2017年绿潮浒苔(Ulva prolifera)生理特征及孢子囊形成情况分析

近几年来在我国青岛海域连续暴发的浒苔绿潮造成了巨大的经济损失并且破坏了近海海洋生态系统平衡。因此,浒苔绿潮受到了越来越多的关注。本研究重点关注了绿潮暴发期间不同海域浒苔藻体生理特征和孢子囊形成情况。研究发现,不同海域里浒苔藻体生理特征差异显著,孢子囊比例显著不同,并且观察到漂浮浒苔的原位萌发。2017年5月中旬,我们在苏北浅滩紫菜养殖区域(33.78°N,121.29°E)对筏架绠绳上生长的绿藻,退潮后滩涂散落的绿藻和涨潮时海面上漂浮的绿藻进行为期5天的野外采集。另外,在2017年6月随科考船对浒苔暴发海域的浒苔样本进行采集。采集范围在(33.5°—36.5°N, 120°—124°E)。结果表明,从低纬度到高纬度,浒苔F_v/F_m(光系统Ⅱ最大光化学量子产量)值从0.65逐渐降低至0.3左右;YⅡ(光系统Ⅱ实时光化学量子产量)值也从最高0.5左右降低至最低0.1。此外,定生浒苔F_v/F_m值为0.6—0.8左右,明显高于漂浮浒苔; YⅡ值也有类似趋势。在孢子囊形成比例方面,定生浒苔约有5%藻体形成了孢子囊,而漂浮浒苔中孢子囊形成比例达到20%。数据表明,低纬度区域为浒苔来源地,浒苔生理活性良好,孢子囊形成比例低。随着浒苔往北漂移,其生理活性降低。并且,漂浮浒苔孢子囊形成比例显著性高于定生浒苔。本文认为,浒苔脱离来源区后,孢子囊的快速形成、成熟和孢子释放以及孢子的原位萌发是浒苔生物量激增的重要原因。     

绿潮生物学机制研究

绿潮发生机制极其复杂,但其核心机理是绿潮暴发时漂浮"藻席"中的浒苔快速形成巨大生物量,涉及浒苔生物学过程对环境的响应及其生理生化基础。为此,本文在已有研究报道的基础上,对浒苔生活史研究进行了充分的理论补遗;分析了漂浮"藻席"中浒苔生长与繁殖过程,认为该过程是绿潮生物量形成的关键;阐述了浒苔孢子囊形成是对富营养化背景下海水溶解无机氮(DIN)中硝态氮高占比的响应,认为一氧化氮分子可促进浒苔营养细胞向孢子囊的转化;解析了浒苔细胞对逆境因子的响应途径与机制。基于已有的研究成果,本文对浒苔引发绿潮的生物学过程进行了理论推定。人为或自然因素使固着浒苔处于漂浮状态,形成小规模"藻席";富营养化背景下海水DIN中硝态氮占比的升高赋予了浒苔巨大的繁殖潜能,漂浮过程溶解无机碳(DIC)"充裕"和"不足"两个阶段的交替以及食藻动物啃食产生的藻片段使孢子囊形成比例大幅提升;孢子原位萌发等使释放的孢子在"藻席"中获得了附着基,个体数目随之指数增长;结合漂浮浒苔的高生长速率,"藻席"规模不断扩大,短时间内形成巨大生物量。同时,本文还对今后的绿潮研究提出一些建议,认为啃食动物在浒苔生物量消长过程中发挥重要作用,在漂浮"藻席"系统中扮演着"生态引擎"的功能,同时系统阐明浒苔孢子的原位萌发等现象的生物学机理应该是未来绿潮的重要研究内容。     

浒苔对NH+4-N与NO-3-N吸收的相互作用

在国内首次研究了大型海洋绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)对NH4+-N与NO 3--N两种氮源的选择吸收作用。结果表明:当两种氮源等浓度比例存在时,随着NH4+-N与NO3--N浓度升高,藻体对NH4+-N的吸收速率逐渐升高,而对NO3--N吸收受到抑制;当NO3--N和NH 4+-N高浓度比存在时,藻体对NH4-N的吸收速率随着NO3--N/NH4+-N比例的升高和NH4-N浓度的下降而降低;当NO3--N和NH4+-N低浓度比存在时,藻体对NH+4-N保持较高的吸收速率,而对NO3--N的吸收效率随着NO3--N浓度的降低而降低;浒苔具有同时利用水体中较高浓度的NH+4-N和NO3--N的能力,只有当NH4+-N或NO3--N浓度较低时,才以吸收相对应的氮源为主。这说明浒苔能够快速、大量地吸收水体中氮源,为爆发性增殖贮备物质条件。同时,即便两种氮源同时存在,浒苔对NH+4-N的吸收速率也远高于对NO3--N的吸收速率,因此,控制NH4+-N的大量输入仍是预防浒苔绿潮爆发的关键。     

