不同藻类对蒙古裸腹溞存活和生殖的影响

钱军　李洪武　杨子兰

摘要：通过生命表技术观察以裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻为饵料时蒙古裸腹溞的存活率、生殖率，并分析、探讨不同藻类对蒙古裸腹溞生活史特征的影响。结果表明：蒙古裸腹溞摄食绿色巴夫藻后生存、繁殖良好，摄食塔玛亚历山大藻后次之，摄食裸甲藻后对其存活、生殖均有不良影响；投喂不同藻类对蒙古裸腹溞的存活率（lx）、净生殖率（R0）、平均世代周期（T）、内禀增长率（rm）有不同的影响，裸甲藻分别为0、1.50、6.27、0.06，塔玛亚历山大藻分别为0、6.90、7.41、0.26，绿色巴夫藻分别为0.05、13.50、10.05、0.259。

关键词：蒙古裸腹溞；内禀增长率；塔玛亚历山大藻；裸甲藻；绿色巴夫藻

中图分类号： S917 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）07-0477-04

有毒赤潮产生的毒素使海洋动物生理失调，并在浮游动物、贝类、鱼等海洋生物内积累，然后通过食物链的传递作用使人类食用后中毒死亡，甚至严重降低人们对水资源的有效利用率。有毒赤潮带来的生态危机是我国迫切需要解决的环境问题，近年来生物操纵技术成为防治赤潮研究的热点。经典的生物操纵理论最早是1975年由Shapiro等提出的，其主要原理是用植食性大型浮游动物，特别是枝角类控制藻类的过度生长进而降低藻类生物量[1]。

针对有毒藻类对浮游动物的影响，陈艳等发现微囊藻毒素（mieroeystin，MC）能降低褶皱臂尾轮虫的生长周期、繁殖和种群增长率，并诱导轮虫雄性个体的发生[2]。史文等的研究结果表明，摄食有毒铜绿微囊藻的大型溞存活率极低，生殖率为0[3]。陈桃英研究发现，10株不同的塔玛亚历山大藻对蒙古裸腹溞表现出不同的毒性效应，与小球藻组相比，其中塔玛亚历山大藻（ATHK、ATCI03、AT5-1）、相关塔玛亚历山大藻（AC-1，AS-1）对蒙古裸腹溞（Moina mongolina）的存活有极强的毒性[4]。王丽平等研究塔玛亚历山大藻毒素对褶皱臂尾轮虫的毒害作用时发现，其中只有完整的活藻细胞具毒害作用，且早期生长阶段的藻细胞对轮虫毒害作用更强[5]。然而很多研究都偏向有毒藻类对桡足类、轮虫、大型溞等的影响，对海洋枝角类的影响研究甚少。蒙古裸腹溞雌体长 1.0～1.4 mm，在0.5%～4%的广阔盐幅内生长、繁殖都没有显著差异[6]，而且容易培养，生长繁殖迅速，同时可以通过孤雌生殖方式获得大量同龄个体，是一种可以用来研究浮游动物在赤潮中摄食作用的理想模式生物。

本研究通过生命表技术分析蒙古裸腹溞在以裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻这3种藻类为饵料时的种群动态。其中，所用裸甲藻、塔玛亚历山大藻为赤潮甲藻，裸甲藻是无毒的[7]，而塔玛亚历山大藻是有毒的。本研究为探讨水体中藻类优势种演替对浮游动物影响，以及为利用蒙古裸腹溞进行水体生物操纵控制藻类过度增长的可能性提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用60头蒙古裸腹溞是由1头蒙古裸腹溞母体在恒温25 ℃下培养获得子代后，去除母体的子代作为母体继续培养，再去除母体，留下子代继续陪养，直至获得60头生长营养状况相同的蒙古裸腹溞。试验中的裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻均来自大连海洋大学，当藻类密度达到10万个/mL 后开始试验。

1.2 试验方法

本试验设3个试验组，分别以裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻作为蒙古裸腹溞的饵料，每组10个重复。在30个烧杯中分别加入20 mL培养液，开始试验后，随机加入2头蒙古裸腹溞幼体。每2 d更换1次20 mL培养液，以保证幼溞有充足的饵料，同时统计、记录死亡的母体数、新生的幼溞数。本试验的持续时间为29 d（2015年1月4日至2月1日）。

1.3 数据处理

根据试验结果编制生命表[8]，计算摄食不同藻类的蒙古裸腹溞的净生殖率（R0，%）、平均世代周期（T，d）、内禀增长率（rm）：

2 结果与分析

2.1 以不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的存活情况

分别制作以裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻为饵料培养蒙古裸腹溞29 d的生命表，详见表1至表3。

