（特种经济动物饲养专业论文）营养盐因子对江蓠生理、生长及生化组成的影响.pdf

甜养盐l 土】了对江蓠生删、生长发生化纠成的影响中文摘要 中文摘要 江蓠属不但具有产琼胶、供食用和养鲍饵料等经济利用价值，而且在修复富 营养化水域、防止海区赤潮等方面具有独特的应用价值。 本文以具有耐高温、繁殖方便、增殖快速、生物量大、营养储存库大、经济 价值高等优点为一体的细基江蓠繁枝变型( g r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t a ) ( 以下简称“江 蓠”) 为实验材料，国内外首次开展了在实验室条件下进行不同的供氮水平、不同的 氮源及不同的磷氮比营养盐因子对江蓠生理、生长及生化组成影响的初步研究。 结果表明：过低硝氮( 0 ，1 0 9 m o l l ) 或过高硝氮( 6 0 ，8 0 9 m o l l ) 、过低铵氮( o ，2 5 9 m o l l ) 或过高铵氮( 1 0 ，2 0 ，4 0 1 t m o l l ) 、过低铵硝态氮比( 1 3 5 ，1 7 ) 或过高铵硝态氮比 ( 3 7 ，4 7 ) 、过低磷氮l e ( 1 3 2 ) 或过高磷氮l t ( 1 8 ，1 4 ) 营养条件下，均表现为江蓠藻 体内藻红素( p e ) 、叶绿素a 、蛋白质含量和生长速率明显减慢；而江蓠分别在硝氮 2 0 9 m o l l 、铵氮5 m o l l 、铵硝态氮比2 7 ( t i n 2 0 m o l l ) 、磷氮比1 1 6 ( t i n 2 0 或 4 0 m o l l ) 的营养环境条件下，江蓠藻体可获得最大的p e 、叶绿素a 、蛋白质含量和 最快生长速率。随着铵氮浓度和铵硝比的逐渐增加，膜脂过氧化产物m d a 的含 量、c a t 和p o d 的活性以及游离脯氨酸含量均出现先下降后显著增加的变化规律， s o d 活性的变化规律则相反。江蓠分别在硝氮2 0 a a o l l 、铵氮5 9 m o l l 、铵硝态 氮比2 7 ( t i n 2 0 m o l l ) 、磷氮比1 1 6 ( t i n 2 0 或4 0 t o o l l ) 的营养环境条件下，江蓠藻 体内s o d 活性和硝酸还原酶活性( 除铵氮以外) 均为最高而m d a 含量均为为最低。 本研究对于阐明江蓠吸收n 、p 营养盐的机制和环境中n 、p 营养盐因子与江 蓠生理、生长及生化组成之间的相互关系具有较为重要的理论意义，也能对江蓠 养殖以及近海环境保护和海洋资源的可持续利用具有重要的指导意义。 关键词：细基江蓠繁枝变型；营养盐；硝酸还原酶；抗氧化酶；生化组成 作者：孙菊燕 指导教师：黄鹤忠 营养赫因子对江篱生理、生k 及生化组成的影响英文摘要 e f f e c to fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r so np h y s i o l o g y , g r o w t h a n db i o c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fg r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t a a b s t r a c t t h eh i g hv a l u eo fg r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t af o rh u m a nf o o d ，a b a l o n ef e e da n da g a r p r o d u c t i o nh a sl e d t h ed e v e l o p m e n to ff a r m i n gs y s t e m si nt h ec o a s t a lw a t e r si nc h i n a i t h a sg r e a ts i g n i f i c a n c et oa m e l i o r a t ee u t r o p h i c a t i o ni nt h ew a t e r , p r e v e n tr e dt i d ei nt h e s e a i nt h ep r e s e n ts t u d y , g r a c i l a r i a t e n u i s t i p i t a t a ( f o rs h o r t “g r a c i l a r i a ”) w a s s e l e c t e da st h et e s t e d p l a n t ，t h i sp a p e re x a m i n e se f f e c to fe n v i r o n m e n t a l f a c t o r s ( d i f f e t e n tl e v e l so fn i t r o g e n 、d i f f e t e n tl e v e l so fa m m o n i