浒苔孢子在不同材料基质上的附着萌发差异性研究

本研究针对黄海绿潮早期发生过程,以浒苔生殖细胞附着生长特征为切入点,以其主要原因藻种浒苔(Ulva prolifera)为材料,对比研究了不同材料附着基质对浒苔孢子附着萌发的影响。发现孢子在2—6h内的附着率达到80%,尤其是在前2h内的附着速率最快,而且在不同材料的基质上都能完成附着萌发,但萌发数量存在显著差异性,孢子在紫菜养殖筏架相关材料(塑料、竹片、尼龙网衣、塑料网衣)上的萌发率显著高于浅滩、礁石和养殖池相关材料(细砂、海泥、石块)。浒苔孢子还可以在藻段上完成附着萌发,而橡胶和鱼粉袋相关材料对浒苔孢子的萌发存在抑制作用。对比浒苔孢子和配子的萌发特性发现两者有异同点,两者在塑料、竹片等筏架相关材料上萌发率均较高,而孢子在藻段以及橡胶浸出液和鱼粉溶液中的萌发数均显著高于配子。本研究发现紫菜养殖筏架更有利于浒苔孢子的附着萌发,这进一步说明苏北浅滩数十万亩的紫菜养殖筏架在绿潮早期形成过程中为浒苔孢子提供了重要的附着基质。本研究结果将为探讨紫菜养殖筏架在绿潮早期发生过程中的重要作用,并为养殖筏架防附着材料的选用提供参考。     

浒苔光照和盐度胁迫响应基因UpMYB44的克隆与表达分析

为证明R2R3-MYB转录因子在浒苔响应非生物胁迫例如盐度和光照的过程中发挥的重要调控作用,利用实时荧光定量PCR、酵母双杂交系统、亚细胞定位等技术,研究获得了浒苔UpMYB44基因1 437 bp的开放阅读框(ORF)全长序列,编码478个氨基酸,属于典型的R2R3-MYB转录因子并通过烟草叶片转化确定其定位于细胞核,UpMYB44参与浒苔响应光照和盐度的胁迫过程,其中在低光和高盐胁迫下UpMYB44基因的相对表达量升高。筛选出了与UpMYB44互作的UpCPP5蛋白,该蛋白与浒苔的生长和细胞分裂有关,推测UpMYB44可能通过与UpCPP5互作,形成蛋白复合体参与浒苔的增殖过程。研究为日后深入探究MYB类转录因子家族调控藻类生长发育的过程奠定了基础,同时为研究浒苔快速繁殖的机制提供了思路。     

盐度对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体萌发生长及藻体繁殖的影响

黄海绿潮起源于苏北浅滩,每年夏天漂移到青岛沿岸泛滥成灾,对生态环境造成严重破坏。苏北浅滩受沿岸径流输入影响,盐度变化范围大,青岛海域盐度较稳定,稍高于苏北浅滩。盐度对浒苔微观繁殖体萌发、藻体生长及繁殖过程具有重要作用,通过室内连续受控实验,系统研究了固定盐度(5、10、15、20、25、30、33、35)和变化盐度(盐度逐渐降低)对浒苔微观繁殖体固着、萌发、藻体生长和繁殖不同阶段的影响,主要结论如下:固着阶段,盐度5不利于浒苔微观繁殖体的固着,盐度10～35对微观繁殖体固着的影响不显著,相同盐度下,孢子的固着量显著高于配子。萌发阶段,不同盐度(5～35)及不同盐度变化形式对微观繁殖体(孢子和配子)的萌发没有显著影响,孢子的萌发速度快于配子,最终均能完全萌发。生长阶段,低盐(5～15)不利于浒苔幼苗的生长。繁殖阶段,当盐度≤10时,浒苔不进行生殖活动;盐度15～35范围内,浒苔可以产生微观繁殖体,完成一个完整的生活史;在绿潮形成过程中,孢子的生殖策略为K对策,配子的生殖策略为R对策。上述结论表明,在苏北浅滩和青岛海域,盐度不是限制浒苔发生发展及繁殖过程的关键环境因子,明确了盐度在绿潮发生...     

