不同氮磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响

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第25卷第2期天津科技大学学报Vol.25No.22010年4月JournalofTianjinUniversityofScience&TechnologyApr.2010不同氮磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响曹春晖，刘文岭，施定基，张霁(天津市海洋资源与化学重点实验室，天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457)摘要：采用f/2培养基，NaNO3和NaH2PO4分别为氮源和磷源，分别研究了不同浓度的氮磷源(NaNO3：30、60、150、750、1275、3000mg/L，NaH2PO4：4.4、8.8、22、44、88、176mg/L)对米氏凯伦藻(KareniamikimotoiMACC/,D23)生长的影响．单因子方差分析结果表明，不同的氮、磷浓度对其相对生长率的影响均有显著性差异(P＜0.05)．多重比较结果表明：750mg/LNaNO3浓度组的相对生长率显著高于其他浓度组，22,mg/LNaH2PO4浓度组的相对生长率显著高于其他浓度组，88,mg/L和176mg/LNaH2PO4浓度组之间没有显著性差异．其最高细胞密度和相对生长率在NaNO3质量浓度6–1为30～750,mg/L时，随氮浓度的升高而升高，均在NaNO3质量浓度为750,mg/L时达到最大值，分别为4.60×10,mL–1和0.608,d，而当NaNO3质量浓度大于750,mg/L时，最高细胞密度和相对生长率随氮浓度的进一步升高而降低．当NaH2PO4质量浓度在4.4～8.8,mg/L之间，最高细胞密度随磷浓度升高而升高，在8.8,mg/L时达到最大值，为6–12.69×10,mL；当NaH2PO4质量浓度在4.4～22,mg/L之间，相对生长率随磷浓度的升高而升高，在22,mg/L时达到最–1大值，为0.568,d,，之后随磷浓度的进一步升高而降低．关键词：氮浓度；磷浓度；米氏凯伦藻；生长中图分类号：Q949.21文献标志码：A文章编号：1672-6510(2010)02-0022-04EffectsofNitrateandPhosphateConcentrationontheGrowthofRedTideSpeciesKareniamikimotoiCAOChun-hui，LIUWen-ling，SHIDing-ji，ZHANGJi(TianjinKeyLaboratoryofMarineResourcesandChemistry，CollegeofMarineScienceandEngineering，TianjinUniversityofScience&Technology，Tianjin300457，China)Abstract：ThecelldensityandrelativegrowthrateofKareniamikimotoiMACC/D23，cultivatedinf/2mediumunderdif-ferentconcentrationofNaNO3(30，60，150，750，1275and3000mg/L)andNaH2PO4(4.4，8.8，22，44，88and176,mg/L)wereexamined.One-wayanalysisofvarianceshowsthatdifferentconcentrationofNaNO3andNaH2PO4hadsignificanteffectsontherelativegrowthrateofK.mikimotoi(P＜0.05).MultiplecomparisontestsshowthattheoptimalNaNO3andNaH2PO4concentrationinculturemediumofK.mikimotoiundertheexperimentalconditionsis750,mg/Land22,mg/Lrespectively.ThehighestcelldensityandrelativegrowthrateincreasewithNaNO3concentrationat30～6–1–1750,mg/L，thendecreaseat750～3,000,mg/L，thehighestvalueare4.60×10mLand0.608,drespectively.ThehighestcelldensityincreasewithNaH2PO4concentrationat4.4～8.8mg/L，thendecreasewithphosphateconcentration，thehigh-6–1estvalueis2.69×10mL.ThehighestrelativegrowthrateincreasewithNaH2PO4concentrationat4.4～22,mg/L，then–1decreasewithphosphateconcentration，thehighestvalueis,0.568,d.Keywords：nitrateconcentration；phosphateconcentration；Kareniamikimotoi；growth人类活动严重干扰着近海生态系统，导致有毒、机制有所不同，但富营养化及营养盐结构的改变，对有害甲藻赤潮数量逐年增加．