u m a n i t r a t en i t r o g e nr a t i o 、 d i f f e r e n tp nr a t i o s ) o nt h ep h y s i o l o g y , g r o w t ha n dl e v e l so fb i o c h e m i c a lc o m p o s i t i o n s o fg r a c i l a r i at r a d e rt h ed i f f e r e n ti n d o o rc o n d i t i o n s u n d e rt h el o wn i t r o g e nc o n d i t i o n ( o ，1 0um o l l ) o rh i g hn i t r o g e nc o n d i t i o n ( 6 0 ，8 0bm o l l ) ；t h el o wa m m o n i u mc o n d i t i o n ( 0 , 2 5um o l l ) o rh i g hn i t r o g e nc o n d i t i o n ( 1 0 ，2 0 ，4 0um o l l ) ；t h e l o wa m m o n i u m a n i t r a t en i t r o g e nr a t i o ( 1 3 5 ，1 7 ) o rh i g ha m m o n i u m a n i t r a t en i t r o g e nr a t i o ( 3 7 ，4 7 ) ；t h e l o wp nr a t i o s ( 1 3 2 ) o rh i g hp nr a t i o s ( i 8 ，1 4 ) ，t h ec o n t e n t so f p e 、c h a 、p r o t e i na n d t h eg r o w t hw e r eb o t hl o w u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a ta n i t r a t e n i t r o g e n 2 0 9 m o l l ； a m m o n i u m 5 9 m o l l ；a m m o n i u m a n i t r a t e 2 7 ( t i n 2 0 m o l l ) ；p nr a f t 0 1 1 6 ( t i n 2 0 0 r 4 0 m o l l ) ， t h ec o n t e n t so fp e 、c h a 、p r o t e i na n dt h eg r o w t hw e r eb o t ht h eb e s t m d ac o n t e n ti n l e v e l so fg r a c i l a r i a ，a c t i v i t i e so fc a t 、p o d o fg r a c i l a r i aa n dp r a l i n ec o n t e n to f g r a c i l a r i aw e r ea l lr e d u c e df i r s t l y , t h e ni n c r e a s e dd r a s t i c a l l y a c t i v i t i e so fs o dw a s o p p o s i t e u n d e rt h ec o n d i t i o nt h a t a n i t r a t e n i t r o g e n 2 0 9 m o l l ；a m m o n i u m 5 9 m o l l ； a m m o n i u m a n i t r a t e 2 7 ( t i n 2 0 m o l l ) ；p nr a t i 0 1 1 6 ( t i n 2 0 0 r 4 0 m o l l ) ，t h ea c t i v i t i e s o fs o da n dn r ( e x p e ta m m o n i u m ) w e r eh i g h e s tw h i l em d ac o n t e n tw e r el o w e s t t h eo b j e c t i v eo f t h i ss t u d yw a st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to f e n v i r o n m e n t a lf a c t o r so n t h ep h y s i o l o g y , g r o w t ha n dl e v e l so fb i o c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fg r a c i l a r i au n d e rt h e d i f f e r e n ti n d o o