汤苏生野外浒苔的围隔培养以及形态观察.docx

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汤苏生野外浒苔的围隔培养以及形态观察

野外浒苔的围隔培养以及形态观察

摘要:

在世界范围内的近海、海湾和河口内，由大型海洋绿藻爆发性增殖引发的“绿潮”已经成为普遍发生的生态现象之一。

近两年来，我国在黄海的中、北部海域也发生了浒苔（Ulvaprolifera）等大型绿藻异常增殖和聚集的绿潮现象，导致了一系列的环境问题和经济损失。

目前，由于绿潮藻爆发期野外开放海域的连续性生长模拟试验难度较大，通过对黄海爆发的大型绿藻（浒苔属）进行野外围隔培养试验,发现在浒苔暴发季节,浒苔和条浒苔藻体幼苗在25℃和140μmol·m-2·s−1的条件下有最大体长生长率，分别为78.9%d−1和82.1%d−1。

绿潮海藻浒苔生长成周期性变化，分为四个阶段：

急速增长期、缓慢增长期、平稳期、下降期。

其中在急速增长期最大日生长率达到80.5%。

在不同的的生长阶段又有丝状体、管状体、泡状体、褶皱体四种明显不同的形态。

关键词：

浒苔；围隔实验；形态观察

ThemesocosmofUlvaproliferaoutsideandmorphological

Abstract：

Macroalgalblooms（greentides）havealreadybeengeneralecologicalphoenomenonthroughoutinshore,gulfandestuaryoftheworld.Thegreentidesresultedbylargegreenalgae“Ulvaprolifera”hasalsooccurredinthecentralandnorthernpartofYellowSea.Theaccumulationofmacroaglgalhascausedseriouseconomicandecologicalproblems.Bynow,experimentaboutthegreentidesontheoutsidethelabwasn’tpopularastheindoorexperimentbecauseoftheconditionintheoutside.TheexperimentwecarriedintheyellowseaaboutUlvaproliferashowtherefact:

TheresultsshowedthatthegrowthrateofbodyweightofU.proliferaandU.clathratamaturethulliwere17.30%d–1and16.82%d–1thegrowthofUlvaproliferacanbedividedinto4steps,fastedgrowingphase,slowinggrowingphase,stablephaseanddecreasedphase.Onthefastedgrowingphase,thegrowingratecanreachtothetop,whichis80.5%.whiletherewere4differentformofalgeaconditionaswell,thatwerefilamentshape,tubulouseshape,bulliform,drapedshape.

Keywords：

Ulva.prolifera；Mesocosm；Morphological

前言

2007年以来，浒苔属植物大规模生长和漂浮引起的绿潮灾在我国爆发。

2007年7月初黄海中、北部海域首次出现了绿潮；2008年6月青岛附近海域的绿潮爆发更是严重威胁到青岛奥帆赛的举行[1]。

而早在上个世纪八十年代，绿潮灾害就已经在包括美洲在内的37个国家相继爆发过。

绿潮灾害的爆发已经成为一个世界性的生态问题，该灾害的主角绿潮藻类也相应的引起了人们关注的焦点。

调查显示我国的绿潮藻类以浒苔属为主。

浒苔属（Enteromorpha），属于绿藻门（Chlorophyta），石莼纲（Ulvales），石莼科（Ulvaceae）。

我国的主要浒苔种类有：

浒苔（E.prolifera（Muell）J.Ag.）、条浒苔（E.clathrata（Roth）Grev）、扁浒苔（E.compressa（L.）Grev）、肠浒苔（E.intestinalis（Linn.）Link）、管浒苔（E.tubulosaKutz）、缘管浒苔（E.linza（L.）J.Ag.）等[2]。

大型海藻室内研究具有经济、方便、高效的特点，因此倍受研究人员青睐。

但是由于自然环境复杂多变，光照强度、温度、盐度等环境因子变化通常具有周期性、季节性、突变性等特点，因此大型海藻的室内试验远不能真正反应自然条件下的实际生长特征。

特别是绿潮这种大规模生态事件，通常还要受到气候、水文等因素的影响，是难以在室内模拟实现的。

目前，由于绿潮藻爆发期野外开放海域的连续性生长模拟试验难度较大，类似试验鲜有报道。

本实验克服多种困难，在离岸数十公里的开放海域对绿潮藻生长成功进行了长期试验，期望能为理解绿潮藻野外生长周期、绿潮爆发过程等方面提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料来源及预培养

