披针形蜈蚣藻(Grateloupia lanceolata)的早期发育及其生活史
田伊林;刘雨薇;王宏伟
【摘 要】We investigated the life cycle and the effects of temperature,irradiance,and photoperiod on the early development of Grateloupia lanceolata (Okamura) Kawaguchi under laboratory conditions.Samples were collected in the coastal areas of Dalian,North China in 2015-2016.We obrved that the type of spore development was "mediate discal type".The life cycle included homotypic gametophytes (haploid),carposporophytes (diploid),and tetrasporophytes.The gametophytes were morphologically identical to the tetrasporophytes of G.lanceolata,and characteristic of isomorphic alternation of generations.The interaction among temperature,photoperiod,and irradiance showed a great impact on the discoid crust and edlings development (P＜0.01).Our experiment on interaction between temperature and photoperiod revealed that the suitable temperature range for G.lanceolata growth was 10-25℃,and at 15℃ and 16L:8D,the discoid crust grew fast,the relative growth rate (RGR) reached (9.902±0.51)％/d,and so did the edlings [RG
R=(9.569± 0.48)％/d].In addition,our experiment on interaction between temperature and irradiance demonstrated that:at 15℃C and 80 μmol/(m2·s),the discoid crust grew best [RGR=(10.113±0.51)％/d],and so did the edlings [RGR=(8.839± 0.44)％/d].%在实验室培养条件下,详细观察了披针形蜈蚣藻(Grateloupia lanceolata)早期发育过程及生活史,研究了温度与光周期、温度与光照强度的交互作用对其盘状体发育及幼苗生长的影响.结果表明:(1)披针形蜈蚣藻孢子发育类型为“间接盘状体”类型;(2)披针形蜈蚣藻生活史由单倍体的雌、雄配子体,二倍体的果孢子体和四分孢子体组成,配子体与四分孢子体形态一致,为典型的同型世代交替;(3)温度与光周期、温度与光照强度的交互作用对披针形蜈蚣藻盘状体发育及幼苗生长均有极显著影响(P＜0.01).其中由温度与光周期交互实验得出:适宜披针形蜈蚣藻生长发育的温度范围为10-25℃,在温度15℃、光周期16L:8D的条件下,盘状体相对生长速率最大[RGR=(9.902％±0.51％)/d],幼苗的相对生长速率最大[RGR=(9.569％±0.48％)/d].温度与光照强度交互实验得出:在温度15℃、光照强度80μmol/(m2.s)条件下,盘状体相对生长速率最大[RGR=(10.113％±0.51％)/d],幼苗的相对生长速率最大[RGR=(8.839％±0.44％)/d].本研究为披针形蜈蚣藻的种质保存、人工育苗、规模化栽培以及可持续开发利用提供了理论依据和技术支撑.橙匕首
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【期刊名称】《海洋与湖沼》鲍鱼煲汤
【年(卷),期】2017(048)001
【总页数】9页(P113-121)
【关键词】披针形蜈蚣藻;早期发育;生活史;温度;光照强度;光周期