rc o n d i t i o n s f o r mt h i ss t u d yw ec a nd i s c u s st h em e c h a n i s mo nt h e u p t a k eo f n ，p ，e x p o u n d i th a sg r e a ts i g n i f i c a n c et oe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o no fo f f i n g i l 营养盐喇子对江蓠生理、生匠及生化组成的影响 英文摘要 a n dt h es u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o no f m a r i n er e s o u r c e s k e y w o r d s ：g r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t a ；n u t r i t i v es a l t ； n i t r a t er e d u c t a s e ( n r ) ；a n t i o x i d a s e ； b i o c h e m i c a lc o m p o s i t i o n s i l l w r i t t e nb ys u nj u y a n s u p e r v i s e db yh u a n gh e z h o n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 9 5 6 5 4 8 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 研究生签名：& 叠垫日期：垃 ：苎。坐 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：厶茧篷日期：出笸：1 2 导师签名：。茎丝厶日期：出：= ：曼 营养茄浏了对江蒿生理、生艮及生化纠成的影响 绪论 绪论 1 1 江蓠的生物学特征、营养价值和养殖概况 细基江蓠繁枝变型( g r a c i l a r i at e n u i s t i p i t a t av a r 1 i u iz h a n ge tx i a ) 又名可食 江蓠、菊花心江蓠、细江蓠，隶属于红藻门佃h o d o p h y t a ) 、真红藻纲( f l o r i d e a e ) 、 杉藻目f g i g a r t i n a l e s ) 、江蓠科( g r a c i l a r a c e a e ) 、江蓠属( g r a c i l a r i ag r e v i l l e ) ，是经济 价值较高的海藻，广泛分布在世界的热带、亚热带和温带地区。目前全世界已定 名的江蓠属种类约有1 0 0 种。我国地处太平洋西岸，有丰富的江蓠资源，已经鉴 定清楚的约3 0 多种j 。 江蓠这一名称，早在2 0 0 0 多年以前，我国伟大诗人屈原写的离骚中，有 “扈江蓠与辟兰兮，纫秋兰以为佩”。根据陆侃如教授等选注的楚辞选中有一 备注：扈，披在身上。蓠古本也作“离”。江蓠，香草名，又名“蘼芜”。可见江 蓠一名，我国早己存在了，但当时指的是淡水植物。后来在明朝李时珍的本草 纲目中，对江蓠这种植物有所描述，指的是海藻，就是现在的江蓠【4 】。 江蓠一般喜生长在有淡水注入、水质较肥、风浪较小、水流畅通、透明度较 大、底质为砂泥而平坦的内湾。而细江蓠常见于海淡水交换频繁的砂泥浅滩或半 咸水的砂泥池沼中。细基江蓠繁枝变型藻体呈纤细的圆柱状，分枝较多，单生或 丛生，固着器小盘状，直立分枝为圆柱形或线形，无明显主干，通常为多个个体 相互缠绕成一簇簇的棉絮状，在水中呈半悬浮状态。分枝基部不收缩，但稍微变 细，枝端尖细，分枝3 4 回以上，互生、偏生或叉生。藻休的长度通常为2 0 c m 左右【l 】。藻体的生殖器官很难找到，要在成千上万棵藻体上才能找到1 2 棵带有 囊果的雌配子体或具有精子囊巢的雄配子体。由于细基江蓠繁枝变型的生殖器官 和细基江蓠完全相同，仅因生长环境的变迁，藻体外形发生变异，故定名为变型【5 】。 活体江蓠的颜色多样，常因生长环境而异。一般为肉红色，半透明，软骨质：也 有紫红、紫褐、淡黄或亮黑色。随着水深增加，其颜色变深。在有污水注入的肥 水中多呈亮黑色；在淡水较多的环境或浅水中多呈淡黄色。 细基江蓠繁枝变型江蓠具有无性生殖和有性生殖，但主要是营养生殖。其生 活史有孢子体、配子体和果孢子体三个世代相互交替，循环往复，完成其生活史。 江蓠属( g r a c i l a r i ag r e v i l l e ) 以“龙须菜”、“鹿角菜”、“凤尾菜”等名称入菜， t ￥养盐闪了对江蓠生理、生k = 及生化组成的影响绪论 古代药著描述该药生长在东南海边石上，味甘性寒、有软坚化痰、清热利水的功 效 5 , 6 , 7 1 。