不同种类赤潮发生的海洋生态系统中的群落演替及适应种的大量繁殖以收稿日期：2009–10–09；修回日期：2009–12–07基金项目：天津市应用基础研究重点项目(09JCZDJC25400)作者简介：曹春晖（1971—），女，山东人，副教授，博士生，caochunhui@tust.edu.cn. 2010年4月曹春晖，等：不同氮磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响·23·6–1致爆发赤潮起着关键性的作用．其中氮、磷是海洋浮到最大值，最高细胞密度为4.60×10,mL，相对生长–1游植物生长的限制因子，它们构成植物细胞的蛋白质率为0.608,d．之后,NaNO3质量浓度在750～3,000分子，参与生物的新陈代谢，因此丰富的氮、磷营养盐mg/L之间，随着NaNO3浓度的进一步升高，米氏凯[1–2]是造成赤潮的物质基础．米氏凯伦藻分布广泛，伦藻的生长受到高氮浓度的抑制，最高细胞密度和相是常见的赤潮甲藻，能分泌溶血性毒素和鱼毒素，有对生长率逐渐降低．单因素方差分析结果表明，溶解鱼类鳃组织细胞的作用，近年来已经在世界各国NaNO3浓度对米氏凯伦藻的相对生长率有显著影响沿海及我国南海、渤海等海域引发过赤潮灾害，造成(P＜0.05)．多重比较结果表明，750,mg/L,NaNO3浓[3–4]了严重的渔业经济损失．研究米氏凯伦藻的营养度组的相对生长率显著高于其他浓度组．生理，掌握其形成赤潮的规律，对于减少水产养殖业表1不同氮浓度下米氏凯伦藻的相对生长率和最高细胞[5]损失，保护海洋生态环境，有着重要的实际意义．密度本文研究了米氏凯伦藻在不同氮、磷浓度条件下Tab.1RelativegrowthandhighestcelldensityofK.miki-的生长情况，以期为渤海赤潮的爆发机制研究提供理motoiunderdifferentNconcentrationsNaNO3质量浓度/最高细胞密度/相对生长率/论基础，并对赤潮的预报和防治提供科学依据．–14–1–1(mg·L)(10mL)df302380.324±0.03e601860.334±0.031材料与方法c1502910.396±0.04a7504600.608±0.02b1.1藻种12753540.479±0.03d实验所用微藻藻种取自中国海洋大学微藻种质30003650.345±0.01库(MACC)：Kareniamikimotoi米氏凯伦藻MACC/注：同一列数据的不同上标字母(a，b，c，d，e和f)表示有显著性差异(P＜0.05)．D231.2培养条件对实验藻株作了不同氮浓度(NaNO3：30、60、150、750、1275、3,000,mg/L)和磷浓度(NaH2PO4：4.4、8.8、22、44、88、176,mg/L)的培养实验．每个浓度2个平行组．其中海水经沉淀后用脱脂棉过滤，煮沸消毒．其他营养盐采用f/2培养基，盐度28‰．培养用250,mL三角瓶，在光照培养箱中进行培养，温度(22±1)℃，光照强度50,µmol/(m2·s)．每天手动摇动图1不同氮浓度下米氏凯伦藻的生长曲线2～3次，并随机调换位置，用血球计数板计数细胞Fig.1GrowthofK.mikimotoiatdifferentNaNO3levels浓度．1.3相对生长率的计算[6]由图1可以看出，米氏凯伦藻在低NaNO3浓度相对生长率＝(lnN2－lnN1)/(t2－t1)(30、60,mg/L)时，在生长周期的第5,d达到最高细胞式中：t1、t2为培养时间；N1和N2分别为培养t1和t2时密度，随后(第6,d)细胞密度快速下降，表明此时培养间的细胞密度．液中的NaNO3被迅速耗尽，提前进入衰亡期．在中1.4数据处理NaNO3浓度(750,mg/L)时，细胞快速生长繁殖，第2,d用SPSS13.0软件分别进行单因素方差分析和即进入指数生长期，在第5,d达到细胞密度的最大多重比较．P＜0.05表示有显著性差异．值，之后进入稳定期，在第6,d和第7,d仍然能够维持较高的细胞密度．其他NaNO3浓度(150、1,275、2结果3,000,mg/L)，米氏凯伦藻在生长周期的第6,d结束指数生长期，随后(第7,d)细胞密度开始下降．2.1不同氮浓度对米氏凯伦藻生长的影响2.2不同磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响不同氮浓度对米氏凯伦藻生长的影响见表1和不同磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响见表2和图1．