海帶(Laminaria japonica Aresch)早期發(fā)育對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)及其與其它環(huán)境因子交互作用的響應(yīng).pdf

1、本文綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)生態(tài)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及電鏡技術(shù)與方法，探討了大型褐藻-海帶(Laminaria japonica Aresch)早期發(fā)育對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)及與其它環(huán)境因子交互作用的響應(yīng)，為明確全球環(huán)境變化，特別是UV-B輻射持續(xù)增強(qiáng)對(duì)大型海藻早期發(fā)育的影響作用提供科學(xué)依據(jù)。 1.海帶早期發(fā)育對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng) 劑量為11.7和23.4 J m-2d-1UV-B輻射對(duì)游孢子的附著無(wú)顯著影響，而當(dāng)UV-B輻射劑量大于35.1

2、 J m-2d-1時(shí)，游孢子的附著率顯著低于對(duì)照組。低劑量UV-B輻射組(11.7-35.1 J m-2 d-1)中的胚孢子萌發(fā)率均大于93％，而高劑量組(46.8-70.2 J m-2d-1)的萌發(fā)率在78.5％-88.5％之間，表明高劑量的UV-B輻射對(duì)胚孢子萌發(fā)的影響顯著。游孢子釋放120 h后，劑量為35.1-70.2 J m-2d-1UV-B輻射處理組中僅有極少數(shù)胚孢子發(fā)育為配子體，大部分已死亡。與對(duì)照組相比，低劑量的UV-B

3、輻射下幼孢子體發(fā)生率顯著降低，雌配子體克隆發(fā)生率顯著上升。然而，低劑量UV-B輻射對(duì)配子體性別比、雌配子體和幼孢子體的生長(zhǎng)率無(wú)顯著影響。研究表明，增強(qiáng)的UV-B輻射能顯著影響海帶早期發(fā)育階段的多項(xiàng)指標(biāo)(如游孢子附著、胚孢子萌發(fā)、配子體和幼孢子形成等)，但對(duì)配子體性別、配子體和幼孢子體生長(zhǎng)無(wú)明顯影響。 2.溫度和UV-B輻射對(duì)海帶早期發(fā)育的交互作用 5℃下，UV-B輻射(11.7，23.4和35.1 J m-2 d-1)刺

4、激了海帶胚孢子的萌發(fā)；而10，15、20℃與UV-B輻射組合處理對(duì)胚孢子的萌發(fā)無(wú)顯著影響。除15℃下配子體發(fā)生率與UV-B輻射劑量變化無(wú)顯著關(guān)系外，其他溫度(5，10和20℃)下，配子體發(fā)生率隨UV-B輻射劑量的增加而顯著降低。20℃和UV-B輻射(0，11.7，23.4和35.1 J m-2 d-1)之間存在顯著交互作用，導(dǎo)致了20℃下雄配子體比例和雌配子體發(fā)育率隨UV-B輻射劑量的增加而顯著降低。第30d時(shí)，10℃下各實(shí)驗(yàn)組中的幼孢

5、子體發(fā)生率均顯著高于其它溫度下相同水平的UV-B輻射組，而20℃下雌配子體克隆的發(fā)生率較高。研究表明，溫度和UV-B輻射對(duì)海帶早期發(fā)育的影響存在顯著的交互作用，改變了海帶配子體形成、生長(zhǎng)、發(fā)育以及幼孢子體和雌配子體的發(fā)生等發(fā)育進(jìn)程。 3.溫度與UV-B輻射對(duì)海帶配子體細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響 溫度和UV-B輻射組合處理對(duì)海帶配子體細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的影響，主要表現(xiàn)在細(xì)胞壁厚度、色素體結(jié)構(gòu)以及蛋白核的數(shù)量和形態(tài)變化上。5和10℃下UV

6、-B輻射導(dǎo)致配子體細(xì)胞壁明顯減薄，而15℃下細(xì)胞壁明顯增厚。上述3個(gè)溫度下，UV-B輻射組中配子體的色素體片層結(jié)構(gòu)均模糊不清，且類囊體出現(xiàn)斷裂或粘聯(lián)。配子體細(xì)胞中的蛋白核數(shù)量在UV-B輻射的刺激下明顯增加，UV-B輻射組中的配子體細(xì)胞中均含2個(gè)以上的蛋白核。此外，在配子體線粒體大小、質(zhì)體小球數(shù)量以及產(chǎn)生畸形細(xì)胞的形態(tài)等方面，各溫度與UV-B輻射處理組合組與空白組之間均存在一定程度的差異。綜合前一章的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高溫下UV-B輻射能刺激

7、配子體細(xì)胞壁厚度增加，在一定程度上能減輕UV-B輻射對(duì)色素體、線粒體等細(xì)胞器的傷害。 4.營(yíng)養(yǎng)元素(氮、磷)和UV-B輻射組合處理對(duì)海帶生活史早期生長(zhǎng)發(fā)育的交互 作用 UV-B輻射能顯著影響胚孢子萌發(fā)、配子體形成、幼孢子體和雌配子體克隆發(fā)生，且與不同的氮、磷濃度之間存在顯著的交互作用。配子體形成的最適條件為氮濃度N-0，磷濃度P-0且UV-B輻射水平為UVB-0；氮濃度為N-1，磷濃度為P-2或P-1，UV-B

