磷缺乏后补充对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光参数的影响

张达娟，张树林，戴伟，毕相东，许莹芳，卫玲玲

磷缺乏后补充对铜绿微囊藻生长及叶绿素荧光参数的影响

张达娟，张树林通信作者，戴伟，毕相东，许莹芳，卫玲玲

（天津农学院 水产学院 天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300392）

磷是组成藻细胞的生命元素之一，对藻类生长具有重要作用，亦是水华蓝藻暴发的重要限制因子。本研究在实验室条件下模拟磷缺乏后再补充对铜绿微囊藻生长和叶绿素荧光参数的影响。结果表明，7 d后，磷缺乏处理组铜绿微囊藻细胞密度比对照组低0.58×107cell/mL，二者之间有显著差异（＜0.05），处理组显著低于对照组；磷补充后，铜绿微囊藻生长迅速，培养结束时处理组和对照组细胞密度基本相等，、和显著高于对照组。该研究结果可为防控铜绿微囊藻水华暴发提供参考。

铜绿微囊藻；磷缺乏；磷补充；叶绿素荧光参数

磷是组成藻细胞核酸、磷脂、ATP等的基本元素，对微藻的生长代谢具有重要作用。在自然水体中溶解性磷含量较高，占总磷的90%以上，藻细胞可直接吸收溶解性磷合成磷化合物，参与细胞的光合作用及蛋白、碳水化合物和脂类化合物的合成及交换，在藻细胞代谢过程中起着十分重要的作用[1-4]。有研究发现在低磷条件下，小分子有机磷与微量元素的共同作用激发铜绿微囊藻（）迅速生长并产生毒素[5]。在磷缺乏的情况下铜绿微囊藻仍保持较高的生长速率，主要是由于其储磷的能力和对有机磷盐较强的利用能力[6]，铜绿微囊藻细胞在有机磷条件下产生的碱性磷酸酶主要受磷浓度调控，与磷的形态无关[7]；也有研究表明，溶解态无机磷和溶解态小分子有机磷会影响碱性磷酸酶活性[8]，碱性磷酸酶活性加强会加快大分子有机磷降解成小分子有机磷，从而让藻细胞更易吸收和存储小分子有机磷[9]，相对其他藻类更有竞争优势。

磷在限制淡水生态系统初级生产力水平方面是主导因素[2]，引起水体富营养化问题的关键因素之一是磷的过量输入，因此，减少外源磷输入和加强内源磷消耗是治理水体富营养化、改善水质和降低蓝藻暴发的常见手段[3-4]。磷浓度增加通常会导致水体中浮游植物群落组成向可形成水华的蓝藻演替，且当水体中总氮/总磷比小于29时，水华蓝藻会占优势，为水华的暴发提供条件[10]。然而在自然水体中，因废水排放、降雨及底泥营养物质释放等，氮、磷营养盐在水体中的含量时刻在发生变化。本研究以铜绿微囊藻905藻株为研究对象，在实验室条件下模拟磷缺乏后再补充对其生长和叶绿素荧光参数的影响，以期为预防微囊藻水华暴发提供参考。

1 材料与方法

1.1 藻种培养

铜绿微囊藻（905）购自中国科学院武汉水生生物研究所。使用BG-11培养基进行培养，条件如下：光照强度40 μmol/（m2·s）、（27±1）℃，光暗比12 h∶12 h。

1.2 试验设计

本试验设1个对照组和1个处理组，每组3个平行，对照组采用正常的BG11培养基，处理组采用无磷的BG11培养基，分别处理7 d，接种密度均为2×107cell/mL，培养条件与藻种培养条件相同。经7 d 处理后，将对照组和试验组中藻液离心，取藻泥，均接种至正常BG-11培养基中，在磷补充后的第0、12、24、48、72、96、120、144小时取样测定细胞密度和叶绿素荧光参数。

1.2.1 细胞密度测定

在光学显微镜下使用血球计数板计数铜绿微囊藻细胞个数，计算藻细胞密度。

1.2.2 叶绿素荧光参数测定

利用浮游植物分类荧光仪（PHYTO－PAMWALZ）对叶绿素荧光参数进行测定，测定方法参见张媛媛等[11]。检测所得叶绿素荧光基础参数（、、、）和最大电子传递速率（ETR）、通过计算得到最大光能转化效率（）、实际光能转化效率（）和有效光能转化效率（）。

计算公式：

1.3 数据分析

试验结果均用平均值±标准差的形式表示，在统计软件SPSS 18.0中利用独立样本T检验进行统计分析，当＜0.05即为差异显著，＜0.01为差异极显著；＞0.05差异不显著。采用Excel 2017进行数据整理和制图。

2 结果与分析

2.1 磷缺乏后补充对铜绿微囊藻细胞密度的影响

磷缺乏后补充对铜绿微囊藻细胞密度的影响见图1，经7 d处理后，对照组和处理组细胞密度分别为3.12×107cell/mL和2.54×107cell/mL，二者之间有显著差异（＜0.01），由此可见磷缺乏对微囊藻生长具有显著抑制作用。磷恢复后，处理组细胞迅速恢复生长，至72 h时，处理组和对照组基本持平，分别为3.66×107cell/mL和3.64×107cell/mL，至培养结束，二者之间没有显著差异（＞0.05）。

2.2 磷缺乏后补充铜绿微囊藻叶绿素荧光参数的影响

磷缺乏7 d 后，对照组铜绿微囊藻（0.36）比处理组（0.22）高0.14，二者之间有显著差异（＜0.05）。从磷恢复后的第12小时开始处理组开始显著升高，直至试验结束，一直显著高于对照组（＜0.05）（图2）。