由表1可以看出：米氏凯伦藻的最高细胞密度图2．由表2可以看出：米氏凯伦藻的最高细胞密度和相对生长率在NaNO3质量浓度为30～750,mg/L在NaH2PO4质量浓度为4.4～8.8,mg/L时，随之间随NaNO3浓度的升高而升高，在750,mg/L时达NaH2PO4浓度的升高而升高，在8.8,mg/L时达到最 ·24·天津科技大学学报第25卷第2期6–1大值，为2.69×10,mL；NaH2PO4质量浓度在8.8～22,mg/L时变化不大，但是随着NaH2PO4浓度的进一3讨论步升高，最高细胞密度有所下降．相对生长率在氮和磷是藻类生长所必需的主要元素．氮在细NaH2PO4质量浓度为4.4～22,mg/L时，随NaH2PO4浓胞代谢中是形成氨基酸、嘌呤、氨基糖和胺类化合物度的升高而升高，在22,mg/L时达到最大值，为[7]–1的基本元素，磷直接参与光合作用的各个环节，包0.568,d，但随着NaH2PO4浓度的进一步升高，米氏括光能吸收与同化、卡尔文循环以及对一些酶的活性凯伦藻的相对生长率呈明显降低趋势．单因素方差起调节作用等．有研究表明，氮、磷浓度能够影响赤分析结果表明，NaH2PO4浓度对米氏凯伦藻的相对生[2,8–15][10–11]潮藻类的生长．石岩峻等分别研究了氮和长率有显著影响(P＜0.05)．多重比较结果表明，磷对微小原甲藻(Prorocentrumminimum)和塔玛亚历22,mg/LNaH2PO4浓度组的相对生长率显著高于其他山大藻(Alexandriumtamarense)生长的影响．结果表浓度组，88,mg/L和176,mg/L,NaH2PO4浓度组之间没明，低氮(0.088,2,mmol/LNaNO3)条件下，微小原甲有显著性差异．藻具有最高的比生长速率，而中氮(0.882mmol/L表2不同磷浓度下米氏凯伦藻的相对生长率和最高细胞NaNO3)条件下具有最大的细胞密度，最大细胞密度密度和比生长速率随着培养基中磷浓度的升高而增加，在Tab.2RelativegrowthandhighestcelldensityofK.miki-高磷(0.108,mmol/LKH2PO4)条件下达到最大值；塔motoiunderdifferentPconcentrations玛亚历山大藻则在中氮(0.882,mmol/L)及高磷NaH2PO4质量浓度/最高细胞密度/相对生长率/(mg·L–1)(104mL–1)d–1(0.108,mmol/L)条件下具有最大生物量，中磷c4.42210.402±0.07(0.036,mmol/L)条件下具有最大的比生长速率．王正8.82690.456±0.06b[12]方等的实验结果则表明硝酸盐浓度在40～a222590.568±0.00300,µmol/L能较好地维持海洋原甲藻(Prorocentrumd441970.347±0.04micansEhrenb)的增殖，磷比氮更能限制海洋原甲藻e881670.272±0.05[13]-的增殖．江艳等的实验结果表明，NO3-N质量浓e1761380.274±0.05度为3.75～75,mg/L时，赤潮异弯藻(Heterosigma注：同一列数据的不同上标字母(a，b，c，d和e)表示有显著性差异akashiwo)的比生长速率与氮浓度成正比关系，PO--P(P＜0.05)．4质量浓度为0～1.0mg/L时，赤潮异弯藻的比生长速率与磷浓度成正比关系．本文的实验结果与上述研究结果相符，表明不同的氮磷浓度对米氏凯伦藻的生长均有显著影响，在低–中浓度范围内，其最高细胞密度和相对生长率与氮磷浓度成正比，并在中等氮浓度和磷浓度下达到最大值．低氮磷条件下，米氏凯伦藻较早地结束指数生长期到达稳定期是由于最初的氮或磷限制促进了藻细胞的分裂，因而低氮磷条件下的米氏凯伦藻最先进图2不同磷浓度下米氏凯伦藻的生长曲线入指数生长期，并迅速耗尽了培养液中低浓度的氮磷Fig.2GrowthofK.mikimotoiatdifferentNaH2PO4levels营养盐，比其他浓度组更早地达到了最高细胞密度，由图2可以看出：米氏凯伦藻在NaH2PO4浓度进入稳定期．米氏凯伦藻在高氮磷条件下，细胞密度为4.4、8.8、22,mg/L时，在生长周期的第4,d结束指和生长率降低的原因可能是由于过高的氮或磷浓度数生长期而进入稳定期，第5,d时细胞密度达到最大导致了植物细胞的单盐毒害，抑制了藻细胞的分裂，值，第6d时细胞密度开始下降；NaH2PO4浓度为44、藻细胞在经过很长时间生长后才进入对数期，而此时88、176,mg/L时，在生长周期的第5,d结束指数生长氮磷浓度才相对降低，但最终还是使得高氮磷条件下期而进入稳定期，第6,d细胞密度达到最大值，第7,d稳定期细胞密度及生长率低于中氮磷条件．细胞密度开始下降，其中高磷浓度组(176,mg/L)细胞过低或过高的氮磷浓度条件下，其细胞密度和生密度下降最快．