1.1.1野外浒苔围隔培养的材料

浒苔（U.prolifera）于2009年4月采自江苏如东近海。

选择健康藻体，清洗藻体并去除表面附着物，将藻体培养于加入VES培养液的1-5L三角烧瓶中，在光照培养箱控制的环境条件下进行2周预培养，每隔3d添加1次培养液，每6d换一次消毒海水。

预培养期的的温度、盐度、光照强度、光周期分别为：

25±0.5°C、26‰、60μmol•m-2•s−1、12L：

12D，连续充气培养[3]。

1.1.2浒苔形态观察的材料

观察藻体采集于江苏如东长沙北渔黄海大桥附近海域（32°43′N；121°55′E），采集后置于培养皿中暂养带回基地备用。

当时该海域的盐度为29.21‰，水温25.7℃，无机氮240.3μg/dm3，水质为Ⅱ类水。

1.2实验方案

将浒苔（U.prolifera）放入面积为3×3=9m2的网箱中，每三天收获一次，甩干，称重，再将其放回网箱。

实验持续30天，共计收获10次。

同时记录水温，光强、营养盐等环境条件。

1.3测定和计算方法

海藻成熟藻体体重生长率：

（1）[4]

式中，RGR为相对生长率（%），B0为藻体初始湿重（g），Bt为第t天湿重（g）和，t为实验天数。

1.4数据分析

应用SPSS软件（v.13.0SPSSInc.）对数据进行统计分析。

海藻生长率等参数应用“one-wayANOVA（posthocScheffétest）”的方法进行多重比较，以P<0.05作为差异显著性水平，所得数据均以平均值±标准差表示。

2实验结果

a

b

c

d

图2-1环境因子（记录数据为平均值）

Fig2-1Evironmentalfactors

图2-22009年4月24日至2009年9月24日护坡3个样框浒苔生物量变化

Fig2-2FromApril24，2009toSept24，2009thechangeofU.proliferafromslops

图2-32009年6月围隔实验3个样框浒苔生物量变化

Fig2-3June,2009Biomass`schangesofthreeslops

图2-42009年8月下旬围隔实验3个样框浒苔生物量变化

Fig2-4Biomass`schangesofthreeslopsinlaterAugest

图2-5　2009年9月中下旬围隔实验3个样框浒苔生物量变化

Fig2-5Biomass`schangesofthreeslopsinlateSeptember

褶皱体

泡状体

丝状体

管状体

图2-6　绿潮藻野外生长周期

Fig.2-6GrowperiodeofU.prolifera

丝状体管状体

褶皱体泡状体

图2-7绿潮藻形态变化

Fig.2-7MorphologicalchangesofU.proliferaduringgrowthperiod

图2-8褶皱体附生的新鲜丝状体

Fig.2-8FreshfilamentofU.proliferaattachedonthefold-wedgeofU.prolifera

图2-9浒苔生长的围隔实验

Fig.2-9GrowthexperimentofU.proliferaintheenclosure

图2-10褪去颜色的褶皱体和未褪去颜色的褶皱体

Fig.2-10Discoloredfold-wedgeofU.proliferaandnone

3数据分析

3.1环境因子

如图2-1（a、b、c、d），实验期间海水中DIN大部分时间处于Ⅳ类水，6月下旬水质有所改善，DIN浓度达到240.3μmol•L-1，PO4-P一直处于Ⅰ类水的水平，最低浓度为3.0μmol•L-1。

显然实验期间，水中有足够的营养盐满足绿潮藻生长的需要。

此外，盐度一直在27-30μg/dm3的较小范围内波动，因此也不会对绿潮藻的生长周期产生直接的影响。

而实验期间温度却有显著的变化，迅速的从21.1℃升高到26.2℃，绿潮藻生长周期的变化幅度逐渐加大，生长速度迅速提高，在生长曲线上形成陡峭的坡度，温度对于绿潮藻的生长影响显著。

