗代謝水平與其生長速率密切相關(guān)?；钚匝?Reactive oxygen species，ROS)，如SA自由基(O2–)、羥基自由基(?OH)、過氧化氫(H2O2)與單線態(tài)氧(1O2)等，是植物有氧代謝的副產(chǎn)物。大量活性氧可導(dǎo)致蛋白質(zhì)、膜脂和其他細(xì)胞組分的嚴(yán)重?fù)p傷。MDA是活性氧攻擊膜脂而形成的最終降解產(chǎn)物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度(杜秀敏等, 2001)。本研究顯示，SA含量與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，且MDA含量與RGR呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，由此可推測，極北海帶幼苗中SA含量與MDA含量密切相關(guān)，膜脂的過氧化可能是導(dǎo)致極北海帶幼苗相對(duì)生長速率降低的原因之一。

在正常生理?xiàng)l件下，植物本身的抗氧化系統(tǒng)(分為酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶促抗氧化系統(tǒng))可對(duì)活性氧進(jìn)行有效清除，酶促抗氧化系統(tǒng)包括SOD、POD、CAT及谷胱甘肽還原酶(GR)等各種抗氧化酶，非酶促抗氧化系統(tǒng)包括維生素C、維生素E、類胡蘿卜素等各種抗氧化劑(薛鑫等, 2013)。植物體內(nèi)活性氧處于不斷產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡中，抗氧化系統(tǒng)是維持這種平衡的關(guān)鍵。一旦遭受環(huán)境脅迫，這種平衡可能就會(huì)被破壞，使植物細(xì)胞中積累大量的活性氧(薛鑫等, 2013; 尹永強(qiáng)等, 2007)。過飽和光強(qiáng)是植物產(chǎn)生大量活性氧的重要誘因之一，可對(duì)植物造成光氧化損害(郭連旺等, 1996)。研究表明，極北海帶成體的新生葉片飽和光強(qiáng)在80~100 μmol photons/(m2·s)范圍內(nèi)(Lüning, 1971)，而對(duì)于長度為1~15 cm的極北海帶幼苗，在5℃~17℃內(nèi)其飽和光強(qiáng)范圍為52.4~100.3 μmol photons/(m2·s)(梁洲瑞等, 2108)。由此可推測，本研究中的光強(qiáng)100 μmol photons/(m2·s)對(duì)極北海帶幼苗來說可能已達(dá)到過飽和光強(qiáng)水平，即處于高光逆境中。

本研究中，當(dāng)光強(qiáng)升高到100 μmol photons/(m2·s)時(shí)，幼苗的類胡蘿卜素含量有所增加，這可能與幼苗對(duì)高光強(qiáng)的適應(yīng)性有關(guān)。據(jù)報(bào)道，類胡蘿卜素可直接猝滅單線態(tài)氧或通過猝滅三線態(tài)葉綠素而阻止單線態(tài)氧的形成(單線態(tài)氧是由O2和三線態(tài)葉綠素作用產(chǎn)生的)，從而消除單線態(tài)氧對(duì)光合作用結(jié)構(gòu)的破壞(郭連旺等, 1996; 尹永強(qiáng)等, 2007)。由此推測，類胡蘿卜素在極北海帶幼苗對(duì)抗高光脅迫過程中發(fā)揮重要作用。SOD是生物體內(nèi)特異清除SA自由基(O2–)的酶，其與O2–反應(yīng)產(chǎn)生H2O2和O2，是抗氧化的第一道保護(hù)層；POD是以H2O2為電子受體催化底物氧化的酶，CAT可與H2O2專一結(jié)合，即POD和CAT均可消除H2O2(閻成士等, 1999)。本研究中，SOD及CAT的比活力與SA和MDA含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中，CAT比活力與SA含量的相關(guān)性達(dá)到顯著水平，表明SOD及CAT對(duì)于極北海帶幼苗中活性氧的清除、降低膜脂的過氧化傷害發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在100 μmol photons/(m2·s)的高光強(qiáng)環(huán)境下，SOD和POD的比活力均較大，與其他光強(qiáng)組相比均呈顯著差異，且POD比活力與SOD比活力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，由此可推測，在極北海帶幼苗的酶促抗氧化系統(tǒng)中，SOD和POD可對(duì)高光逆境產(chǎn)生積極響應(yīng)，可協(xié)同作用清除細(xì)胞內(nèi)由高光強(qiáng)誘發(fā)引起的過量活性氧。CAT主要定位于線粒體、過氧化物體與乙醛酸循環(huán)體中，而葉綠體中H2O2的清除主要是通過Halliwell-Asada途徑進(jìn)行的，該途徑主要是由抗壞血酸過氧化物酶(APX)和GR等抗氧化酶發(fā)揮關(guān)鍵作用(閻成士等, 1999)。因此，本研究中，在高光強(qiáng)環(huán)境下幼苗卻沒有表現(xiàn)出最高的CAT比活力，這可能與CAT在細(xì)胞中的位置和其他抗氧化酶的作用有關(guān)，即高光強(qiáng)直接對(duì)極北海帶幼苗葉綠體產(chǎn)生了光氧化損害，而APX和GR對(duì)高光強(qiáng)誘發(fā)引起的幼苗葉綠體中過量的H2O2進(jìn)行了有效清除，該猜測有待于下一步進(jìn)行研究驗(yàn)證。綜合上述結(jié)果可推測，極北海帶幼苗的酶促抗氧化系統(tǒng)和非酶促抗氧化系統(tǒng)均可對(duì)高光逆境作出積極應(yīng)答，它們可相互輔助以清除活性氧，降低光氧化傷害。

