大叶藻生物特征及生态修复研究进展

近年来,全球气候变化和人为干扰活动加剧了海草床退化,其种群密度和生态功能明显减弱。以大叶藻为代表的海草床生态系统的修复和保护迫在眉睫。本文通过对大叶藻生物特征、生存环境及在生态修复中的应用进行综述,以期为今后开展大叶藻生态修复工作奠定基础。

桑沟湾大叶藻海草床生态系统碳汇扩增力的估算

2010～2011年对桑沟湾楮岛海区大叶藻床的调查研究显示,其生物量年度变化为313.5～769.3gDW/m2,在夏季达到最高值;初级生产力年度内为2.0～6.4gDW/m2.d;总组织含碳量为35.5%;来自海草初级生产力的固碳贡献约为543.5gC/m2.yr。大叶藻附着植物生物量较小,年平均约为21.2g/m2,固碳贡献约30gC/m2.yr;作为菲律宾蛤仔增殖场,来自蛤仔的固碳贡献约63.15gC/m2.yr,此外,参照已有研究的数据,将来自草床捕获颗粒的碳贡献等计算在内,桑沟湾大叶藻床扩增固碳量为1180gC/m2.yr,总量达290MgC/yr。

大叶藻海草床的生态恢复:根茎棉线绑石移植法及其效果

于2009年和2010年在青岛汇泉湾用根茎棉线绑石法进行大叶藻（Zostera marina L.）移植，并于2012年4月20日至11月19日对移植大叶藻的生长情况进行观察（包括形态学变化、密度、茎枝高度、地上生物量、底质粒径几个方面）。观察期间水温为7.8-26.1℃。结果显示，移植底质可定性为粉砂质；移植大叶藻的有性繁殖期为2012年4-8月；无性繁殖在秋季达到高峰；密度在6月和9月分别高达411茎枝/m2和481茎枝/m2；高度与地上生物量的最大值出现在6-7月份。与2009年青岛湾天然大叶藻进行比较后可以发现，移植大叶藻的高度、地上生物量及其季节变化与天然大叶藻基本保持一致，说明移植大叶藻的生长状况良好，同时说明根茎棉线绑石法是一种高效且实用的海草床生态恢复方法。

大叶藻移植方法的研究

为探索适宜的大叶藻(Zostera marina)移植修复方法,2008年10～11月,利用沉子法、枚钉法、直插法、夹苗法和整理箱法,在山东荣成俚岛近岸海域进行了大叶藻移植试验,监测了移植后1个月内大叶藻的生长、存活与渗透压的变化,比较了天然大叶藻和移植大叶藻之间的差异,并分析了移植海区主要环境因子与大叶藻生长与存活之间的关系。结果显示,5种移植方法大叶藻的平均存活率为沉子法(100%)>枚钉法(86.7%)>直插法(66.7%)>夹苗法(20%)>整理箱法(0%);移植大叶藻的平均绝对生长率为沉子法(0.358 cm/d)>直插法(0.242 cm/d)>对照组(0.211 cm/d)>枚钉法(0.083 cm/d)>夹苗法(0.067 cm/d);与天然大叶藻相比,移植后大叶藻根的渗透压显著升高,而茎和叶的渗透压则显著降低(P<0.01);移植后大叶藻的生长与存活和移植海区水流、光照、底质等主要环境因子显著相关。研究结果为研发适宜的低成本大叶藻受损生物群落生态修复技术提供了参考。