【作 者】田伊林;刘雨薇;王宏伟
【作者单位】辽宁师范大学生命科学学院 大连 116081;辽宁师范大学生命科学学院 大连 116081;辽宁师范大学生命科学学院 大连 116081
【正文语种】中 文
【中图分类】Q949.29
披针形蜈蚣藻(Grateloupia lanceolata)隶属于红藻门(Rhodophyta)、杉藻目(Gigartinales)、海膜科(Halymeniaceae)、蜈蚣藻属(Grateloupia)。1934年最初被 Okamur
E1接口
a. K发现并命名为 Aeodes lanceolata Okamura (Okamura, 1934)。1954年 Yamada. Y 和Kawabata. S根据藻体结构和生殖器官将其更名为Pachymeniopsis lanceolata (Okamura) Yamada et Kawabata (Kawabata, 1954)。1997年Kawaguchi. S根据形态学研究将其移入蜈蚣藻属, 更名为 Grateloupia lanceolata (Okamura) Kawaguichi (Kawaguchi, 1997)。该种的主要特征为: 藻体直立, 单生或丛生, 深红色或红色带黄色, 粘滑, 革质, 固着器盘状, 向上分裂成数片披针形叶片, 有的叶片为长广圆形或带状, 末端渐尖, 长8—30cm, 甚至可达60cm, 宽3—5cm, 边缘全缘或波浪形(夏邦美, 2004)。生长在风浪较小的中低潮带的岩石上或石沼中(图1)。
近年来, 除日本外, 披针形蜈蚣藻陆续在法国(Verlaque et al, 2005)、美国(Miller et al, 2009)、韩国(Kim et al, 2014)、地中海沿岸(Verlaque et al, 2015)等地被发现。2004年出版的《中国海藻志》第二卷第三册中记载, 该种只在浙江省有分布, 为我国新纪录种(夏邦美, 2004)。2012年, Ye等(2012)在山东省荣成市发现该种, 认为是来自日本和韩国的外来入侵种,并对其四分孢子的放散和附着做了研究。2015年10月, 经过形态观察和对叶绿体基因组中的核酮糖1,5-二磷酸羟化酶/加氧酶大亚基基因(ribulo-1,5-bisphosphate carboxyla/oxygena, rbcL)的分子鉴定, 我们首次在大连发现该种, 鉴定结果另文发表。
披针形蜈蚣藻有较高的经济价值, 可食用(Seo et al, 2013)、药用(Kim et al, 2015), 但尚未被成功开发为人工栽培品种, 原因主要在于人们对其生长、发育等过程还不甚了解。Kawaguchi. S曾简单观察了披针形蜈蚣藻的发育过程, 但没有进行环境因子对其发育影响的研究(Kawaguchi, 1997)。Yang等人根据rbcL和 COI分子序列区分了该种和椭圆蜈蚣藻(G.elliptica)的差异(Yang et al, 2013)。其他基本生物学特征未见报道。
为了补充相关内容, 在实验室条件下, 我们详细观察了其早期发育过程和生活史, 同时研究了温度与光周期、温度与光照强度的交互作用对披针形蜈蚣藻发育的影响, 探讨了适宜盘状体发育及幼苗生长的最优条件, 旨在为披针形蜈蚣藻的种质保存、人工育苗、规模化栽培以及可持续开发利用提供理论依据和技术支撑。
图1 披针形蜈蚣藻野外生境Fig. 1 The habitat of Grateloupia lanceolata注: a. 箭头所指处为披针形蜈蚣藻的雌配子体; b. 箭头所指处为披针形蜈蚣藻的雄配子体
当当响1 材料与方法
1.1 标本采集和处理
李自成
人气美食用于实验培养的成熟披针形蜈蚣藻于2015年10月13日采自大连市黑石礁、星海公园, 于2015年11月12日采自大连市金石滩、付家庄, 于2016年4月8日采自大连市付家庄。首先, 选择成熟囊果比例达到80%左右的雌配子体, 用灭菌海水反复冲洗, 再用毛笔刷洗藻体以除去表面污垢及其他杂藻。在室温通风处阴干1小时, 以刺激孢子放散。将处理好的雌配子体和四分孢子体放入铺满 7个载玻片的灭菌皮氏培养皿中, 加入 PES(Provasoli’s enriched Seawater Medium)培养液, 进行孢子采集。当孢子放散并附着于载玻片上, 在显微镜下观察视野(10×10)中附着的孢子数达到 20—30个时, 移除藻体。培养液每 2天更换1次, 同时加入GeO2(2mg GeO2/1L PES)以防止硅藻的生长。当生长出直立体后, 将其转移至培养缸(10×10×5cm)中进一步培养。
1.2 实验条件设置
