東海原甲藻的光周期效應(yīng)研究

1、東海原甲藻的光周期效應(yīng)研究孫歲寒，段舜山*暨南大學(xué)水生生物研究所，廣東 廣州 510632摘要：以東海原甲藻Prorocentrum donghaiense Lu為試驗材料，設(shè)置了短光周期（A）和長光周期（B）兩組試驗：A組分光周期1、2、4、6、8、10和12 h 7個處理，B組分光周期12、14、16、18、20、22和23 h 7個處理，測定了東海原甲藻的細胞密度、葉綠素a含量、蛋白質(zhì)含量、生物量和可溶性糖等指標(biāo)。結(jié)果表明，在13個不同的光周期處理中，隨著光周期的不斷延長，東海原甲藻的細胞密度等一系列指標(biāo)值均不斷上升，各指標(biāo)和光周期的長度呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。結(jié)果表明東海原甲藻是一種喜長光照

2、的赤潮藻類。關(guān)鍵詞：東海原甲藻；光周期；葉綠素-a；蛋白質(zhì)；生物量；可溶性糖中圖分類號：Q949.210 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-2175（2006）03-0461-04東海原甲藻Prorocentrum donghaiense Lu是甲藻門Pyrrophyceae、原甲藻目Prorocentrales、原甲藻科Prorocentraceae、原甲藻屬Prorocentrum的單細胞赤潮藻種。細胞呈不對稱梨形，長1522 m，寬914 m，營單細胞生活，有時形成24個細胞的短鏈1。在20002004年連續(xù)幾年的5月份，我國的長江口和舟山群島海域爆發(fā)了大規(guī)模的東海原甲藻赤潮，覆蓋海域

3、面積達到30007000 km2，最大細胞密度達3.6×108 個L-1。該赤潮不僅使海洋生態(tài)環(huán)境受到嚴重威脅,而且對海洋漁業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)品安全造成了損失，引起了海洋生態(tài)環(huán)境學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注1-3。但是, 目前關(guān)于東海原甲藻光周期效應(yīng)的研究工作尚未見報道。開展東海原甲藻在不同光周期條件下的生理生態(tài)反應(yīng)研究，探討東海原甲藻適宜生長的光周期范圍, 不僅在理論上能夠揭示東海原甲藻的生長發(fā)育與光周期因子之間的關(guān)系規(guī)律，而且在實踐中可望為有效預(yù)測和預(yù)防東海原甲藻赤潮的發(fā)生提供參考資料。1 材料和方法1.1 藻種來源和培養(yǎng)條件試驗藻種東海原甲藻來自暨南大學(xué)水生生物研究所藻種室。采用f/2培養(yǎng)基在L

4、RH-400-G型培養(yǎng)箱中靜置擴養(yǎng)至對數(shù)生長期。每個處理均取對數(shù)生長期的藻液接入1000 mL錐形瓶的600 mL培養(yǎng)液中，培養(yǎng)溫度為（20±1），光照強度100110 mol·-2·s-1, 鹽度為35±1, pH 為7.07.4。1.2 試驗設(shè)計分別設(shè)置了短光周期（A）和長光周期（B）兩組光周期調(diào)控試驗，A組分1、2、4、6、8、10和12 h 7種處理；B組分12、14、16、18、20、22和23 h 7種處理。采用鋁箔包裹錐形瓶的遮光方法，每一處理設(shè)3個重復(fù)，從接種日開始培養(yǎng)觀測14 d，每隔48 h取樣1次，分別測定細胞密度、葉綠素a含量，蛋

5、白質(zhì)含量和生物量等指標(biāo)。1.3 測定方法（1）細胞密度：細胞密度的測定采用血球板細胞計數(shù)法。（2）葉綠素a的測定：采用國家海洋局海洋監(jiān)測規(guī)范所推薦的分光光度法4。（3）蛋白質(zhì)的測定：采用張志良等5植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)中的紫外吸收法測定。（4）生物量的測定：取40 mL藻液，離心收集藻細胞，經(jīng)過恒溫干燥箱100 烘干至恒質(zhì)量，用電子天平稱出藻細胞的干質(zhì)量作為藻細胞的生物量6。（5）可溶性糖：采用張志良等5植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)中的蒽酮比色法測定。2 結(jié)果與分析2.1 細胞密度從短光周期組（圖1A）和長光周期（圖2A）的結(jié)果來看，東海原甲藻細胞的生長表現(xiàn)出良好的規(guī)律性，隨著光周期的延長，藻細胞數(shù)量逐漸上