江蓠的营养价值很高8 1 ，赵谋明等分析了采自不同地区的八份江蓠藻的主 要成分，结果发现，江蓠藻富含膳食纤维，占藻体的5 0 - - 6 0 ，蛋白质含量高， 一般在2 以上，且其中必需氨基酸含量高，配比合理，脂肪含量低，在2 5 以下， 但其中高度不饱和脂肪酸含量高，矿物质成分和维生素含量丰富，尤其是f e ，z n ，c u ， s e ，i 的含量明显高于其它海藻和陆生植物，可作为很好的f e ，z n ，c u ，s e 的来源。 碘的含量虽然不及海带，和紫菜中碘含量接近，明显高于陆地植物，也可作为良 好的碘来源。江蓠的粗脂肪占干重的0 8 5 一2 5 ，含较多的多烯不饱和脂肪酸 f p u f a ) ，其中e p a 、d h a 占总脂肪酸的5 0 左右。e p a 、d h a 具有降血压和促进 脑发育及神经系统功能完善等作用。江蓠中还有别藻蓝蛋白、类胡萝h 素、叶绿 素衍生物等多种活性成分【9 , 1 0 , 1 1 。因此江蓠藻是一种高膳食纤维，高蛋白，低脂肪， 低热能，且富含矿物质，微量元素和维生素的天然优质保健食品原料，将江蓠加 工成各种中老年保健食品具有重大开发价值和市场前景。 近年来，细基江蓠繁枝变型( g r a c i l a r i a 即n u k t i p i t a t av a r 1 i u iz h a n ge lx i a ) 是在 我国养殖数量最大的一种江蓠，这种江蓠多在鱼虾及半咸淡水塘底部呈半悬浮状 态生长。分布在我国海南省的海口、万宁、三亚、东方较多，广东省的湛江、阳 江、台山、珠海、惠州、汕头及广西的北海、钦州、防城等沿海。随着人工栽培 的发展，福建、浙江的部分地方也有分布。这种江蓠的琼胶含量不高，但由于可 以发芽繁殖，种苗容易解决，栽培方法也比较简单，成了我国目前主要栽培种类【l2 1 。 目前，江蓠的鲜品主要用于养鲍，亦可经烹调后食用，干品用于工业提取琼 胶。近年来，广东汕头、汕尾、湛江等市沿海及福建、海南等地都在大力发展海 珍鲍鱼养殖，养殖1 公斤的鲍鱼需要2 0 公斤，江蓠供不应求，致使价格上涨。 据悉，在养鲍地区汕尾等地，每公斤鲜江蓠已由2 0 0 2 年的1 3 元上升到2 0 0 4 年的 2 2 元以上。江蓠价格虽贵但仍供不应求，据预计价格仍有上扬趋势。一方面要满 足了琼胶工业的原料要求，另一方面要解决鲍鱼养殖业的饵料需求，使华南的江 蓠栽培得到了迅速的发展，干品年产量已经达1 50 0 0 吨以上，按国际标准以鲜重 计算，则在1 2 0 0 0 0 吨以上。 1 2 江蓠的研究概括 近3 0 多年来，在江蓠的资源开发、有效成分提取与利用、生物工程技术等方 面的研究取得了较大发展。目前对江蓠用途的研究并不仅仅局限在饵料和琼胶上， 2 t i 养盐闲了对江蓠生理、生k 及生化组成的影响 绪论 一些学者还研究了它所含有的多糖、藻红蛋白、藻蓝蛋白、抗氧化活性物质等一 系列成分在生物、医药方面的作用等 1 3 , 1 4 , 1 5 , 1 6 , 1 7 , 1 8 , 1 1 ”。 藻类的生理活性及生化组成受到物理、化学、生物等因素的影响。目前对江 蓠的生长、生化组成影响的研究主要集中在物理因素如光( 光强、光质、光周期) 和温度对生长及生化组成以及对营养盐吸收的速率方面的影响。研究显示：光照、 温度以及其相互作用均显著影响江蓠的生长及生化组成【2 们，对氮、磷的吸收速率也 有显著影响【2 1 2 - 2 1 。在自然条件下海藻的生长主要受光照与温度的调节，同时光照 与温度也是造成海藻体内生化组分( 如色素、蛋白质及糖) 呈季节性变化的主要原因 【3 7 】。冬季低温、低光照条件下藻类生长和酶反应速率受到明显限制，但此时藻体 内色素和酶的浓度出现了补偿性增加。这是海藻适应环境的一种自身调节过程。 外界营养供应影响海藻体内的化学组成、发育、形态、繁殖及分布。江蓠生 理活性及生化组成也受到营养盐因子的影响。有关营养盐变化对江蓠生长机制及 相关酶活性的影响研究较少 2 2 , 2 3 , 2 4 】，本实验就不同营养盐对江蓠生理、生长及生化 组成的影响作了初步研究。 1 3 江蓠的营养代谢特征及其研究进展 大型海藻的营养代谢及生理研究受到越来越多的人的关注，这不仅是因为其 是海洋生态系统重要的初级生产者、海水养殖的重要对象，还由于人们正试图利 用大型海藻监测和预报渔业水域营养状态，改善、调节近岸水域或海水养殖池塘 的水质【2 ”。大型海藻的营养代谢受多种物理、化学、生物因素的影响，还与藻类 组织中的营养库之间有着密切的关系。目前，常用大型海藻作为水体中营养盐浓 度的指示生物，因为藻体内的营养含量与环境水体中的生物可利用的营养浓度间 存在着密切的相关关系【2 6 , 2 7 。 1 3 1 江蓠生长的营养需求 1 3 1 1 必需元素 碳、氢、氧、氮、磷、铁、镁、铜、锰、锌和钼都是所有藻类生长所必需的。 这些元素在海藻体内的累积浓度都大于海水中的浓度，海藻对有些元素的吸收甚 至超过海藻本身的需要量，而有些元素虽被海藻组织吸收却未被利用，大型海藻 灰份中的元素组成与海洋浮游藻类类似2 8 1 。n 是限制海藻生长的主要营养元素， 一般情况下海藻生长率的变化与n 供应的变化相一致。 1 3 1 2 维生素 竹养盐圳于对江蓠生理、生长及生化纽成的影响 绪论 一般藻类培养介质中需加入3 种维生素：即v b i 、v h 和v m 2 。