根据以上生命表，可以得到以3种不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的存活曲线。由图1可知，3种藻为饵料的蒙古裸腹溞的存活曲线各不相同。以绿色巴夫藻为饵料的蒙古裸腹溞能保持正常生命活动；以塔玛亚历山大藻、裸甲藻为饵料的蒙古裸腹溞的存活状况均低于绿色巴夫藻，可能由于塔玛亚历山大藻毒素对蒙古裸腹溞具有毒害作用，而且蒙古裸腹溞存活率对毒性效应呈稳步下降的趋势；相对来说，以裸甲藻为饵料投喂的蒙古裸腹溞的存活率最低，试验5～7 d，其存活曲线变化最大，死亡溞数最多，11 d时全部死亡；与此同时，投喂其他藻类的蒙古裸腹溞的存活率分别是 30%、65%，说明以裸甲藻为饵料对蒙古裸腹溞有致命性作用。

2.2 以不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的生殖情况

根据生命表，可以得到以3种不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的生殖曲线（图2）。由图2可以看出，3组蒙古裸腹溞孤雌生殖产生后代，最早3 d可产生后代，最晚5 d产生后代。绿色巴夫藻投喂的蒙古裸腹溞一直到试验21 d都有新生溞体产生。用裸甲藻投喂的蒙古裸腹溞只在5、7 d产生了幼体。裸甲藻投喂组的生殖率在7 d出现了1个高峰，因为5～7 d期间裸甲藻组的溞体死亡最多，导致生殖率升高。在3～11 d，摄食塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻的蒙古裸腹溞的生殖曲线基本相近，说明摄食的塔玛亚历山大藻暂未影响到蒙古裸腹溞的生殖；但在11～13 d之间，蒙古裸腹溞母体大量死亡，存活数下降，生殖率升高。

通过对生命表里数据的计算，可以得到以3种不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的净生殖率（R0）、平均世代周期（T）。由表4可知，裸甲藻组的净生殖率最低，绿色巴夫藻组的净生殖率最高，最高、最低净生殖率之间相差9倍；塔玛亚历山大藻组的净生殖率可以达到裸甲藻组的4.6倍。由此可知，不同藻类对蒙古裸腹溞的生殖量产生不同的影响。不同藻类培养的蒙古裸腹溞其世代周期也不一样，塔玛亚历山大藻组、裸甲藻组的世代周期相近，绿色巴夫藻组的世代周期最长，是其他2组的1倍多。

2.3 以不同藻类为饵料时蒙古裸腹溞的种群增长情况

由表4可知，不同藻类培养的蒙古裸腹溞的内禀增长率不同，而内禀增长率是理想条件下种群的最大瞬时增长率，表现了种群的扩繁能力，即种群的增长潜力[9]。由表4还可知，3组藻的蒙古裸腹溞种群都有增长，但裸甲藻组的内禀增长率明显最低，仅为0.06，接近0；而塔玛亚历山大藻组、绿色巴夫藻组的内禀增长率基本一致，为裸甲藻组内禀增长率的4倍多。不同藻类对蒙古裸腹溞种群增长率的影响表明，水体中藻类优势种的演替，可能对蒙古裸腹溞的种群产生影响，从而改变其种群的增长。

3 结论与讨论

3.1 不同藻类对蒙古裸腹溞的生活史特征的影响

本试验结果表明，在为期29 d的试验过程中，蒙古裸腹溞分别以裸甲藻、塔玛亚历山大藻、绿色巴夫藻为饵料时的存活率、生殖率都存在差异，其存活率分别为5%（绿色巴夫藻）、0（塔玛亚历山大藻）、0（裸甲藻），而净生殖率分别为13.5%（绿色巴夫藻）、6.9%（塔玛亚历山大藻）、1.5%（裸甲藻），种群增长能力分别为0.26（塔玛亚历山大藻）、0.259（绿色巴夫藻）、0.06（裸甲藻）。这些结果表明不同藻类对蒙古裸腹溞种群增长的饵料效应是不同的。

造成上述结果的原因可能有藻类粒径、有无细胞壁、有无毒性、有无物理黏附、营养组成等。绿色巴夫藻细胞无细胞壁，大小为6.0 μm×4.8 μm×4.0 μm[10]，非常适合蒙古裸腹溞的滤食；塔玛亚历山大藻细胞长为 20～52 μm[10]，虽然较适合蒙古裸腹溞的滤食，但是具有细胞壁，且能释放毒素，对蒙古裸腹溞产生毒性效应，因此导致其存活率、生殖率有所下降；裸甲藻细胞侧扁，呈圆形或椭圆形，长120 μm[11]，个体较大，还有可能是裸甲藻对蒙古裸腹溞有物理黏附作用，导致裸甲藻不适合蒙古裸腹溞的滤食，从而造成蒙古裸腹溞存活率、生殖率极低。此外，不同藻类的不同营养组成成分可能对蒙古裸腹溞种群有不同的饵料效应。有研究表明，藻类碳磷比对枝角类具有显著影响[12-13]，本试验未进行这3种藻类营养成分的进一步分析，因此这3种藻类的营养成分是否会对蒙古裸腹溞种群的饵料效应产生影响须要进行进一步研究。