研究表明，極北海帶成體的新生葉片光補(bǔ)償點(diǎn)約為12 μmol photons/(m2·s)(Lüning, 1971)，而對(duì)于長度為1~15 cm的極北海帶幼苗，在5℃~17℃范圍內(nèi)其光補(bǔ)償點(diǎn)范圍為4.6~15.4 μmol photons/(m2·s)(梁洲瑞等, 2018)。戰(zhàn)吉宬等(2003)研究認(rèn)為，環(huán)境光強(qiáng)持久低于或短時(shí)間顯著低于植物光飽和點(diǎn)，但不低于限制其生存的最低光照強(qiáng)度時(shí)的光環(huán)境，可以稱為弱光逆境。由此推測，極北海帶幼苗在20 μmol photons/(m2·s)光強(qiáng)下可能已處于弱光逆境中。弱光逆境可影響植物的光合作用、光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和分配、營養(yǎng)元素的吸收、內(nèi)源激素水平和抗氧化酶活性等生理生化過程(王明等, 2007)。本研究中，在20~80 μmol photons/ (m2·s)光強(qiáng)范圍內(nèi)，極北海帶幼苗的葉綠素a和類胡蘿卜素含量隨著光強(qiáng)的減弱均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。許多大型海藻在一定光強(qiáng)范圍內(nèi)色素含量也會(huì)呈現(xiàn)出這種變化趨勢(shì)(陳偉洲等, 2015; 姜宏波等, 2009; 林貞賢等, 2007; 劉靜雯等, 2001)。研究認(rèn)為，這是植物表現(xiàn)出的生長補(bǔ)償效應(yīng)，即植物可通過增加細(xì)胞色素含量來更有效地捕獲光能，以適應(yīng)弱光環(huán)境(Beale, 1971; 王藝等, 2010)。弱光逆境可導(dǎo)致植物體內(nèi)MDA含量的升高，受不同弱光脅迫強(qiáng)度和脅迫時(shí)間的影響，不同抗氧化酶的活性會(huì)有所差異(王明等, 2007)。本研究中，在20 μmol photons/(m2·s)的弱光環(huán)境下，極北海帶幼苗的SA含量和MDA含量均顯著高于其他處理組，且SOD、POD和CAT的比活力均較低。綜合上述結(jié)果可推測，在弱光逆境下，極北海帶幼苗雖然能通過增加體內(nèi)葉綠素a的含量以更有效地捕獲有限的光能，但幼苗的可溶性蛋白合成效率及抗氧化酶比活力均顯著下降，從而造成其活性氧代謝發(fā)生了較嚴(yán)重的失衡，進(jìn)而造成較嚴(yán)重的細(xì)胞膜脂過氧化損害，該氧化損害是導(dǎo)致極北海帶幼苗相對(duì)生長速率降低的原因之一。

