光强对极北海带幼苗生长和生化特性的影响

通过探讨极北海带(Laminaria hyperborea)幼苗在不同光强下的相对生长速率(RGR)及生化指标的变化规律,以期获得适宜极北海带幼苗生长的光照范围,并揭示其对光照胁迫的生化响应机制。结果显示,在40~80μmol photons/(m^2·s)光强下,极北海带幼苗的RGR较高,表明此光强范围对其生长较有利,而RGR与丙二醛(MDA)含量呈显著负相关关系,表明细胞膜脂的过氧化作用可能是导致极北海带幼苗RGR降低的原因之一。极北海带幼苗中超氧阴离子(SA)含量与MDA含量呈极显著正相关关系,而超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)的比活力与SA含量及MDA含量均呈负相关关系(其中,CAT比活力与SA含量的相关性达到显著水平),且过氧化物酶(POD)与SOD的比活力呈极显著正相关关系,表明SOD、CAT及POD对于极北海带幼苗中活性氧的清除均发挥着重要的作用,且SOD与POD有明显的协同作用。高光和弱光逆境均不利于极北海带幼苗中可溶性蛋白的积累,且均造成藻体中MDA的积累,表明在光照胁迫下幼苗的总代谢水平降低,而活性氧水平升高。在高光下,幼苗可通过增加类胡萝卜素含量及显著提高SOD及POD的比活力来降低藻体内活性氧水平,从而减轻光氧化伤害。在弱光下,幼苗可通过增加体内叶绿素a的含量以高效地捕获有限光能,但藻体的抗氧化酶比活力显著下降,从而造成其活性氧代谢发生了严重失衡,进而导致其细胞膜脂过氧化程度的加重。上述结果可为极北海带的人工育苗及海上养殖提供参考。

不同温度对极北海带幼苗生长及光合特性的影响

为研究极北海带幼苗在温度条件下的生理、生态适应性,作者开展极北海带幼苗(1~15 cm)在不同温度下的相对生长速率以及光系统II最大荧光产量(Fv/Fm)、光合作用和呼吸作用等生长和生理响应研究,探讨其最大表观光合速率、饱和光强(Isat)和光补偿点(Ic)等参数。得出以下结论:(1)极北海带幼苗生长的适宜温度范围为9~15℃,温度上限为21℃;(2)极北海带幼苗在21℃胁迫24h以上,可导致其光合系统II产生不可逆损伤;(3)叶片长度对其幼苗的Fv/Fm有显著影响,较大的幼苗相对耐受高温;(4)在5~17℃范围内,极北海带幼苗Ic为4.6~15.4μmol/(m2·s), Isat为52.4~100.3μmol/(m2·s);(5)低温条件下,极北海带幼苗可适应更弱的光照,但相对不耐强光;较大的极北海带幼苗则相对耐强光,其适应更弱光照。本研究结果可为极北海带的人工育苗及养殖提供参考。

极北海带对氮、磷吸收和砷、镉、铅吸附的研究

极北海带(Laminaria hyperborea)分布于大西洋东北海域,有很高的经济和生态价值,有望成为我国海藻资源增值的对象。本研究通过分析极北海带在不同温度下对N、P营养盐的吸收,以及对不同重金属离子的吸附,研究其对富营养化和重金属的去除能力。结果显示,1)温度为9℃~13℃时,极北海带对N、P的吸收率均最高,其中72 h后其对P的吸收率达到了95%~98%,对氨氮的吸收率为96%,对硝酸氮的吸收率约为42%,表明其对N、P有显著的去除作用。2)极北海带对As5+的富集量为168.33 mg/kg,藻体表面和内部As5+含量无显著差异,分别占藻体As5+总量的55%和45%,As5+处理6 d后极北海带的相对生长速率为–0.92%/d,极北海带生长不正常。极北海带对Cd2+的吸附量为15 mg/kg,且91%的Cd2+位于藻体表面,仅9%的Cd2+位于藻体内部,相对生长速率为5.78%/d,说明其对极北海带生长有抑制。极北海带对Pb2+的吸附量为320 mg/kg,其中96.5%的Pb2+被吸附于藻体表面,3.5%的Pb2+位于藻体内部,其相对生长速率为6.73%/d,表明Pb2+对极北海带的生长无显著影响。