6、升。這一趨勢在短光周期組中表現(xiàn)的更為明顯，除光周期1 h和2 h處理組的藻細胞幾乎不生長外，各光周期處理的生長曲線間表現(xiàn)出顯著的差異，在短光周期組中，在整個培養(yǎng)期間，每次取樣測量都得到細胞數(shù)目和光照時間正相關(guān)的結(jié)果，在這組中，12 h光周期處理組的細胞密度在整個培養(yǎng)期間都保持了最高值。 圖1 不同光周期處理下的生長曲線.（A）光周期少于12 h；（B）光周期長于12 hFig. 1 Growth curves of P.donghaiense under different treatments of photoperiod. (A) photoperiod 12 h ；(B) photope

7、riod 12 h在長光周期組中，除22 h和23 h兩處理組外，其他各處理組在第08 天內(nèi)的細胞密度值很接近，從第8天以后，細胞密度隨光照時間延長而出現(xiàn)相互差異。而光周期最長的23 h和22 h處理組則幾乎一直保持了本組的最高和次高細胞密度值，在第14天時分別達到137.3×103 個·mL-1和134.4×103 個·mL-1。2.2 葉綠素-a 圖2 不同光周期處理下的葉綠素a質(zhì)量濃度. （A）光周期少于12 h;（B）光周期長于12 hFig. 2 Chlorophyll-a content of P.donghaiense under diff

8、erent treatments of photoperiod; (A) photoperiod 12 h (B) photoperiod 12 h各處理的葉綠素a質(zhì)量濃度的變化趨勢與細胞密度的變化很相近（圖2A），各處理的葉綠素-a質(zhì)量濃度變化也隨著光周期的延長而不斷上升。在短光周期組中，除1 h和2 h處理組外，從培養(yǎng)期第2天開始，各光周期處理組的葉綠素-a質(zhì)量濃度開始，各變化曲線間出現(xiàn)顯著差異，整個培養(yǎng)期內(nèi)，光周期12 h處理組始終保持了最高值，在第14天時候達到74.5 µg·L-1。光周期 1 h和2 h處理組的葉綠素-a質(zhì)量濃度一直處于很低的水平，而且質(zhì)量濃度值

9、在整個培養(yǎng)期間幾乎無變化，在第14天時只有7.2 µg·L-1和10.17 µg·L-1。在長光周期組中（圖2B），同樣表現(xiàn)出類似的變化趨勢。23 h處理組的葉綠素-a質(zhì)量濃度在整個培養(yǎng)期內(nèi)保持了最高值，在第14天達到113.4 µg·L-1。12 h處理組的葉綠素-a質(zhì)量濃度在培養(yǎng)期間一直處于最低值，在第14天時候占23 h處理組葉綠素-a質(zhì)量濃度的65.7%。2.3 蛋白質(zhì)在短光周期組中（圖3A），12 h處理組的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度在培養(yǎng)期間均保持最高值，在第14天達到49.26 mgL-1，其他從高到低依次為10、8、6、4、2和1

10、 h，在第14天時的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度 mgL-1，分別相當(dāng)于最高值的90.74%、68%、48.64%、27.75%、4.73%和1.36%。 圖3 不同光周期處理下的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度.（A）光周期少于12 h;（B）光周期長于12 hFig. 3 Content of protein of P.donghaiense under different treatments of photoperiod. (A) photoperiod 12 h; (B) photoperiod 12 h圖5 不同光周期的可溶性糖質(zhì)量濃度Fig. 5 Dissolved carbohydrate of P.dong

11、haiense under different treatments of photoperiod在長光周期組中（圖3B），蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度值隨光周期延長而變化的幅度比較窄，從低到高的處理組依次為12、14、16、18、20，22和23 h，在第14天時最高值是23 h處理組，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度達到84.48 mgL-1 mgL-1，各相當(dāng)于是最高值的58.31%、61.67%、69.44%，77.18%和90.67%。2.4 生物量和可溶性糖光周期的變化對東海原甲藻生物量積累有明顯的影響，從圖4可見，隨著光周期的延長，生物量呈現(xiàn)上升的趨勢，1 h和2 h處理組由于光照不足，生物量幾乎沒有積累，從4