8、輻射水平為UVB-0時(shí)最有利于幼孢子體發(fā)生；氮濃度為N-0，磷濃度為P-1且UV-B輻射為UVB-2時(shí)是雌配子體克隆形成的最佳條件。UV-B輻射對(duì)雌配子體大小和相對(duì)生長(zhǎng)率(RGR)影響的主效應(yīng)不顯著，而雌配子體的相對(duì)生長(zhǎng)率受氮、磷濃度和UV-B輻射劑量間二維交互作用(N*P，N*UVB，P*UVB)的影響顯著。海水中氮、磷濃度變化對(duì)雄配子體比例無(wú)顯著影響，而UV-B輻射以及UV-B輻射與N、P濃度間的二維(N*P，N*UVB，P*UVB

9、)和三維(N*P*UVB)交互作用顯著影響了雄配子體比例。研究表明，UV-B輻射和海水中氮、磷濃度對(duì)海帶早期發(fā)育階段的交互作用十分明顯，且交互作用會(huì)隨著海帶發(fā)育時(shí)期的變化而呈現(xiàn)出較大差異。 5.不同光合有效輻射(PAR)強(qiáng)度和光質(zhì)條件下海帶早期發(fā)育對(duì)UV-B輻射增強(qiáng)的響應(yīng) 方差分析顯示，PAR強(qiáng)度為35μmol photons m-2 s-1時(shí)，UV-B輻射對(duì)配子體形成、雌配子體發(fā)育和葉綠素含量的不利影響最小，且對(duì)雌配子

10、體克隆的發(fā)生有一定的促進(jìn)作用，不利于幼孢子體的形成。光質(zhì)與UV-B輻射之間的交互作用顯著影響了配子體形成、雌配子體發(fā)育、幼孢子體和雌配子體克隆發(fā)生及葉綠素a的含量。與白光相比，藍(lán)光能顯著緩解UV-B輻射對(duì)配子體發(fā)生率、雌配子體發(fā)育和葉綠素a含量的不利影響；紅光下UV-B輻射對(duì)配子體發(fā)生率的不利影響小于白光，卻加劇了UV-B輻射對(duì)雌配子體發(fā)育和葉綠素a含量的不利影響；綠光對(duì)海帶早期發(fā)育最為不利。藍(lán)光、紅光和綠光均顯著抑制了幼孢子體的形成。

11、藍(lán)光對(duì)雌配子體克隆發(fā)生有一定的刺激作用，藍(lán)光與UV-B輻射劑量為23.4 J m-2 d-1的處理組合是本實(shí)驗(yàn)中雌配子體克隆發(fā)生的最適條件。研究表明，不同的PAR強(qiáng)度、光質(zhì)與UV-B輻射之間存在顯著的交互作用，對(duì)配子體形成、雌配子體發(fā)育、幼孢子體和雌配子體克隆發(fā)生及葉綠素a含量產(chǎn)生明顯的影響。 6.UV-B輻射對(duì)海帶幼孢子體生長(zhǎng)和生理的影響輻射處理期間(第2-10 d)，3個(gè)輻射劑量(低劑量：11.7：中劑量：46.8；高劑量：

12、93.6 J m-2 d-1)處理組的海帶幼孢子體體長(zhǎng)和體重的相對(duì)增長(zhǎng)率顯著低于對(duì)照組(即0 J m-2 d-1)；第6-10 d內(nèi)，低劑量處理組和高劑量處理組的葉綠素a含量與對(duì)照組相比呈現(xiàn)出完全相反的變化趨勢(shì)，前者顯著高于對(duì)照組，后者顯著低于對(duì)照組；中、高劑量處理組中的ATP酶活性在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間均顯著低于對(duì)照組，而低劑量組與對(duì)照組無(wú)顯著差異。培養(yǎng)海水中氮、磷元素缺乏與中劑量UV-B輻射聯(lián)合作用條件下的海帶幼孢子體體長(zhǎng)、體重相對(duì)增長(zhǎng)率與

13、中劑量UV-B輻射單獨(dú)處理組無(wú)顯著差異；輻射處理初期(第2-4 d)，氮、磷缺乏與中劑量UV-B輻射共同處理組的ATP酶活性明顯高于單獨(dú)輻射處理組，后期(第10 d)則顯著低于單獨(dú)輻射處理組；氮、磷元素的缺乏加劇了中劑量UV-B輻射對(duì)幼孢子體葉綠素a含量的影響，氮、磷缺乏與中劑量UV-B輻射組合處理組的葉綠素a含量顯著低于中劑量UV-B輻射單獨(dú)處理組。在高劑量UV-B輻射處理過(guò)程中附加一定強(qiáng)度的光合有效輻射(photosynthetic