v m 2 是海藻最 广泛需要的，这可能是由于其在海水中含量较低的缘故( v b l 2 约l n g l 、v m1 0n g l 、 v h2r i g l ) 。 1 3 1 3 限制性营养元素 氮、磷和铁可能是限制海藻生长的主要元素，由于生物效能的关系，这些元 素在海水中的浓度变化较大，并且它们在海藻体内的浓度远高于在海水中的浓度。 营养盐的浓度虽然可以作为是否是限制性营养的标志，但营养的供应率、周转时 间及其有效性在确定营养限制的程度中则更为重要。一般而言，海水营养盐的浓 度很低，如果营养盐的供应率略低于海藻的吸收率，则表示海藻处于轻度营养限 制。就海藻群落而言，可能存在双营养限制( 即两种元素同时起限制作用) ，某一种 海藻对两种营养的需求比例( 比如氮磷) 与另一种海藻可能完全不同，结果是不同 海藻中某一种可能是氮限制，而另一种则可能是磷限制2 8 1 。铁、锰等许多生化反 应中的必需化合物可能也是限制性的。对铁来说，海水中铁是否限制海藻生长常 取决于海水中可利用形式铁的量而非铁的总浓度。这些微量元素的重要作用目前 尚不完全清楚。 1 3 2 海水中氮的存在形态及海藻利用特性 在自然海水中，氮主要以无机氮( n 2 ，、n 0 3 一、n 0 2 。、n i q 4 + ) 、可溶性有机氮( 尿 素、游离氨基酸、维生素等) 和颗粒有机氮( 有机碎屑、浮游生物) 的形态存在。 1 3 2 1 无机形态氮 大型海藻最易吸收的氮形态是氨，但在自然海水中氨的浓度通常低于硝氮的 浓度。正常海水中氨常以n h 3 与n h 4 + 2 种形态共存，其中n h 4 + 的成分超过了9 0 ， 细胞转运n h 4 + 需要有载体的存在，大型海藻对n h 4 + 吸收的确切机制目前还不太清 楚。硝氮是溶解态无机氮( d i n ) 最主要组成成分，存在的量比氨氮及亚硝氮都高。 藻类吸收硝氮后，在细胞内经同化过程还原为氨，参与机体的新陈代谢，硝氮不 如氨氮易为藻类同化吸收【2 9 1 。几乎所有的海藻都能以n 地+ 、n 0 3 、n 0 2 为氮源， 但高浓度的n h 4 + 对藻类有毒【2 8 】。 1 3 2 3 有机形态氮 有机形态的氮( 如尿素等) 对大型海藻来说不如无机形态氮重要，但也是海洋生 态系的重要部分，同样扮演着重要的角色，特别是在无机氮受限制的情况下，有 机氮是海洋植物的重要氮源。例如用不同来源的有机氮对栽培的圆扁江蓠 7 ￥养盐闲了对江蓠生理、生k = 及生化组成的影响绪论 ( g r a c i l i a r i af f ，v 日 f d 8 ) 的生长有很好的促进作用。其他形式的有机氮还有溶解态 的自由氨基酸( d f a a ) 、嘌呤、嘧啶等，这些也都可以作为一些大型海藻的重要氮 源。 1 3 3 江蓠对氮的吸收 1 3 3 1 江蓠对氮的吸收动力学 研究海藻营养动力学的目的主要在于获得它们对营养盐吸收的有关参数，并 通过这些参数对海藻的生态习性及生理特性作出判断和阐释，通过吸收的生理机 制了解藻类在生态系中的功能。测定海藻的营养吸收率主要有两种技术，即放射 性或稳定性同位素法( 1 3 n , 1 4 n 、1 5 n , 3 1 p ，3 2 p ，5 5f e ，5 9 f e ) 和营养盐在介质中消失的化学 测定法 3 l 】。目前，在大型海藻的营养吸收研究中多采用营养盐消失法。 研究发现，江蓠属等大型海藻对氮的吸收表现为饱和吸收动力学特征，为主 动吸收，可以用酶动力学方程表示v = v 。xs ( k 。+ s ) 。方程中反映对离子吸收能 力的参数有半饱和常数( k 。) 及最大吸收速率( v 。) 。k 。表示海藻在低浓度下吸收营 养的相对能力，其随测定地点及环境氮浓度等的变化而有相应的变化；v 。表示 在相对更高的营养浓度下藻类获得的最大吸收速率。许多有关海藻的动力学参数 研究显示：江蓠的k 。较高，一般在2 4 0um o l l ，是浮游藻类的1 0 倍左右；对 氨氮与硝氮吸收的v 。也相对较大，范围为3 - 1 8 8 u m o l g h ( 以干重计) 。但是，大 型海藻对n 的主动吸收并不都遵循上述简单的酶动力学方程，还与介质中营养盐 形态以及藻体的生理状态有关【3 2 】。 1 3 3 2 不同形态氮吸收的比较 氨及硝氮被认为是大型海藻生长最重要的氮源，硝氮和氨氮的相互作用在浮 游植物中的研究较多：一般当介质中氨氮浓度超过l u m o l l 时，藻类对硝氮很少或 没有吸收田j 。对江蓠的研究也表明，氨氮比硝氮及亚硝氮更快、更易被吸收，当 氨氮存在时抑制硝氮及亚硝氮的吸收；硝氮的存在也可抑制亚硝氮的吸收，抑制 的程度与浓度有关；只有当介质中氨氮及硝氮浓度都相对较低时，一些江蓠才能 优先吸收利用亚硝氮。江蓠对不同形态氮的吸收取决于环境中各形态氮的浓度， 环境中高的硝氮浓度和低的氨氮浓度可以驯化江蓠，从而使藻类调整为吸收硝氮， 但对某些海藻来说，当环境中有可利用的氨氮出现时，还会迅速转为吸收氨氮1 3 4 。 另外，也有发现存在着一些海藻，即使在氨存在时也可吸收硝氮而不受到抑制， 有些甚至氨氮和硝氮同时吸收的现象【3 5 】。 