浒苔微观繁殖体与亚历山大藻相互作用的研究

连年暴发的浒苔绿潮灾害对我国近海生态安全造成了严重的危害, 因此本实验选取了中国 沿海常见赤潮藻种亚历山大藻以及浒苔微观繁殖体中的配子为研究对象, 在室内控制条件下模拟了浒 苔配子在发育早期两个重要阶段(固着和萌发阶段)与四株亚历山大藻之间的相互影响效应。研究发现: 浒苔配子在固着阶段对四株亚历山大藻的生长无明显影响, 但在随后的萌发阶段却显著抑制了塔玛亚 历山大藻的生长, 第7 天的生长抑制率达到27%.而四株亚历山大藻均可强烈抑制浒苔配子的固着, 24h ID50 均小于50 cells/mL, 但对随后浒苔配子的萌发并无影响。因此在两者的相互作用关系中, 微藻 的竞争优势主要体现在浒苔配子固着阶段, 浒苔的竞争优势则体现在配子萌发阶段。进一步的研究发现, 亚历山大藻对浒苔配子固着的抑制效应是通过分泌某些物质(非PSP 毒素)产生的, 该类物质可能由蛋白 类和非蛋白类成分共同组成。而浒苔配子分泌的化感物质造成了其对塔玛亚历山大藻的抑制效应。     

条斑紫菜Porphyra yezoensis Ueda营养细胞的分离和培养

条斑紫菜营养细胞在一定条件下(主要是温度)可转化成单孢子,经放散、附着,再发育成新的藻体。但单个营养细胞在未形成单孢子以前,能否发育成新藻体尚未见报导。已知海带(Laminaria japonica)、凋毛藻(Griffithsia pacifica)、尾丝藻(Uronema gigae)、石莼(Ulvapertusa Kjellm),浒苔(Enteromrpha intesinalis(L.)Grer.)和若干种高等植物的营养细胞能在适当的条件下发育成新的植物体。条斑紫菜的营养细胞有无这样的发育全能性,对此,我们从1979年3月开始,反复进行了四次实验。结果表明,这种紫菜营养细胞的发育全能性是存在的。     

环境因子及不同附着基对浒苔孢子附着的影响

进行了温度、光照和盐度等环境因子以及尼龙绳和竹竿2种附着基对浒苔(Ulva prolifera)孢子附着率影响的研究,以期为浒苔防治措施的制定提供科学依据。结果表明,在相同的环境条件下,浒苔孢子在尼龙绳上的附着率均高于其在竹竿上的附着率,但是随着环境因子的变化,浒苔孢子附着率在2种附着基上变化趋势一致,最佳附着温度为25℃,最适盐度为25,较适附着的光照强度范围为2 000~4 000lx。     

漂浮浒苔藻体健康评价及其在青岛近岸海域绿潮监测中的应用

我国黄海绿潮是目前世界上发生规模最大的绿潮灾害。浒苔(Ulva prolifera)由于其独特的生物学特性,在与其他海藻竞争中占据明显优势,导致暴发性生长从而形成浒苔绿潮。目前迫切需要验证并完善有效可行的漂浮浒苔藻体健康评价体系,来判断其生长状态、健康状况及增殖潜力。文章研究了黄海青岛海域漂浮绿潮藻浒苔光合作用的基本特性,并评价了其健康状况的等级。根据藻体状态对应其颜色和最大光量子产量(Fv/Fm)的差异,对2016年6—7月青岛近岸海域的漂浮浒苔藻体健康状态等级进行了测定和评价,发现各采样站位的浒苔藻体处于以下3个不同等级:Ⅱ级亚健康藻体,其Fv/Fm最高出现在站位L24,仅为0.66;Ⅲ级半健康藻体,其Fv/Fm最高出现在L2,为0.59;Ⅳ级衰老藻体,其Fv/Fm最高出现在L1,仅为0.40。其中,6月各采样站位主要以Ⅲ级和Ⅳ级藻体为主;而7月各站位主要以Ⅳ级藻体为主。结果表明,漂浮至青岛海域的绿潮藻浒苔大多状态较差,趋于衰亡,不能健康存活。研究处于不同时期漂浮浒苔藻体的光合生理参数,筛选合适的评价指标,并试用于绿潮监测和评价业务化工作中,对于今后确立黄海漂浮浒苔藻体健康评价方法以及预测绿潮发展趋势具有重要意义。     