基于MaxEnt模型预测极北海带在我国黄渤海的适生情况

我国黄渤海区域的自然藻场存在不同程度的退化,建立人工藻场是制止海底荒漠化、恢复海底植被和建设海洋牧场的重要手段。本研究模拟极北海带(Laminaria hyperborea)在我国黄渤海区域的适生情况,使用MaxEnt生态位预测方法,针对影响极北海带分部的21项关键水质及水文条件以及在原产地的分布情况,建立我国黄渤海海域生态位分布模型,划分相应的适生区域,并通过刀切法筛选对模型贡献度较大的环境因子,逐一分析其对极北海带适生性的影响。结果显示,在筛选出的9项对模型贡献度较大的环境因子中,温度与光照强度对极北海带分布的影响最大。极北海带在温度7℃~18℃范围、光强不超过52 E/(m^2·d)的区间有较大的适生概率;氮、磷浓度对预测结果也有一定影响,但天然海水中的氮、磷浓度不足以成为极北海带分布的限制因子。总体来看,黄渤海区域有1.67%海域为中适生区,主要集中在辽东半岛东岸长海县附近海域;山东半岛东部、北部,渤海西北部有一定的低适生范围,占总海域面积的5.12%;非适生区和边缘适生区占海域总面积的88.51%和4.70%。本研究表明,辽东半岛东岸长海县附近海域是建立极北海带藻场的理想区域。

极北海带幼苗对氮、磷和铁营养元素需求的研究

将体长3~5 cm的极北海带幼苗充气饲养在过滤灭菌海水中,以NaNO3和KH2PO4为氮源和磷源,氮、磷质量浓度[ρ(N)∶ρ(P)=10∶1]:NO3^--N为0、0.5、2、4、6、8、10 mg/L,温度9℃,光周期为12L∶12D,12、24、36、48、60 h后,测定其叶绿素荧光参数(光系统Ⅱ最大荧光产量,Fv/Fm)及培养12、24、48 h后幼苗的表观光合速率,以研究极北海带幼苗生长的适宜营养盐质量浓度范围。另一试验中,以NaNO3和NH4Cl为氮源,KH2PO4为磷源,FeCl3为铁源。NH4^+-N(3 mg/L)组中Fe^3+质量浓度为0、1 mg/L。NO3^--N(3 mg/L)组Fe^3+质量浓度为0、0.2、1、5 mg/L,0、4、10、24、48 h后测定幼苗培养液中的PO4^3--P、NO3^--N、NH4^+-N和Fe^3+质量浓度以及处理3 d后的极北海带幼苗的相对生长速率以探讨极北海带幼苗生长对铁与氮、磷的需求。试验结果显示,NO3^--N:2~8 mg/L,PO4^3--P:0.2~0.8 mg/L[ρ(N)∶ρ(P)=10∶1,下同]内,极北海带幼苗的相对生长速率较高,表明该NO3^--N、PO4^3--P质量浓度范围对其生长有利;NO3^--N:2~4 mg/L,PO4^3--P:0.2~0.4 mg/L时,极北海带幼苗的Fv/Fm值和表观光合速率均较大,表明该NO3^--N、PO4^3--P质量浓度范围对其光合作用较有利;铁(Fe^3+,下同)质量浓度为0.2~1.0 mg/L时较有利于极北海带幼苗的生长,在铁质量浓度为1 mg/L时幼苗的相对生长速率最大;添加适宜质量浓度的铁营养盐后,10 h内显著促进极北海带幼苗对NO3^--N和PO4^3--P的吸收,24 h后促进效果不明显,同时幼苗对铁的吸收也在10 h内基本达到饱和;5 mg/L的高铁质量浓度对幼苗吸收NO3^--N和PO4^3--P有抑制作用,添加铁与否对幼苗吸收NH4^+-N无显著影响(P>0.05)。

氮营养盐对极北海带幼苗生长和生理生化特性的影响

为研究不同质量浓度硝态氮对极北海带生长、生理特性的影响,在实验室条件下将极北海带培养在硝态氮质量浓度梯度为0、0.5、2、4、6、8、10 mg/L的灭菌海水中,10 d后分别测定各培养条件下藻体的生长和生化参数。试验结果表明:(1)硝态氮质量浓度为2~8 mg/L时极北海带的相对生长速率和可溶性蛋白含量较高,表明极北海带幼苗适于在此营养盐水平下生长。低氮环境时藻体的丙二醛含量较高,且与相对生长速率呈显著负相关,表明低氮胁迫可引起细胞膜脂过氧化,导致极北海带的相对生长速率降低;(2)在低氮营养盐水平(0~0.5 mg/L)时,藻体超氧阴离子水平明显升高,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶的活性均升高,表明这3种抗氧化酶尤其是过氧化物酶在清除藻体内自由基时起关键作用,同时丙二醛有较明显的积累,表明在低氮营养盐水平下抗氧化酶的作用可能受到限制。在高氮营养盐水平(10 mg/L)时,藻体超氧阴离子含量较低,且丙二醛无明显积累,3种抗氧化酶活性在高氮环境时均明显升高,表明高氮环境时藻体的抗氧化酶系统发挥作用,清除积累的活性氧。高氮和低氮营养盐胁迫对极北海带幼苗的抗氧化酶系统的影响不同。(3)在高氮和低氮环境时,类胡萝卜素和叶绿素a含量均低于适宜的氮含量条件时的含量,表明类胡萝卜素和叶绿素a对氮胁迫无明显响应。本试验结果可为极北海带苗种生产及人工养殖提供理论参考。