3.2护坡浒苔生物量变化情况

2009年4月24日至2009年9月24日内，护坡上3个样框中附着浒苔的生物量呈总体下降趋势（图表2-2）。

4月24日至6月24日，浒苔生物量基本稳定，有轻微的下降趋势；6月24至7月24日间浒苔生物量急剧下降；7月24日至9月24两个月间生物量有一定数量的回升。

这可能是由于季节性的气温变化引起的，据报道浒苔对温度的最适范围为20℃-25℃，最佳值为25℃；浒苔孢子放散温度的最适范围20℃-35℃，最佳值为35℃,何培民[5]在另外的研究中也有类似的结果。

对应图表2-1（a）可以发现，浒苔生物量开始明显下降的时期，基本与气温超过浒苔最适生长温度的日期对应。

而7月后前期浒苔成熟，在高温条件下放散的孢子萌发，产生了的新一代藻体，这可能是导致这一时期生物量有一定增长的原因。

不过，一些学者提出由于气温对藻体生长的限制作用，生物量总体上无法与前期相比[6]。

3.3围隔内浒苔生物量变化

依据图2-4第一期实验浒苔相对生长率：

网框一为500%，网框二为233.3%，网框三为450%。

平均生长率为394.4%。

与6月份的钟形曲线不同，8、9两个月份的生物量均呈现下降趋势，且都在半个月左右时间内全部死亡。

8月份投样浒苔保持稳定生物量的时间为3天，9月份为6天，对应即时的温度变化可以发现，高温是导致浒苔藻体死亡的一个主要原因，最适范围之外，温度越高，藻体存活时间越短。

根据数据不难发现，浒苔最适宜温度是20-25℃。

从图2-1（a）可以看出，浒苔从6月15日岛6月14日快速增长的过程中水温正好是23-24℃。

第二期浒苔生长实验期间，表层水温高达28.31℃，虽然后期水温有所下降，但是浒苔投放当日气温有29℃，藻体死亡，导致质量直线下降。

第三期浒苔生长实验虽然如东海域表层水温有所降低，已经回复到浒苔最适宜生长的温度，但是实验数据表示，前六天浒苔质量基本没变化，之后质量依旧直线下降。

根据徐兆礼、叶属峰等[10]在《中国浒苔灾害成因条件和过程推测》中的阐述，大抵可以得到解释。

5月份起，20-25℃等温线移动至东黄海，浒苔个体形成，良好的温、盐环境促成浒苔的大量生长。

而到了8月份，黄海表层流由南向北运动，遇到山东半岛阻挡，表层流和沿岸流交汇在山东半岛沿海形成隔流，流域所在水域正是浒苔在胶州湾外黄海大规模集结地[6-9]。

胶州湾地形呈带状，浒苔入湾后更易聚集，参考王晓坤、王建伟[11-12]早些的研究，这也许就是到了8、9月份青岛沿海浒苔大规模爆发的原因。

3.4浒苔的形态观察

如图2-6，实验观察到，绿潮海藻浒苔生长成周期性变化，分为四个阶段：

急速增长期（丝状体）、缓慢增长期（管状体）、平稳期（泡状体）、下降期（褶皱体）。

其中在急速增长期最大日生长率达到80.5%。

绿潮海藻浒苔开放海域围隔实验表明，绿潮藻在爆发季节，生长呈现四个周期：

急速增长期（丝状体）、缓慢增长期（管状体）、平稳期（泡状体）、下降期（褶皱体）。

其中在急速增长期最大日生长率达到80.5%。

这很好的解释了浒苔绿潮爆发速度之快。

而在不同的生长周期，浒苔具有明显不同的形态特征。

急速增长期，浒苔以丝状体形态出现，藻体浓绿鲜亮；缓慢增长期，丝状体腔体逐渐充气，变成滚圆的管状，在这一过程中保持缓慢的增长；平稳期，管状体基本停止生长，但继续充气，呈现泡状，腔体直径可达5-10毫米，藻体坚韧附有弹性，颜色渐成浅绿色；下降期，泡状体破裂，藻体管壁收缩褶皱，部分藻体颜色全部褪去，剩下白色的纤维骨架结构。