基于matK、rbcL和ITS序列的5种大叶藻系统发育研究

运用PCR直接测序法,对采自爱尔兰、日本、韩国和中国的大叶藻、矮大叶藻、丛生大叶藻和红须根虾形藻及GenBank中的宽叶大叶藻5种大叶藻叶绿体的matK、rbcL和核糖体ITS的部分序列进行测定,并比较分析了5种大叶藻3个目的片段的核苷酸序列,结果发现胞嘧啶(C)在3个目的片段上的含量均较低。ITS片段检测到172处核苷酸替换,表现出丰富的遗传多态性。matK基因片段上有52处核苷酸替换,rbcL基因片段上有20处核苷酸替换,且大部分替换来自于第三密码子的同义替换,种间在氨基酸水平上产生了一定的分化。基于ITS、matK和rbcL 3个目的片段,利用邻接法、最大简约法、最大似然法和贝叶斯法构建的系统发育树结果基本一致,明显分为3大支。矮大叶藻与大叶藻属间3种大叶藻的核苷酸最小差异值为19.33%,在分子数据上达到了属的水平。基于matK和rbcL基因片段拼接序列的分析结果表明:大叶藻与丛生大叶藻的分化时间在上新世(2～2.7百万年前),与宽叶大叶藻的分化时间在上新世(4～5.3百万年),与矮大叶藻的分化时间在渐新世(27～36百万年前),与红须根虾形藻的分化时间在始新世(33～44百万年前)。4个地区大叶藻的ITS片段序列完全相同,结果表明大叶藻ITS区的变异程度与地理距离不相关,其不适用于大叶藻不同地理株间的分子系统演化。该研究进一步阐述了5种大叶藻的系统发育关系,同时也为国内海草的分子系统发育研究提供重要参考。

桑沟湾楮岛近岸海域大叶藻生态学特征的基础研究

2010年8月至2011年9月期间,对桑沟湾楮岛沿海的大叶藻(Zostera marina L.)进行了一周年调查。结果显示,大叶藻周年平均株高变化范围为(16.97±5.99)^(87.60±20.68)cm,大叶藻平均密度为(613±201)株/m2,单株生物量为0.97~5.31g/株,单位面积平均生物量为594.61~3255.03 g/m2,大叶藻高度和湿重的周年生长变化与水温的变化趋于一致,呈正相关性;大叶藻生长环境水温为5.3~25.6℃,平均温度16.3℃;盐度为28.9~31.3,平均盐度30.6;底质类型为砾砂。大叶藻根茎、叶鞘和叶中碳含量的平均值分别为32.68%±1.27%、33.78%±3.06%、37.01%±1.86%,氮含量平均值分别为1.62%±0.63%、2.79%±0.81%、3.10%±0.81%,磷含量的平均值分别为0.28%±0.04%、0.51%±0.10%、0.48%±0.07%。

大叶藻(Zostera marina L.)PSⅠ和PSⅡ复合物的分离鉴定

采用蔗糖密度梯度离心法分离纯化大叶藻类囊体膜 ,经 1 0 %SDS增溶后 ,用蔗糖密度梯度超速离心分离其色素蛋白质复合物。经稳态光谱分析、DCIP光还原活性测定及P680 、P70 0 差示光谱检测结果表明 ,2 0 %蔗糖层的CP3和 40 %蔗糖层 (上 )的CP4为PSⅡ复合物 ,具有光化学活性 ;40 %蔗糖层 (下 )的CP5为PSⅠ复合物 ,其P70 0 特征吸收峰位于 695nm处。CP3和CP4的DCIP光还原活性 :CP3为 34.2 7微电子当量 /(mgchl·h) ,CP4为 7.2 9微电子当量 /(mgchl·h)。

桑沟湾大叶藻附着生物的季节变化

2008年9月～2009年8月,对桑沟湾楮岛海域大叶藻叶片上的附着生物进行了周年调查,以期为我国浅海生态系中大叶藻等海草生态功能的研究提供基础资料。调查共记录大叶藻附着生物29种。附着的主要种类有盾卵形藻Cocconeis scutellum及其小型变种C.scutel lumvar.pava,褐毛藻Halothrixlumbricalis、点叶藻Punctaria latifolia、锈凹螺Chlorostoma rustica、Australaba sp.、脆螺Stenotis sp.。在春季,大叶藻上的附着硅藻类有9种,大型海藻类7种,动物类8种。其中,褐藻类为主要附着生物,附着高峰出现在4月份。夏季,附着的大型海藻种类明显减少,仅出现4种,而动物类有6种,硅藻类8种。其中,腹足类为夏季附着优势种。硅藻附着高峰出现在秋季,此时的附着动物类减少至4种,大型藻类种数与夏季持平,但附着的生物量较小。冬季未发现附着的大型海藻及动物,仅有微藻类的硅藻附着。