3.2 裸甲藻对蒙古裸腹溞生活史的影响

有研究发现，若长时间将哲水蚤置于裸甲藻藻液中，哲水蚤会有很高的死亡率，而且蚤体周围有裸甲藻黏附的现象[14]，这说明很有可能是裸甲藻同样黏附在蒙古裸腹溞周围，使其失去游动能力或无法捕食而大量死亡。究其原因，有学者对Gyrodinium corsicum进行电镜观察，认为该藻表面的细丝结构使其容易吸附于浮游动物体表，这种物理接触导致的毒害作用可能是导致浮游动物繁殖力下降的真正原因[15]。通过显微镜观察，裸甲藻黏附在死亡的蒙古裸腹溞体表周围，裸甲藻极有可能通过其表面的细丝结构吸附在蒙古裸腹溞表面，在这种捕食条件恶劣的情况下，蒙古裸腹溞进行两性生殖，而不进行孤雌生殖，生殖率降低，影响裸甲藻的存活、生殖，因此裸甲藻对蒙古裸腹溞的各项生活史特征均有不良影响。

3.3 有毒亚历山大甲藻对蒙古裸腹溞生活史的影响

塔玛亚历山大藻组在3～11 d的生殖曲线与绿色巴夫藻基本一致，但11～13 d蒙古裸腹溞大量死亡。一方面可能是因为浮游动物可以通过捕食后再吐出或使毒素生理代谢失活等方式来躲避藻毒素的伤害[16-17]；另一方面可能是因为塔玛亚历山大藻毒素是一种位于细胞壁外层的内毒素，内毒素在塔玛亚历山大藻死亡之前向外分泌得很少，只有在死亡裂解后藻才会释放，从而危害蒙古裸腹溞，这种毒害作用有一定的延迟效应，Mohamed也有过类似的研究[18]，说明毒素可能从消化道被动物吸收，然后影响生物体；此外，毒素有可能并不会直接对浮游动物的生存产生影响，而是会逐渐在浮游动物体内积累，当毒素累积到一定程度后会直接危害浮游动物。

江天久等进一步研究发现，单一饵料试验时，当塔玛亚历山大藻在一定浓度范围内时，蒙古裸腹溞的摄食率随藻类浓度的增加而升高，当藻类浓度超过1 390个/mL，蒙古裸腹溞的摄食率随藻类浓度的增加而降低[19]。在本试验中，塔玛亚历山大藻的浓度远远超过1 390个/mL，蒙古裸腹溞的摄食率逐渐下降。由此可见，塔玛亚历山大藻对蒙古裸腹溞生活史的影响受到藻毒素、塔玛亚历山大藻浓度2个方面因素的影响。

3.4 利用蒙古裸腹溞控制有毒亚历山大赤潮存在的问题

蒙古裸腹溞摄食塔玛亚历山大藻后其内禀增长率达到0.26，种群在一定时间内得到有效增长，但并不足以表明在野外自然条件下蒙古裸腹溞可以有效控制塔玛亚历山大藻赤潮。一方面，有研究表明塔玛亚历山大藻的浓度超过一定阈值，蒙古裸腹溞的摄食率与藻类浓度成反比[19]，当赤潮暴发时，藻类浓度大幅度超过阈值，单一浮游动物的摄食率下降，无法有效降低浮游植物的生物量；另一方面，有毒赤潮藻毒素在蒙古裸腹藻摄食一段时间后影响其生活史。有野外调查显示，枝角类长期适应和发展出对藻毒素的可遗传的抵抗力。同时发现，经常与有毒赤潮接触的浮游动物，由于与某一赤潮藻长时间共同生存，协同进化的结果可以使浮游动物对藻毒素形成免疫能力或适应能力，除非达到罕见的高浓度，一般不会产生致死效应，并能摄食维持生长[20-22]。因此，蒙古裸腹溞可以不断适应藻毒素，在赤潮过程中发挥摄食作用，降低浮游植物生物量。可以通过逐步增加塔玛亚历山大藻浓度，提高蒙古裸腹溞对藻毒素、藻浓度的耐受阈值，从而筛选出耐受性较强的溞体进行培养，培养后的溞体更能有效地进行生物操纵控制赤潮。

研究不同藻类对蒙古裸腹溞存活率、生殖率等生活史特征的影响，可以促进对赤潮暴发时浮游植物优势种改变、浮游动物优势种或种群结构变化的理解。特别是有毒赤潮的发生，可以针对浮游动物优势种变化来进一步研究这种优势种在一定程度上是否可以改善水环境的污染。

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