4讨论

黄海6月下旬水质，DIN浓度达到240.3μmol•L-1，PO4-P一直处于Ⅰ类水的水平，最低浓度为3.0μmol•L-1。

显然实验期间，水中有足够的营养盐满足绿潮藻生长的需要。

此外，盐度一直在27-30的较小范围内波动，因此也不会对绿潮藻的生长周期产生直接的影响。

而在纪焕红、徐韧等[13-14]的调查中,6月底和8月初南黄海表层水体南部海域（盐城和南通近岸）无机氮为三类和四类水质，而连云港一带水域基本为一类海水水质。

除南部海域（盐城和南通近岸）为活性磷酸盐二、三类水质外，其他海域水质基本为一类海水水质。

南黄海表层水体南部海域（长江口北部、盐城和南通近岸）无机氮为超四类、四类和三类水质，而连云港一带海域水质基本为一类海水水质；除南部海域（长江口北部、盐城和南通近岸）活性磷酸盐为超四类、四类和二、三类水质外，其他海域。

尤其是外海海域水质基本上为一类水质。

这跟本次实验的环境因子测试结果基本一致。

浒苔的暴发需要一定的温度[15],另外有学者指出，20-25℃等温线包括的海洋是浒苔快速成长的海域。

当温度处于20-25℃，只要营养盐和光照合适浒苔就能疯狂成长[16]。

绿潮海藻浒苔开放海域围隔实验表明，绿潮浒苔在爆发季节，生长呈现四个周期：

急速增长期（丝状体）、缓慢增长期（管状体）、平稳期（泡状体）、下降期（褶皱体）。

其中在急速增长期最大日生长率达到80.5%。

这很好的解释了绿潮爆发速度之快。

而在不同的生长周期，绿潮浒苔具有明显不同的形态特征。

急速增长期，浒苔以丝状体形态出现，藻体浓绿鲜亮；缓慢增长期，丝状体腔体逐渐充气，变成滚圆的管状，在这一过程中保持缓慢的增长；平稳期，管状体基本停止生长，但继续充气，呈现泡状，腔体直径可达5-10毫米，藻体坚韧附有弹性，颜色渐成浅绿色；下降期，泡状体破裂，藻体管壁收缩褶皱，部分藻体颜色全部褪去，剩下白色的纤维骨架结构，这可能与成熟藻体释放孢子有关。

有观点认为浒苔漂浮聚集绿潮现象的主要原因是由于光合作用过程中藻体释放氧气形成气泡，增加了藻体浮力。

但是石莼属中众多固着生长的种类同样会释放氧气形成气泡，并没有使它们具有漂浮生长的能力。

漂浮浒苔管状体和泡状体的藻体结构，说明了藻体生长到一定阶段，藻体细胞壁逐渐生长为空气无法通过的完全封闭结构，又因聚集生长的藻体通常同时有不同成长期的藻体构成，几乎不会出现无管状结构的幼苗或其他生长期藻体独自聚集成群的情况，因此，在整个绿潮爆发期间浒苔绿藻能够漂浮生长。

结论

通过在离岸数十公里的开放海域对绿潮藻生长成功进行的长期试验，为理解绿潮藻野外生长周期、绿潮爆发过程等方面得到了一些理论依据。

浒苔的大规模暴发需要适宜足够的营养盐，适宜的温度，一旦条件满足就能迅速泛滥成灾。

在短短的时间之内，浒苔的生长率可以达到500%甚至更高，而日生长率最大可以达到80.5%。

通过观察，藻体呈鲜绿色或暗绿色，株高为50cm左右，长达80cm，管状、中空，有明显的主干，分枝繁茂，细长，直径略小于主干。

镜检结果显示藻体有一层细胞构成，叶绿体充满整个细胞，细胞直径为20μm左右，细胞呈不规则的多边形，纵列或纵列不规则，叶状体分枝末节由单细胞组成，细胞多呈矩状，排列整齐。

浒苔的生长呈现出四个周期急速增长期、缓慢增长期、平稳期、下降期，在每个周期有个各自不同的形态：

丝状体、泡状体、管状体、褶皱体。

致谢

感谢上海海洋大学何培民教授在试验设计中给予的指导，感谢田千桃硕士、李晓云硕士在论文的写作中给予的帮助，感谢国家海洋局南通海洋站在实验过程中提供的帮助。

参考文献

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