营养盐州了对江蓠生理、生k 及生化纽成的影i 向绪论 1 3 4 江蓠属海藻作为富营养化指示生物的氮代谢特性 大型海藻对近海生态系统中的氮循环和转化起着重要的作用，首先是它能吸 收和储存大量的氮，同时其以无机物或代谢产物形式储存氮是对氮限制环境的一 种生态适应。大型海藻中有3 种类型的有机氮储存库：结构性氮库、生理性氮库和 储藏性氮库。其中较重要的是储藏性氮库，过度吸收的氮都储存在这库中。该库 存在有3 种形态的含氮有机物质一氨基酸( a a ) ，藻体色素及组织氮，各自含量随外 源因子改变而变化。 江蓠对环境水体中的不同营养类型及浓度有着灵敏的生理生化反应差异，因 此，江蓠可作为准确测量环境中生物可获得营养盐浓度变化的指示生物。 藻体中的氨基酸( a a ) 除了蛋白质氨基酸外，还含有大量的非蛋白氨基酸。瓜 氨酸就是其中的一种，它是江蓠和其它大型海藻氮“奢侈”储存物质【2 ”。最近的 研究发现，瓜氨酸是所有a a 中对环境氮浓度变化最响应的【3 “，如对可食江蓠( g e d u l i s ) 及圆扁江蓠的研究发现，添加氮可增加藻体中瓜氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸及 自由氨的含量，其中瓜氨酸增加的量与所加氮的量之间存在着线性增长的关系 w = o 8 4 t 3 7 】；对另一种江蓠( g v e r r u c o s a ) 力n 氮也可以观察到组织自由氨基酸的百分 含量增加；其中瓜氨酸的响应最为显著，占到了自由氨基酸总量的7 0 - - 9 0 3 6 】 藻类的a a 组成对于不同形态的氮源响应也是不一样的，a a 组成是环境中可利用 氮源的最好指标【3 “。如用硝氮处理可增加可食江蓠中谷氨酸、瓜氨酸及丙氨酸的 量，而尿素处理只增加藻体自由铵的含量，苯丙氨酸和丝氨酸的含量反而有所减 少【3 ”。所观察到的a a 组成及某一些a a 含量的变化，对于采用a a 的相对浓度 变化来分析环境中所增加的何种氮源提供了依据，而2 者间存在的线性关系又可 对输入的氮源进行量化分析，a a 指标为鉴别氮污染源提供了有价值的证据。这就 为监测氮的来源及氮的可利用性状况提供了一个敏感的生物指标。 藻体内的氮百分含量与藻红蛋白和叶绿素a 的浓度问也存在着正相关，与碳 氮比值负相关，例如江蓠属海藻在增加氮供应的情况下，它的颜色从自然的浅绿 褐色变为深红色【2 ”，对圆扁江蓠添加氨氮或硝氮，并不总能增加它的生长率，但 可以使它的颜色变深【38 1 。这意味着在使用其他可获得的氮源用于生长前，藻体中 已经储存了相当多的氮。因此，在观察添加氮源的作用时，通过测定藻体的色素 氮储存量增加比观察其生长增加更为有效。这点是在把江蓠作为指示性生物时要 考虑到的。大型海藻组织氮含量是最多地用来反映水体中无机氮含量的指标 2 6 , 3 9 ， 营养盐吲了对江蓠生理、生长及生化纽成的影响绪 论 曾被认为是最准确的测定植物处于何种营养盐状态( 限制的、充足的或过剩的) 的方 法【4 0 1 。红藻门海藻的总组织氮含量已被证实与水体氮浓度有很好地相关性 2 9 , 3 9 , 4 a 2 1 ，而其中江蓠属的海藻更是表现出了对水体氮浓度变化的强烈响应，如 圆扁江蓠的氮含量l 临界值大约为干重的2 ，其生长的最小氮含量为干重的 o 8 3 0 , 4 0 l ，因此在0 8 到2 之间，藻类的生长与藻体内氮含量成正比；高于2 ， 就为“奢侈”储存营养盐提供了可能。 此外，还可根据组织中其他组成成分与氮的比值变化来推断海藻的氮营养状 况。如研究发现，江蓠的临界碳氮比在1 0 一1 5 【4 3 】。当碳氮比大1 5 ，藻类生长可能 受氮限制；低于1 0 ，预示着藻类开始储存氮【4 。 蛋白质与碳水化合物的比值也被用来检测藻体的氮限制情况，一般地，江蓠 叶状体内的氮含量和碳水化合物含量问存在着一个负相关关系p 9 j 。现在一般认为 测定藻体内的氮含量、碳氮比及蛋白质碳水化合物比是有效地了解藻体氮储存状 态的较好的方法【4 0 】。 通过测定江蓠的色素、a a 及组织氮的变化能综合反映其生活水体的营养变动 状况。如在澳大利亚的贫营养海域，采用可食江蓠作为指示生物，脉冲添加营养 3 d 后，收集放养的可食江蓠并分析现场水样，在一次性添加1 0 倍环境浓度营养的 海区能监测到藻体内的a a 浓度及组成变化，其中主要是瓜氨酸含量的升高；一 次性添加1 0 0 倍的海区，能检测到藻体中氮百分含量的升高及a a 的变化：一次 性添加1 0 0 0 倍的海区，可看到叶绿素a 、组织氮及a a 的增加：而用于对比的标 准化学分析方法看不出曾有添加过营养的痕迹【4 2 】。江蓠这种能对外界因子变化作 出灵敏响应的能力，被认为是理想的水质指示生物特性。 1 3 5 江蓠属海藻作为富营养化修复藻类的可行性 大型海藻对富营养化海域生物修复属于原位生物修复( i ns i t e b i o r e m e d i a t i o n ) 。 其最大的特点是在系统内部不引入大量的外来物质，修复生物在适宜的条件下自 身繁衍，依赖修复生物自身起作用，不需要或极少需要人为施加能量。