长率降低的另一个可能原因是此时氮磷比例的失调， 2010年4月曹春晖，等：不同氮磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响·25·[14]Redfield提出海水中平均氮磷比是15﹕1，浮游植参考文献：物生长时氮和磷以此比例被消耗，目前则认为浮游植[15]物生长的最适氮磷比为16﹕1．不同的浮游植物种［1］康燕玉，梁君荣，高亚辉，等.氮、磷比对两种赤潮藻生类在其生长过程中，对营养盐的需求不同，因此其生长特性的影响及藻间竞争作用[J].海洋学报，2006，理适宜的氮磷比范围也不同，对营养盐的不同需求28(5)：117-122.反映了各种浮游植物之间的共存和竞争，维持了海洋［2］王金花，唐洪杰，王修林，等.氮、磷营养盐对东海原甲生态系统中生物多样性的基础．吕颂辉等[8]的研究结藻生长和硝酸还原酶活性的影响[J].应用与环境生物果表明，东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)适宜学报，2008，14(5)：620-623.[15]［3］张冬鹏，杨二俐，黄毅华.近年来深圳海域的赤潮及发的氮磷比范围在8﹕1到20﹕1之间，孙军等报道展趋势[J].中国环境监测，2002，18(5)：24-27.了米氏凯伦藻在氮磷比为80﹕1时相对生长率最大，［4］曹春晖，孙之南，王学魁，等.渤海天津海域的网采浮游而青岛大扁藻(Platymonashelgolandicavar.tsingta-植物群落结构与赤潮植物的初步研究[J].天津科技大oensis)则在氮磷比为4﹕1时相对生长率最大，并认学学报，2006，21(3)：34-37.为米氏凯伦藻属于有较强环境适应能力的K选择物［5］吕颂辉，黄凯旋.米氏凯伦藻在三种无机氮源的生长情种．本实验结果中，过高或过低的氮磷浓度导致的氮况[J].生态环境，2007，16(5)：1337-1341.磷比例失调显然不利于米氏凯伦藻的生长，说明不同［6］LobbanCS，ChapmanDJ，KremerBP.Experimental的氮磷浓度对米氏凯伦藻生长的影响同时也是不同Phycology：ALaboratoryManual[M].Cambridge：的氮磷比的影响；米氏凯伦藻在中等氮磷浓度条件下CambridgeUniversityPress，1988：16-22.可达到最高细胞密度和相对生长率，此时的氮磷比在［7］王修林，邓宁宁，祝陈坚，等.磷酸盐、硝酸盐组成对海15﹕1到276﹕1之间，表明米氏凯伦藻生理适宜的洋赤潮藻生长的影响[J].中国海洋大学学报，2004，氮磷比范围较大，有较强的环境适应能力．由于环境34(3)：453-460.会优先选择与之相适应的特征种，形成适者生存的群［8］吕颂辉，欧美珊.不同N源及N/P对东海原甲藻生长落，因此这也是米氏凯伦藻能够在适宜的环境条件的影响[J].海洋环境科学，2006，25(2)：33-36.下，从浮游植物种类之间的竞争中获胜，成为优势种［9］费岳军，蒋红.舟山朱家尖海域角毛藻赤潮与环境因子并快速增殖，最后爆发大规模赤潮的原因之一．关系的研究[J].海洋环境科学，2008，27(A01)：38-41.［10］石岩峻，胡晗华，马润宇，等.不同氮磷水平下微小原甲藻对营养盐的吸收及光合特性[J].过程工程学报，4结论2004，4(6)：554-560.［11］石岩峻，胡晗华，马润宇，等.塔玛亚历山大藻对氮和磷米氏凯伦藻的最高细胞密度和相对生长率在的吸收及其生长特性[J].应用生态学报，2003，14(7)：30～750,mg/L,NaNO3浓度间随氮浓度的升高而升1143-1146.高，在750～3,000,mg/L之间随氮浓度的升高而降［12］王正方，张庆，卢勇，等.氮、磷、维生素和微量金属对赤低．NaNO3浓度对米氏凯伦藻的相对生长率有显著潮生物海洋原甲藻的增殖效应[J].东海海洋，1996，影响(P＜0.05)，氮浓度对米氏凯伦藻相对生长率的14(3)：33-38.影响有显著性差异(P＜0.05)，并在750,mg/L时达到［13］江艳，甘旭华，唐欣昀，等.氮磷营养因子对赤潮异弯藻–1最大值0.608,d．米氏凯伦藻的最高细胞密度和相对生长的影响[J].应用生态学报，2006，17(3)：557-559.生长率分别在4.4～8.8,mg/L和4.4～22,mg/L［14］RedfieldAC.ThebiologicalcontrolofchemicalfactorsNaH2PO4浓度之间随磷浓度的升高而升高，之后随磷intheenvironment[J].AmSci，1958，46：205-222.浓度的进一步升高均有所下降．NaH2PO4浓度对米［15］孙军，刘东艳，陈宗涛，等.不同氮磷比率对青岛大扁氏凯伦藻相对生长率的影响有显著性差异(P＜藻、新月柱鞘藻和米氏凯伦藻生长影响及其生存策略–1研究[J].应用生态学报，2004，15(11)：2122-2126.0.05)，并在22,mg/L时达到最大值0.568,d．