不同氮磷比值下浒苔与石莼的竞争作用研究

近年来,海水富营养化导致近海海域大型海藻过量繁殖,成为世界性的环境问题。自2007年以来,浒苔绿潮在黄海海域连续暴发,造成巨大经济损失。为探究浒苔大规模暴发与氮磷比值(N/P)的关系,及其与其他大型绿藻在不同N/P下的竞争机制,研究了浒苔(Ulva prolifera)与石莼(Ulva lactuca)在不同N/P下单独培养和共培养时的生长情况,探究了浒苔及石莼生长的变化;结合苏北浅滩海域现场N/P的调查结果,分析了浒苔绿潮暴发的可能机制。研究结果表明:(1)浒苔单独培养时,在一定范围内高N/P能促进浒苔的生长,氮对于浒苔的影响大于磷。(2)石莼单独培养时,低N/P下石莼长势最好,但改变N/P对石莼的影响并不显著。(3)浒苔和石莼共培养时,浒苔生长受到了一定限制,低N/P下浒苔生长受限更显著。(4)苏北浅滩海域高N/P更适合浒苔的生长,可能是浒苔绿潮能够大规模暴发的原因之一。     

浒苔原生质体再生苗对草丁膦与6种抗生素的敏感性

浒苔(Ulva prolifera)是构成黄海绿潮的优势种,通过构建浒苔稳定转化系统,可以为相关基因功能验证提供有力工具。本文以浒苔原生质体再生苗为材料,试验了对除草剂草丁膦和6种抗生素的敏感性,发现浒苔对氨苄青霉素、卡那霉素、硫酸链霉素、Zeocin 4种抗生素不敏感,对氯霉素、潮霉素较敏感,对除草剂草丁膦极为敏感,进一步统计得出草丁膦对浒苔的半致死剂量(LD50)和95%可信限,发现敏感性与光周期明显相关。上述结果为进一步筛选转化子、构建浒苔稳定转化系统打下了基础。     

紫菜养殖筏架上定生浒苔对黄海绿潮的贡献

Green tides caused by the unusual accumulation of high floating Ulva prolifera have occurred regularly in the Yellow Sea since 2007. The primary source of the Yellow Sea green tides is the attached algae on the Pyropia aquaculture rafts in the Subei Shoal. Ulva prolifera and Blidingia(Italic) sp. are the main species observed on Pyropia aquaculture rafts in the Subei Shoal. We found that U. prolifera has strong buoyancy and a rapid growth rate, which may explain why it is the dominant species of green tides that occur in the China's sea area of the Yellow Sea. The growth rate of floating U. prolifera was about 20%–31% d–1, which was much higher than Blidingia(Italic) sp. There were about 1.7 × 10~4 t of attached algae on the Pyropia aquaculture rafts in May 2012. We found that 39% of attached algae could float when the tide rose in the Subei Shoal, and U. prolifera accounted for 63% of the floating algae. Our analysis estimated that about 4 000 t of attached U. prolifera floated into the surrounding waters of the Subei Shoal during the recycling period of aquaculture rafts. These results suggest that the initial floating biomass of large-scale green tides in the Yellow Sea is determined by the U. prolifera biomass attached to Pyropia aquaculture rafts, further impacting the scale of the green tide.     

中国苏北浅滩海域定生海藻繁殖体的来源

自2007年以来,黄海海域已连续爆发大规模浒苔绿潮并造成了严重的经济损失。在苏北浅滩条斑紫菜养殖筏架上的定生浒苔被认为是漂浮绿潮藻的主要来源。然而,现阶段对筏架定生绿藻的种源基础并不清楚。因此,在本研究中,我们通过现场调查结合室内试验来揭示了筏架定生绿藻的繁殖体源。同时,为了对黄海大规模绿潮进行防控,我们对防止绿藻在紫菜养殖筏架的附着做了相关研究。结果表明,（1）包括浒苔、缘管浒苔、扁浒苔、曲浒苔以及盘苔这五种海藻的微观繁殖体共同存在于苏北浅滩海域的水体及沉积物中,而且在不同时期它们的比例变化明显。（2）经过去皮处理后的毛竹可明显抑制浒苔微观繁殖体的附着。通过本研究,我们明确分布于苏北浅滩海域的绿藻微观繁殖体是黄海大规模绿潮的种源基础。同时,我们为从源头防控黄海大规模绿潮的发生提供了一个可行的手段。     