桑沟湾大叶藻有性繁殖特性的观察研究

2009年1～8月,对桑沟湾大叶藻有性繁殖特性进行了观测,以期为我国大叶藻的研究及保护工作提供基础资料。4月初,大叶藻花枝明显可见,至5月上旬,柱头直立、花药开裂,花期开始,此时水温为14.8℃。第一个可见果实发现于6月上旬,果实成熟及种子的散落始于7月初,此时水温升至21.4℃。至8月初,水温为21.8℃时,花枝基本不可见,此时种子散落结束。花枝的各分枝向心发育,各分枝上的佛焰苞向顶成熟,花期最初和最后阶段分出的佛焰苞着生较少的子房数,结实率相对较低。花枝密度为114颗/m2,每枝结实67.0个,潜在种子产量为7638个/m2。

大叶藻的生态学特征及其与环境的关系

大叶藻是近海生态系统中重要的初级生产者。本文从5个方面论述了大叶藻的生态学特征及其与环境的关系:1)大叶藻对海洋沉水生活的适应;2)大叶藻在资源分配上的繁殖策略;3)大叶藻的营养盐代谢;4)大叶藻对近海生态的贡献;5)大叶藻衰退的原因。

荣成俚岛近岸海域大叶藻的生态学研究

2008年6月，对山东荣成俚岛南起马他角，北至俚岛湾东端“外遮岛”之间2m以浅近岸海域大叶藻的分布、生物量、形态特征、花及栖息环境进行了调查。结果显示，该海域大叶藻呈片状分布，每片面积在1．5～2．0m^2之间，平均分布密度1650株／m^2；大叶藻平均生物量为3．754g／株；平均根质量0．4324g／株，根长范围2～14cm，平均根长4．8295cm，根的平均直径为0．1mm；平均茎质量0．4609g／株，平均茎长4．407cm／株，茎的平均直径为2．159mm；平均节数为9．27节／株，平均节长5．144mm；平均叶质量2．294g／株，叶长范围17-70cm，平均叶宽5．28mm，平均叶长45．23cm，平均叶鞘长6．824cm;单性花，雌雄同株，2个雌花之间有2个雄花，每个花序轴上有雄花13-19个，雌花7～11个；底质环境为砾砂。调查结果丰富了大叶藻生态学的研究内容，也为大叶藻受损生物群落的生态修复技术奠定了先期工作基础。

刺参围堰养殖中大叶藻的生态功能

为阐明围堰池塘内海草——大叶藻的生态功能并为将其引入刺参池塘养殖提供理论基础,对大叶藻区和裸露砂质底质区的温度、溶氧进行了比较测定,对刺参及其食物组成的同位素进行了分析,并与邻近自然海域草场系统进行对比。结果显示,春夏季大叶藻区底部温度比裸露砂质底质区温度低约0～0.33°C;0～25%的低大叶藻盖度下,海草区和裸露底质区溶氧差异不显著,50%～100%的中高盖度下,海草区表层溶氧显著高于裸露底质区,高约0.12～0.62 mg/L,底层溶氧低于裸露底质区,约0～0.38 mg/L;春季末,该海草环境下的刺参δ13C和δ15N比值分别为–15.27‰和8.11‰,具有与相邻自然草场系统中刺参明显不同的同位素特征值（–20.12‰和10.95‰）。混合模型的分析表明,其食物组成中来自大叶藻的贡献约为13%～52%,高于底栖硅藻（4%～49%）、悬浮颗粒有机物POM（23%～39%）以及附着生物（0～22%）。而邻近的自然草场中,来自POM和褐藻海蒿子的食物贡献最大,0.95置信水平下的置信区间（CI）分别为24%～54%和1%～53%,而海草丛生大叶藻的贡献为0～27%。本研究表明,大叶藻可以在一定程度上降低夏季池塘底部水温,增加水体溶氧,同时为刺参提供重要的食物来源,这在池塘组成相对简单的环境下是尤为重要的。