1.2.1 预培养 将附着有孢子的载玻片于温度(15±2)°C, 光照强度 80—90μmol/(m2·s), 盐度 30±1,光周期12L∶12D条件下预培养, 直至盘状体直径达到50μm左右。
1.2.2 温度与光周期的双因素实验设计 将预培养后的盘状体分别置于温度 5、10、15、20、25、30°C共6个梯度, 光周期设置为8L∶16D、12L∶12D、16L∶8D共3个梯度, 共18个组
合, 每组设置3个平行样, 其余条件与预培养一致。PES培养液每2天更换1次, 从每个实验组中随机抽取10个盘状体并测量其直径, 培养周期14天。当幼苗高度达到500μm时, 从每个实验组中随机挑选 10个幼苗测量其高度, 培养周期21天。当代青年
1.2.3 温度与光照强度的双因素实验设计 根据温度与光周期交互实验得出的最佳实验条件用于温度与光照强度的实验中。将预培养后的盘状体分别置于温度5、10、15、20、25、30°C共6个梯度, 光照强度设置为 50、80、110μmol/(m2·s)共 3 个梯度, 共18个组合, 每组设置 3个平行样, 其余条件同预培养。PES培养液每2天更换1次, 每个实验组中随机抽取10个盘状体并测量其直径, 培养周期14天。当幼苗高度达到 500μm时, 每个实验组中随机挑选 10个幼苗测量其高度, 培养周期21天。
1.3 发育过程观察和数据统计
使用 Olympus BH2显微镜(Olympus Beijing Co.Ltd., China)进行观察并拍照记录。使用Excel 2010进行数据统计。利用公式 RGR(%/d)=(lnWt -lnW0)/t×100%求得盘状体和幼苗的相对生长速率。其中W0为盘状体初始直径或幼苗初始高度, Wt为培养t天(d)后盘状体直径或幼苗高度。用Adobe Photoshop CS4图像处理, 使用 Spss 22.0进行双因素方差分析(t
wo-way ANOVA), 若差异显著再用 Tukey’s进行多重比较,以 P＜0.05作为差异显著水平, 本文内数值均为平均值±标准差。
2 结果
2.1 披针形蜈蚣藻早期发育过程
披针形蜈蚣藻的囊果突出于雌配子体两面, 呈深红色, 成熟囊果直径达到 200—350μm(图 2a)。随后囊果上形成直径为50—80μm的囊果孔(图2b), 果孢子经由囊果孔放散出来, 并附着在载玻片上(图2c)。果孢子呈深红色, 球形, 直径为 15μm 左右(图2d)。在24h内果孢子的原生质体一侧凹陷(图2e), 并向凹陷对侧移动, 同时果孢子的另一端凸起并伸长形成萌发管, 原生质体向萌发管移动, 并在原地留下半透明胶状物质(图 2f—g)。当原生质全部移动到萌发管后, 在凹陷处形成一道隔膜, 随后原生质体开始横向分裂形成上下两个大小、形态一致的原生质体,然后纵向分裂成四个呈“十”字形排列的原生质体,直至形成多细胞的团状结构。随着原生质体的分裂,另一端的空泡及其中半透明胶状物质逐渐变小直至消失(图2h—k)。随后邻近的细胞团融合, 形成较大的细胞团(图2l—m)。当细胞团分化出水平方向分裂的基细胞和垂直方向上分裂的顶细胞时, 进入了盘状体时期(图 2n)。盘状体直径逐渐扩大, 邻近的
盘状体相互融合形成更大的盘状体(图 2o—p), 其直径最大可达到300μm左右(图 2q)。30天左右, 形成直立枝(图 2r); 50天左右直立枝继续生长形成早期幼苗, 随后继续发育成披针状或二叉分枝的幼苗; 100天左右幼苗长到了约0.5cm高(图2s); 150天左右, 幼苗达到1cm高, 并且在幼苗叶片的先端有≥2个披针形的分枝(图2t)。四分孢子的发育过程与果孢子发育过程几乎一致。
2.2 生活史
图3为披针形蜈蚣藻的生活史, 由有性世代及无性世代组成。有性世代中, 配子体为雌雄异体。雄配子体成熟后由藻体的外表皮细胞形成球形、无色的精子囊。每个精子囊产生一个无色球形的精子。雌配子体成熟后, 由藻体的内皮层细胞分化形成果胞枝生殖枝丛和辅助细胞生殖枝丛。果胞枝生殖枝丛由 12个以上椭圆形或略扁形细胞组成, 果胞枝为2个细胞,即果胞和下位细胞, 果胞末端有一长受精丝。辅助细胞生殖枝丛的主枝由13个椭圆形或略扁形细胞组成,辅助细胞椭球形, 比其他枝丛细胞大, 颜色较深。精子进入受精丝, 到达果胞内与卵细胞结合为合子。受精后的果胞与下位细胞融合形成融合胞。融合胞与邻近的辅助细胞均产生联络丝, 融合胞内的合子通过联络丝进入辅助细胞内继续发育。由辅助细胞产生产
孢丝。产孢丝细胞不断分裂, 集生成为囊果。成熟囊果突出于藻体表面两侧, 呈深红色斑点。果孢子囊成熟后,释放出果孢子, 果孢子经过不断分裂形成盘状体, 盘状体继续分裂形成直立枝, 最终发育成四分孢子体。