苏北浅滩筏架附生绿藻群落结构变化及与环境因子的相关性探究

苏北浅滩是研究浒苔绿潮早期形成机制的重要区域,该区域紫菜养殖筏架上附生绿藻的群落结构变化对浒苔绿潮的发生具有重要影响,环境因素在其中发挥了重要作用.为了探明导致苏北浅滩绿藻群落结构变化的主要环境因素,本文通过分子生物学和种群生态学方法对筏架附生绿藻群落结构进行了研究,结果表明:(1)苏北浅滩筏架附生绿藻群落主要由浒苔(...     

抗生素对浒苔形态及共附生细菌多样性的影响

本文研究了3种抗生素联合处理黄海绿潮浒苔(Ulva prolifera)形态及共附生细菌多样性的影响。将浒苔放散的配子加入到含有3种广谱抗生素(青霉素G、硫酸新霉素、多黏菌素B)的培养液中进行培养, 与对照组相比, 发现浒苔幼苗生长速度缓慢, 且细胞变小, 藻体无法形成正常形态。进一步采用16S rDNA高通量测序分析抗生素处理藻体前后的共附生细菌多样性, 发现抗生素处理后浒苔共附生细菌丰富度和多样性降低, 其中Maribacter丰度降低。将藻体与形态发生化合物thallusin(Maribacter spp. 提取物)共培养, 发现thallusin可促进藻体形态恢复和生长, 推测抗生素可通过抑制Maribacter等细菌从而影响浒苔形态和生长, 这将为浒苔共附生细菌功能的深入研究奠定一定基础。     

江苏海区浒苔的营养与食品安全性分析与评价

通过对不同海区浒苔及其与紫菜之间的比较,分析评价了江苏海区定生浒苔和漂浮浒苔的营养特性。通过主成分分析可以将江苏浒苔与其他浒苔和紫菜明显区分开,说明江苏浒苔的营养具有区域一致性。江苏浒苔具有高蛋白、低膳食纤维的特点,浒苔中钙、镁含量高于紫菜,磷含量低于紫菜。江苏浒苔的必需氨基酸含量组成适合人体需要,是良好的蛋白质来源。第一限制氨基酸为甲硫氨酸,呈味氨基酸含量达到氨基酸总量的33.6%—42.9%,具有较好的呈味特性。江苏浒苔的铅、铬离子含量较高,食用风险不容忽视。     

黄海绿潮浒苔提取物的化感效应及化感物质的分离鉴定

化感作用是浒苔绿潮暴发的重要原因之一,目前,对于浒苔产生化感物质的结构、种类以及产量的研究鲜有报道。本文针对黄海浒苔绿潮致灾藻种,利用毒性鉴别程序（TIE）对其体内的化感物质进行分离提取及结构鉴定,明确了浒苔产生化感物质的主要成分。首先用石油醚、乙酸乙酯和甲醇3种有机溶剂分别对新鲜浒苔进行提取,得到3种不同溶剂粗提物,其中乙酸乙酯粗提物的抑藻活性最强,对测试物种中肋骨条藻的半数有效浓度（96h-EC₅₀）值为22.25 mg/L;其次对乙酸乙酯粗提物进行萃取分离得到初步提纯物,其对中肋骨条藻的96h-EC₅₀值为21.12 mg/L;然后用硅胶层析柱对上述初步提纯物进行分离,共得到6种组分,其中抑藻活性最强的组分对中肋骨条藻的96h-EC₅₀值为10.57 mg/L;最后,对新鲜浒苔提取物用红外光谱和气相色谱-质谱联用仪进行检测,实验结果表明主要化感物质为:4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸、2-十六碳烯酸、棕榈酸、5,8,11,14,17-二十碳五烯酸、9,12-十八碳二烯酸、9,12,15-十六碳三烯酸、花生四烯酸、13-二十二碳烯酸等8种脂肪酸。研究结果对于系统阐释浒苔绿潮暴发机制具有重要意义。