冬季大叶藻与幼参混养效果的模拟研究

在实验室条件下对冬季大叶藻Zostera marina与刺参Apostichopus japonicas当年生幼苗的生态混养效果进行了研究,分析了大叶藻对养殖水体中氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐的控制作用以及大叶藻对幼参生长的集聚效果。试验设置大叶藻与幼参混养组、幼参单养组和大叶藻单养空白组,每组设5个重复。试验幼参为2010年培育的秋苗(体长2.90 cm±0.04 cm,体质量0.69 g±0.02 g),试验总水体75 L,幼参放养密度为1个/L,水温为(15±1)℃,盐度为31～32,光照强度为(271±14)lx,试验共进行30 d。结果表明:大叶藻单养组氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐含量最高;幼参摄食大叶藻碎屑,对水体营养盐起到一定的控制作用,混养组各种营养盐含量居中;幼参单养组各种营养盐含量最低。试验期间,底质情况良好,水质对幼参的生长无影响;大叶藻可为幼参提供附着基,对幼参的集聚效果良好,超过80%的幼参栖息在大叶藻叶片上。

大叶藻黄酮对酒精性肝损伤的保护作用

为了深入挖掘大叶藻黄酮(ZF)的生物活性,提高大叶藻的利用价值,本实验研究了ZF对酒精性肝损伤的保护作用;实验采用纤维素酶-超声波辅助复合浸提法提取大叶藻中的天然活性物质黄酮类化合物,并采用聚酰胺树脂柱层析法对其进行纯化;研究ZF的体外抗氧化能力;将60只ICR小鼠随机分成6组,通过建立酒精性肝损伤模型,研究ZF对肝损伤的保护作用;结果显示,经纯化后ZF的含量达到80%。体外实验表明ZF对DPPH自由基和羟基自由基有清除能力,具有一定的抗氧化活性;体内实验表明ZF对酒精性肝损伤小鼠的抗氧化能力、脂质代谢能力以及乙醇代谢能力均有影响。ZF各剂量组与模型组相比,血清ALT、AST和γ-GT活性显著降低,肝组织MDA含量显著降低,乙醇代谢酶活性显著提高;ZF中、高剂量组小鼠肝组织GSH-Px和SOD活性显著提高,血脂浓度显著降低。长期过量饮酒可导致小鼠肝脏严重损伤,ZF可以改善小鼠肝组织损伤情况,对酒精性肝损伤起到保护作用,其机制可能与增强机体抗氧化能力、调节脂质代谢和乙醇代谢能力有关。

大叶藻碎屑作为刺参食物来源的实验研究

采用室内模拟实验方法研究了刺参（Apostichopus japonicus Selenka）与大叶藻（Zostera marina L.）碎屑之间的营养关系,将大叶藻碎屑与泥质沉积物按照一定的配比作为饵料投喂刺参,测定刺参的特定生长率和排粪率。按照添加大叶藻碎屑比例的不同,实验分为5个处理组,分别为ES0、ES10、ES20、ES40和ES100,大叶藻碎屑含量分别为0%,10%,20%,40%和100%。结果表明,饵料组成显著影响刺参的生长,大叶藻碎屑与泥质沉积物混合物中的有机质含量为17%-20%,水温为13-17℃,刺参的生长效果较好,最大特定生长率为1.54%/d,最大排粪率为1.31g/（个？d）。海草床为刺参提供栖息地的同时,大叶藻脱落腐败后的有机碎屑可以为刺参提供重要的食物来源,这对于刺参的资源恢复和营养生态学方面的研究有着重要的意义。

大叶藻(Zostera marina)的热值和元素含量(碳、氮、磷)及其相关性

选取辽宁獐子岛近岸海域大叶藻样品,对其须根、根状茎和不同生长阶段叶片的灰分含量、热值和元素含量(碳、氮、磷)及其相关性进行研究,结果表明:在不同生长阶段,叶片长度随着生长顺序先增大后减小;灰分含量随着叶片生长逐渐升高,且极显著小于根状茎和须根(P<0.01);不同部位干质量热值差异极显著(P<0.01),以初生叶最高,为(14.89±0.040)k J/g,后逐渐减小,在须根中最小,为(8.15±0.079)k J/g;不同生长阶段叶片的去灰分热值差异不大,但极显著大于须根和根状茎(P<0.01);碳、氮、磷含量均呈同一趋势:初生叶>幼叶>成熟叶1>成熟叶2>衰老叶>根状茎>须根;N/P比值为27.08,说明大叶藻存在P限制;N/P比值在根状茎中最大,须根中最小,这说明大叶藻存在能量的转移和存贮;大叶藻不同部位灰分含量与干质量热值、去灰分热值、碳含量、氮含量、磷含量之间呈极显著的负相关(P<0.01),干质量热值与碳含量、氮含量、磷含量之间呈极显著的正相关(P<0.01);大叶藻不同部位的热值与碳、氮、磷元素含量之间均呈显著的线性关系(P<0.05)。