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Effects of Light Intensities on the Growth and Biochemical Characteristics ofYoung Seedling

LIANG Zhourui1,2, LIU Fuli1,2①, DU Xinxin3, YUAN Yanmin4, LIANG Qidi1, WANG Wenjun1,2, SUN Xiutao1,2, WANG Feijiu1,2

(1. Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071; 2. Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071; 3. College of Marine Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109; 4. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306)

is an important commercial seaweed, which has great potential for seaweed bed construction and artificial cultivation in China. To verify the suitable light for the growth ofyoung seedlings and clarify the biochemical response mechanism under light stress, the relative growth rate and biochemical responses under different light intensities were studied. Under these experimental conditions, the main conclusions are as follows: Light was beneficial for the growth ofyoung seedlings in the range of 40~80 μmol photons/(m2·s). The relative growth rate showed significant negative interrelation withthe content of malondialdehyde (MDA), which indicates that membrane lipid peroxidation may be one of the reasons contributing to the low relative growth rate ofyoung seedlings. An extremely significant positive correlation was found between the content of superoxide anion (SA) and the content of MDA ofyoung seedlings. The specific activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) were negatively correlated with the content of SA and MDA, respectively. And the negative relationship between the specific activity of CAT and the content of SA was significant. Moreover, an extremely significant and positive correlation was found between specific activity of peroxidase (POD) and SOD. It can be inferred from the above correlation analysis results that SOD, CAT and POD play important roles in removing reactive oxygen species (ROS) and there is a significant synergy between SOD and POD inyoung seedlings. The light stress environment was not conducive to the accumulation of soluble protein resulting in the accumulation of MDA inyoung seedlings, which indicates that the total metabolic level was reduced and the ROS level was increased in this environment. The content of carotenoid and the specific activity of SOD and POD inyoung seedlings will increase so that the ROS level can be reduced under high light stress, thus relieving light oxidative damage. The content of chlorophyll-a ofyoung seedlings will increase so that it can capture the limited light energy more effectively under low light stress. However, the antioxidant enzyme activity was significantly decreased as a result that led to a serious imbalance of ROS metabolism under low light stress, which resulted in more severe membrane lipid peroxidation damage. These results can provide the theoretical basis for the artificial breeding and cultivation ofin the future.

; Light intensity; Growth; Biochemical composition; Antioxidant system

LIU Fuli, E-mail: liufl@ysfri.ac.cn

* 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(2016PT03; 2016HY-JC0302)、青島市民生科技計(jì)劃項(xiàng)目(17-3-3-65-nsh)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)國際合作交流項(xiàng)目——“一帶一路”熱帶國家水產(chǎn)養(yǎng)殖科技創(chuàng)新合作項(xiàng)目和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-50)共同資助[This work was supported by Special Scientific Research Funds for Central Non-Profit Institutes, Chinese Academy of Fishery Sciences (2016PT03; 2016HY-JC0302), Qingdao Science and Technology Project of People’s Livelihood (17-3-3-65-nsh), Projects of International Exchange and Cooperation in Agriculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Technology and Innovation Cooperation in Aquaculture with Tropical Countries along the Belt and Road, and China Agriculture Research System (CARS-50)]. 梁洲瑞，E-mail: liangzr@ysfri.ac.cn

劉福利，副研究員，E-mail: liufl@ysfri.ac.cn

2018-05-23,

2018-06-26

Q945.79

A

2095-9869(2019)04-0115-08

10.19663/j.issn2095-9869.20180523002

梁洲瑞, 劉福利, 杜欣欣, 袁艷敏, 梁啟迪, 汪文俊, 孫修濤, 王飛久. 光強(qiáng)對(duì)極北海帶幼苗生長和生化特性的影響. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2019, 40(4): 115–122

Liang ZR, Liu FL, Du XX, Yuan YM, Liang QD, Wang WJ, Sun XT, Wang FJ. Effects of light intensities on the growth and biochemical characteristics ofyoung seedling. Progress in Fishery Sciences, 2019, 40(4): 115–122

(編輯 馬璀艷)