12、 h處理組到8 h處理組，藻細胞的生物量積累隨光周期延長迅速增加，從8 h處理組開始，生物量隨光周期延長而增加的幅度變緩。光周期最長的22 h和23 h處理組的生物量最大，13個處理中只有這兩個處理組的生物量超過了5 mgL-1，為13個處理組中的次高和最高組。圖4 不同光周期的的生物量Fig. 4 Biomass of P.donghaiense under differenttreatments of photoperiod從1 h處理組開始到6 h處理組，東海原甲藻細胞的可溶性糖質(zhì)量濃度從1.23 µgmL-1迅速上升到3.8 µgmL-1（圖5），從8 h處理組開始

13、，可溶性糖質(zhì)量濃度值隨光周期延長而增加的幅度變緩，13個處理組中只有22 h和23 h的可溶性糖質(zhì)量濃度超過了6 µgmL-1，為13個處理組中的次高和最高組。3 結(jié)論 (1) 東海原甲藻對光周期變化的反應(yīng)敏感。在本實驗14 d的培養(yǎng)期間, 13個光周期（123 h）處理的細胞密度、葉綠素a和蛋白質(zhì)含量等指標(biāo)均隨著光周期的延長而增加, 如培養(yǎng)第14 d的細胞密度,光周期1h處理的為4.2×103 個·mL-1, 光周期23 h處理的則達到1.4×105 個·mL-1, 前者只相當(dāng)于后者的3%。(2) 東海原甲藻對光周期處理的適應(yīng)程度不同。在本實

14、驗的13個光周期變量中，對東海原甲藻的生長表現(xiàn)出了不適、亞適和最適的三個區(qū)間。光周期在6 h以下為不適區(qū)間，818 h為亞適區(qū)間，20 h以上為最適區(qū)間。（3）根據(jù)東海原甲藻適宜于長光周期環(huán)境的特點，可以推測，在日照時間長、持續(xù)光照的條件下，東海原甲藻容易迅速大量繁殖，形成赤潮。因此，在具有強光照和長光周期條件的海域，應(yīng)當(dāng)注意預(yù)防東海原甲藻赤潮的發(fā)生。參考文獻：1 陸斗定, 齊雨藻, JEANETT GOEBEL, 等. 東海原甲藻修訂及相關(guān)原甲藻的分類學(xué)比較J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2003, 14(7): 1060-1064.LU Douding, QI Yuzao, JEANETT GOEB

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16、 dentatum and the cause of harmful algal bloom formation in China SeaJ. Chinses Journal of Applied Ecology, 2002, 14(7): 1065-1069.3 葉屬峰, 紀煥紅, 曹戀, 等. 長江口海域赤潮成因及其防治對策J.海洋科學(xué), 2004, 28(5): 26-32.YE Shufeng, JI Huanhong, CAO Lian, et al. Red tides in the Yangtze River Estuary and Adjacent sea areas: cau

17、ses and mitigationJ. Marine Sciences, 2004, 28(5): 26-32.4 國家海洋局. 海洋監(jiān)測規(guī)范M. 北京: 海洋出版社, 1991.State Oceanic Administration Peoples Republic of China. Criterion of Marine MonitoringM. Beijing: Ocean Press, 1991. 5 張志良, 瞿偉菁. 植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)M. 北京: 高等教育出版社, 2003. ZHANG Zhiliang, ZHAI Weijing. Experimental Direct

18、ion of Botanic PhysiologyM. Beijing: Higher Education Press, 2003.6 趙素芬. 植物生長調(diào)節(jié)劑對綠色巴夫藻生長的影響J. 湛江海洋大學(xué)學(xué)報, 1999, 19(4): 21-25.ZHAO Sufen. The fluence of plant growth regulators on the growth of Pavlova viridisJ. Journal of Zhanjiang Ocean University, 1999, 19(4): 21-25.Effect of photoperiod on marine m

19、icroalgae Prorocentrum donghaienseSUN Suihan, DUAN Shunshan*Institute of Hydrobiology, Jinan University, Guangzhou 510632, ChinaAbstract: Microalgae Prorocentrum donghaiense was used as experimental material. There were 2 groups (A and B) experiments by the length of different photoperiod. Group A included 7 treatments of photoperiod designed not longer than 12 h (1 h, 2 h, 4 h, 6 h, 8 h, 10 h and 12 h). Group B also included 7 treatments of photoperiod designed not less than