利用大型 海藻对富营养化海域进行原位生物修复，避免了利用微生物修复的缺点，如微生 物的安全性和可能引发的二次污染问题。因此，有关富营养化海域的生物修复， 目前国内外学者已把更多的眼光投向了大型海藻。 我国学者曾经走过了利用风眼莲( 水葫芦) 、水花生、浮萍等，进行湖泊富营养 化治理的路程。上述水生植物虽可吸收大量营养盐，但由于利用价值不高，未能 诂养盐川了对江蓠生理、生欧及生化组成的影响 绪论 从水体中及时收获，其死亡腐烂反而导致更严重的富营养化【4 ”。因此，水域生物 修复的关键是寻找理想的修复物种。江蓠属海藻以其适应广、生长快、营养储存 库大、经济价值高等特点，是许多水生生物得以存活的生存环境和食物，而成为 修复富营养化水域的理想修复植物。 江蓠是典型的机会种，是可以进行营养体无性繁殖，一次投入种苗后，便可 以定期收获，保留部分藻体，又可以不断地生长繁殖营养体无性繁殖的大型海藻， 适合在我国近海养殖，其作为生物修复植物的效果十分明显【4 ”6 】。在适宜条件下， 细基江蓠繁枝变型5 周内的鲜重增加1 6 9 倍，日平均生长率达到3 9 以上( 任国忠 等，1 9 8 8 ) ；f e i 等 4 7 】报道，从1 9 9 7 年开始在广东汕头、福建连江等中国东南沿海 移栽龙须菜，在汕头养殖区龙须菜在6 4 天的生长期内增殖2 0 7 倍( s g r = 8 6 8 ) 。 2 0 0 0 年在汕头南澳养殖区的牡砺架上混养龙须菜，总增殖比更达9 0 0 多倍，取得 很好的环境效应和经济效益，并通过广东省省级鉴定。厦门大学焦念志等开展了 龙须菜与鱼虾混养、封闭性养殖等多种试验，利用生物技术修复典型富营养化养 殖海区，无机氦、无机磷、溶解氧的含量达到了国家海水水质i i 类标准要求，取 得了良好的生态效益。徐永健等1 4 8 】在闽南的东山岛开展了网箱养殖区富营养化的 植物修复研究，分别在东山的西埔湾和八尺门2 个网箱养殖海区进行江蓠修复试 验，实施面积分别为3 5 k m 2 和2k a - n 2 。养殖2 个月，结果表明，江蓠对富营养化 的修复效果明显，能使修复海域海水中无机氮、无机磷的含量大大减少，海水的 溶解氧含量上升。所养殖的江蓠藻体长达7 0 一8 0 c m ，平均亩产达3 5t ，纯产值1 万多元，生态效益和经济效益明显。 因此，在富营养污染的海区中养殖江蓠，江蓠在生长发育过程中大量吸收水 体中过量的营养盐，通过收获江蓠将水体中的营养物质转移出海区，从而达到缓 解和防治富营养化的目的。这种植物修复( ( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 水域环境的方法是切 实可行的。 1 3 6 海水中磷的存在形态及对江篱的影响 在自然海水中，磷主要以无机磷( p 0 4 一p ) 的形态存在，还有少量有机正磷酸盐、 聚合有机磷酸盐和聚合无机磷酸盐( o n 焦磷酸盐，偏磷酸) 的形态存在。已有研究表 明水体中溶解的各形态磷均不同程度地促进藻的生长，而颗粒磷通过释放或生物 转化亦可被藻利用 4 ，但有关磷对江蓠的影响却未见报道。 营养赫w 了对江蓠生理、生眨及生化组成的影响 绪论 1 4 研究的目的和意义 近年来，人类活动己给海洋生态系统造成了巨大的压力，近海生态环境恶化 只益严重，赤潮频发，主要原因是近海水域中受纳了大量工业、农业及生活废水， 导致海域生源要素氮、磷的大幅度升高，而蓬勃发展的水产生物养殖业的自身污 染又加剧近海富营养化程度。 大型海藻可以通过其生理过程，使海水中溶解态的氮、磷进入生物地化循环， 加速降解。通过在富营养化海域规模化栽培大型海藻作为营养缓冲器( ( b u f f e r o f n u t r i e n t s ) ，可平衡因人类活动( 如经济动物养殖、工农业废水等) 所带来的额外营 养负荷，能有效降低海域氮磷污染的风险 5 0 】。海带、裙带菜、紫菜、龙须菜等大 型经济海藻，具有生命周期长，生物量大、生产力高，在生长过程中能大量吸收c 、 n 、p 等营养物质，同时增加水体溶解氧( d 0 ) 。因此，近年来，陆续有学者开展了 规模化栽培大型海藻对富营养化海域生物修复的研究 5 1 , 4 7 。在众多的大型海藻中， 江蓠种类多( 1 0 0 多种) ，分布广( 分布在热带和温带海域) ，生长快，经济价值较高( 是 生产琼胶的原料) ，还具有多种商业用途，如提胶、食用、药用、饲料、肥料等。 因而广受人们的关注。f e i ( 2 0 0 4 ) 4 7 1 、杨宇峰和费修梗【5 2 】( 2 0 0 3 ) 提出大规模养殖龙须 菜等大型海藻对富营养化海区进行原位修复是改善养殖区水环境质量非常有效的 手段。 细基江蓠繁枝变型是红藻门江蓠属中一种重要的产琼胶红藻，不但具有巨大 的潜在经济利用价值，而且因其具有适应广( 耐高温等) 、生长快( 繁殖方便、增殖 快速、生物量大等) 、营养储存库大等特点，在修复富营养化水域、防止海区赤潮 等方面具有独特的应用价值。但国内外有关营养盐变化对江蓠生长机制及相关酶 活性的影响研究较少 2 2 , 2 3 , 2 4 】。所以本实验就研究了不同营养盐对江蓠生理、生长及 生化组成的影响。 