铜绿微囊藻变化如图3所示，在磷缺乏7 d后，对照组微囊藻细胞显著高于处理组（＜0.05），随后处理组明显升高，至培养结束，显著高于对照组（＜0.01）。

经7天磷缺乏处理后，对照组比处理组高0.02（图4），但二者之间没有显著性差异 （＞0.05），随后处理组中微囊藻逐渐上升，至培养结束时比对照组高0.02，仍不具有显著差异（＞0.05）。

经7d磷缺乏处理并未对铜绿微囊藻的ETR产生显著影响（＞0.05），至磷恢复后第72小时，对照组与处理组铜绿微囊藻ETR分别为27.67和29.33，开始出现显著性差异（＜0.05）；至培养结束，对照组与处理组的ETR分别为28.00和29.67，处理组比对照组高1.67，二者之间仍有显著性差异（＜0.05）（图5）。

3 讨论

叶绿素荧光与光合作用的各反应过程紧密相关，可以反映出植物的光合生理状态，以此反应环境因子与植物光合作用的内在联系[12]。当微藻受到环境胁迫时，光合作用过程受到影响，光合效率降低，藻细胞吸收的过剩光能通过热量及荧光的形式散发出去[13]。叶绿素荧光技术在光合作用基础上，以植物叶绿素为探针，反映植物体内光合生理状态，为测定和观察胁迫环境中藻类光合生理状态提供可能[14]。研究表明，在生物胁迫检测中、等指标具有较好的灵敏反 应[15]，可以深入了解环境胁迫对微藻光合效率，主要是PSII的影响。

本研究中，磷缺乏胁迫铜绿微囊藻7 d后，藻细胞密度、和都显著低于对照组，处理组比对照组低0.14，铜绿微囊藻光合作用速率受到磷缺乏显著影响。研究表明，小球藻（sp.）、微小亚历山大藻（）受磷限制时，藻密度、叶绿素a含量和迅速降低[16-17]，培养9 d后，微小亚历山大藻的降低了37.31%，与本研究结果基本一致。营养盐缺乏对藻类胁迫与作用时间有着密切关系，筒柱藻（sp.）叶绿素荧光参数、细胞密度、干质量、总质量及脂肪酸组成均随着氮、磷缺乏时间延长而显著降低[18]。藻细胞降低表明磷缺乏可能引起铜绿微囊藻PSII反应中心受损，阻碍光合电子传递过程，抑制光合作用的原初反应。降低说明磷缺乏阻止了藻细胞同化力形成，进而影响对碳固定与同化。

磷缺乏后补充可以显著提高铜绿微囊藻的光合作用速率，尤其以和响应最为迅速，自磷补充第12小时开始，处理组显著高于对照组，在磷补充后期开始显著升高。张达娟等研究表明，当氮元素缺乏后补充，最先做出响应的荧光参数指标也是和[19]，由此可见，和是对营养盐缺乏和补充较敏感的指标。磷饥饿后补充使海洋小球藻（sp.）迅速上升，对磷“过度”吸收造成其有效电子产量大幅度升高[20]；使铜绿微囊藻大量吸收磷并储存，待接近饱和时，光合作用加强，迅速生长[21]。研究表明，铜绿微囊藻可在聚合磷酸合成酶的作用下将ATP转化为聚合磷PolyP，作为储存磷[18]，当外源磷浓度不足时，会上调磷吸收相关基因和碱性磷酸酶编码基因的表达，通过提高磷吸收速率和水解利用有机磷两种途径适应低磷环境[22]，这可能是铜绿微囊藻能在天然水体中迅速占优势的主要原因。

本研究表明磷缺乏可以显著抑制铜绿微囊藻的细胞密度及光合作用速率；磷补充后，铜绿微囊藻细胞密度及光合作用速率均有所升高，和等叶绿素荧光参数对磷营养盐缺乏后再补充具有良好的响应作用。

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Effects of phosphorus supplements on the growth and chlorophyll fluorescence parameters of phosphorus deficiency

Zhang Dajuan, Zhang ShulinCorresponding Author, Dai Wei, Bi Xiangdong, Xu Yingfang, Wei Lingling

（Tianjin Key Laboratory of Aqua-Ecology and Aquaculture, College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China）

Phosphorus, an important element in algal cells, plays a vital role in the growth of algal, and is also an important limiting factor of cyanobacteria bloom. Effects of Simulated phosphorus supplement after deficiency on the growth and chlorophyll fluorescence parameters under laboratory conditions were carried out in this study. The results showed that, the cell density ofin the treatment group was 0.58×107cell/mL lower than that of control group significantly（＜0.05）after phosphorus deficiency 7 days. Thein the treatment group was also significantly lower than that of control group. After phosphorus supplement,grew fast, and the cell densities of both control and treatment groups were basically same by the end of the cultur, but the,andofin the treatment group were significantly higher than that of the control group. The results of this study can be used as a reference for the prevention and control ofbloom.

; phosphorus deficiency; phosphorus supplement; chlorophyll fluorescence parameters

1008-5394（2021）04-0031-04

10.19640/j.cnki.jtau.2021.04.008

S949

A

2020-04-14

天津市自然科学基金项目（19JCYBJC30000）；天津市淡水养殖产业技术体系创新团队（ITTFRS2021000009）；天津市教委科研计划项目（2021KJ110）；天津市高等学校创新团队基金项目（TD13-5089）

张达娟（1981—），女，实验师，博士，研究方向：养殖水环境调控与修复。E-mail：dajuanzhang@163.com。

张树林（1963—），男，教授，博士，研究方向：养殖水环境调控与修复。E-mail：shulin63@sina.com。

责任编辑：张爱婷