山东半岛大叶藻的抽样调查与鉴定

2011年8～10月对山东半岛大叶藻进行了调查研究,并对山东半岛大叶藻进行了分类鉴定。结果显示,山东半岛主要存在3种大叶藻科(Zosteraceae)种类,分别是大叶藻属Zostera的大叶藻Zostera marina L.、矮大叶藻Zostera japonica Ascherson&Graebner以及虾形藻属Phyllospa-dix的红须虾形藻Phyllospadix iwatensis Makino。其中,大叶藻分布广泛,莱州湾、俚岛、小石岛、楮岛、汇泉湾等地均发现有大叶藻存在,莱州湾地区大叶藻呈斑状分布,汇泉湾呈零星分布,俚岛、小石岛、楮岛地区呈片状分布;矮大叶藻分布较少,莱州湾地区呈斑状分布,广饶地区零星分布;红须虾形藻仅发现于青岛石老人海水浴场,呈斑状分布。调查还发现,山东半岛近海沿岸大叶藻海草场都存在不同程度的退化和破坏,除俚岛、小石岛、楮岛的大叶藻呈片状分布以外,其他地区的大叶藻均呈斑状分布或者零星分布。日照东港地区的海草场更是破坏严重,且本次调查范围内未发现大叶藻存在。

高等植物大叶藻研究进展及其对海洋沉水生活的适应

综述和讨论了目前对海洋沉水植物大叶藻的研究进展 ,主要包括 :(1 )形态解剖结构特点 ,(2 )基本生理研究 ,(3 )耐盐机理 ,(4)生存限制因子 ,(5 )问题与展望。其中着重讨论了大叶藻与海洋沉水生活相适应的一些特点 ,特别是其对海水盐度的适应机理。

大叶藻居群微卫星遗传多样性研究

采用4对微卫星引物对大叶藻的7个地理居群进行了遗传多样性与遗传结构分析。扩增148株大叶藻得到57个等位基因,每个位点平均等位基因数为6,大叶藻居群的平均期望杂合度(He)为0.687,平均观测杂合度(Ho)为0.417。青岛湾居群的遗传多样性最高(A=7.750,AR=7.043),俚岛居群最低(A=4.750,AR=4.543)。从Fst值来看,7个大叶藻居群间属于中度分化。UPGMA系统发育树显示,中国4个大叶藻居群聚类到一起,其遗传分化可能是由于历史大海草场的遗留小片段居群产生,而中国、韩国、日本和爱尔兰居群间的遗传分化则主要是由于地理隔离造成的。自由交配估计结果支持海草的东亚起源说。青岛湾居群遗传多样性较高,可优先作为大叶藻移植修复的材料和基因库,并进行重点保护。

大叶藻形态及生长发育特征

对威海双岛湾大叶藻的形态及生长发育特征进行了实地观察和精细解剖研究。结果表明，大叶藻的形态特征主要表现为：营养枝具4-8片叶，互生，具管状叶鞘，叶片线型；根状茎匍匐于底泥；每节生两簇不定根；雌雄同株异花，佛焰苞花序，两雄一雌单性无花被花交互排列于花序轴两侧，花粉胶质丝状；瘦果。其主要生长发育特征表现为：叶和节间的基部具有分生组织，叶和节间生长主要体现为基部的生长；腋芽的发育具有明显的窗口期；先出叶先于侧枝萌发；实生苗或克隆分株的端枝经过近一年的生长分化为成生殖枝，开化结果后即死亡；同一花序内的雌花先于雄花开放，水中受精，果实败育率较高。大叶藻营养、生殖器官形态结构的特化和它们生长发育的时序优化充分体现了该种对海洋水生环境的高度适应性。