本文以细基江蓠繁枝变型为实验材料，在实验室条件下研究不同的供氮水平、 不同的氮源、不同的硝氮、氨氮比及不同的氮磷比条件下对江蓠生长、生理各种 酶的活性的影响。通过对这些指标的研究探讨江蓠吸收n 、p 营养盐的机制，阐述 大型海藻在海洋生态系统中的功能，对江蓠养殖的环境控制以及对近海环境保护 和海洋资源的可持续利用具有重要意义。 9 营养盐因了对江蓠生理、生k 发生化组成的影响绪论 参考文献： 1 】张峻甫，夏邦美华南的两种江蓠 a 见：经济海藻分类 g 】第二卷美国：美 国加州大学出版社，1 9 9 8 ，5 ( 3 ) ：2 8 1 2 8 2 【2 2 张峻甫，夏邦美编中国海藻第二卷红藻门【m 北京：科学出版社，1 9 9 9 ， 2 3 7 7 【3 曾呈奎，王素娟，刘思俭等海藻栽培学上海：科技出版社，1 9 8 5 2 2 5 2 5 0 【4 】刘思俭江蓠养殖【m 】北京：农业出版社，1 9 8 8 3 6 6 8 5 】刘美华细江蓠的人工养殖水产科技情报，1 9 9 1 ，1 8 ( 1 ) ：1 1 - 1 2 6 】吴征溢新华本草纲要【m 】第三册上海：科学技术出版社1 9 9 0 7 】唐德才，虞顺鹿角菜名实考辩 j 】山东中医杂志，1 9 9 6 ，1 5 ( 1 2 ) ：5 5 8 - 5 5 9 【8 】赵谋明，刘通讯，吴晖，彭志英江蓠藻的营养学评价营养学报，1 9 9 7 ( 1 9 ) ： 6 4 6 9 9 】周建政，张士璀，等鱼油中e p a 和d h a 对麻醉大鼠左室功能的影响中国海 洋药物，1 9 9 5 ，( 3 ) ：5 8 1 0 】张侃，韩纂等必需脂肪酸对脑发育和功能的影响国外医学妇幼保健分 册，1 9 9 6 ，9 ( 3 ) ：9 9 【1 1 王文涛，周金黄，邢善田，管华诗海藻硫酸多糖对正常及免疫低下小鼠的免 疫调节作用冲国药理学与病理学杂志，1 9 9 4 ，8 ( 3 ) ：1 9 9 2 0 2 ( 1 2 】纪明侯海藻化学 m 】一b 京：科学出版社，1 9 9 7 【1 3 】马育，汤先觉，杨晓兰血液净化吸附剂研究交联琼脂包嵌凹凸棒( c a a ) g k 。 囊的吸附性能【j 重庆医科大学学报，1 9 9 92 4 ( 1 ) ：7 1 7 3 1 4 】李冠武，王广策，齐媛r _ 一藻红蛋白光动力杀伤的形态学机制研究 j 中国 科学技术大学学报1 9 9 9 ，2 9 ( 5 ) ：5 6 0 5 6 4 1 5 张志方，王巍松，张春艳等急性心肌梗塞患者外周t 淋巴细胞表达人体白 细胞d 抗原的变化 j 冲国动脉硬化杂志，1 9 9 9 ，7 ( 2 ) ：1 3 3 1 3 6 1 6 曾繁杰，杨紫营，刘惠平，等条斑紫菜的藻胆蛋白的研究i r 藻红蛋白的物 理和免疫化学性质 j 】中国科学( b 辑) ，1 9 8 6 ，( 4 ) ：3 6 4 3 6 8 1 7 】刘宇峰，徐力致，张成武，等红藻藻蓝蛋白对h l 6 0 细胞生长的抑制作用 中国海洋药物，2 0 0 0 ，( 1 ) ：2 0 2 4 【1 8 】张成武，殷志敏，欧阳平凯藻胆蛋白的开发与利用冲国海洋药物，1 9 9 5 ，( 3 ) ： 营养盐州了对江蓠生理、生k 及生化组成的影响绪论 5 2 5 3 1 9 落心涵，郑树，何立明等藻蓝蛋白用于激光治癌的研究中华实验外科杂 志，1 9 9 5 ，1 2 【2 0 】刘静雯，董双林光照和温度对细基江蓠繁枝变型的生长及生化组成影响 青岛海洋大学学报，2 0 0 1 ，3 1 ( 3 ) ：3 3 2 - 3 3 8 【2 1 许忠能，黄长江，林小涛等环境因子对细基江蓠变型繁枝变型氮、磷吸收速 率的影响应用生态学报，2 0 0 1 ，1 2 ( 3 ) ：4 1 7 4 2 1 2 2 】刘静雯，董双林，马牲温度和盐度对儿种大型海藻生长率和n h 4 - n 吸收的 影响海洋学报，2 0 0 1 ，2 3 ( 2 ) 1 0 9 - 1 1 6 【2 3 黄晓航，温宗存，彭作圣等，间歇施肥对龙须菜的生长和化学组成的影响海 洋与湖沼，1 9 9 8 ，2 9 ( 6 ) 5 7 0 5 7 5 【2 4 】w uc h a o - y u a n ，z h a n gy a h x i a ，l i r e n z h i ，e t a 1 u t i l i z a t i o no f a m m o n i u m n i t r o g e nb yp o r p h y r ay e z o e n s i sa n dg r a c i l a r i av e r r u c o s ah y d r o b i o l o g i a 1 9 8 4 ，1 1 6 1 1 7 ，4 7 5 4 7 7 2 5 a h no ，p e t r e l lrj ，h a r r i s o np a m m o n i u ma n dn i t r a t eu pt a k eb yal a m i n a r i a s a c c h a r i n aa n dn e r e o c y s t i sl u e t k e