高温下芽孢杆菌对坛紫菜生长及生理的影响

坛紫菜是我国东海区栽培的重要经济海藻,其生长适温为20°C,极限高温为29°C。高温和病原菌均会导致坛紫菜生长受抑、藻体病烂。为研究高温下藻际微生物对坛紫菜生长的影响,本文以坛紫菜叶状体和藻际芽孢杆菌(实验证明该菌株在20°C下为紫菜的益生菌)为材料,检测了在28°C下藻际芽孢杆菌对坛紫菜相对生长率(RGR),抗氧化酶(SOD、POD)活性,可溶性蛋白、游离脯氨酸(Pro)、丙二醛(MDA)和藻胆蛋白含量等生理指标的影响。结果显示,28°C下,在实验初始阶段,菌藻共培养组坛紫菜比纯培养对照组有较高的RGR,但随着培养时间的延长,两组的RGR无显著性差异;4 d后两组坛紫菜均出现腐烂,菌藻共培养组的藻体腐烂程度更为剧烈;培养24 h后,菌藻共培养组的SOD、POD活性和MDA水平均显著高于对照组,而渗透调节物质可溶性蛋白和Pro显著低于对照组;共培养组中,坛紫菜的藻胆蛋白含量均显著高于对照组。该研究表明,28°C下,虽然在短期内藻际芽孢杆菌会促进坛紫菜的生长,但随着培养时间的延长反而不利于坛紫菜的生长,且加剧活性氧和渗透压胁迫,表明该菌的生态功能因环境变化而发生了改变。     

坛紫菜响应高光胁迫的分子机制

坛紫菜（Neoporphyra haitanensis）生活于中高潮区，退潮后会遭受到周期性的强光胁迫，但高潮复水后坛紫菜叶状体可以快速恢复正常生长，表明坛紫菜具有极强的耐高光能力。然而，其耐高光机制尚不明确。为此，本研究挑选了两个耐高光能力具有显著差异的坛紫菜新品系作为研究对象（绿色品系：9-IV；桔色品系：WO141-3），测定了高光胁迫下两个品系藻体的光合速率、抗氧化酶活性等生理指标，构建了两个品系的差异转录表达谱，并结合荧光定量分析技术获得了调控坛紫菜耐高光的关键通路和基因。具体结果如下：在高光胁迫下，两种坛紫菜品系叶状体的丙二醛含量均显著上升，光系统部分基因表达量显著降低，藻体光合能力显著下降。进一步分析发现，WO141-3品系在高光处理1 h具有更强的高光抗性，而9-IV品系在处理4 h后具有更强的高光抗性，造成这种差异的主要原因是：高光胁迫处理1 h时，WO141-3品系具有更高的活性氧清除能力、更强的非光化学淬灭能力以及更低的色素含量和捕光蛋白基因表达量；而在高光胁迫处理4 h时，9-IV品系的活性氧清除能力和非光化学淬灭能力更强，色素含量和捕光蛋白基因表达量都更低。以上结果说明，坛紫菜藻体可以通过激活非光化学淬灭机制和抗氧化系统，以及降低色素含量和捕光蛋白基因表达应对高光胁迫，避免遭受过度光损伤和氧化损伤。本研究结果为阐明紫菜的耐高光机理奠定了理论基础。     

坛紫菜北方海区养殖试验

为进一步拓展坛紫菜“南菜北养”的范围，2018年和2019年在山东烟台海区进行了坛紫菜“闽丰2号”的养殖试验。2018年9月中旬将购自江苏、幼苗肉眼可见的网帘投放下海，至12月上旬采收五水(第一次采收的紫菜叫头水或一水紫菜，后面的依次叫二水、三水、四水、五水),总产量为2 359.5 kg/hm²(干质量);2019年8月下旬，采用坛紫菜成熟贝壳丝状体在当地进行采苗、下海，9月下旬进行一水紫菜的收获，至11月中上旬共采收五水，总产量为1 574.3 kg/hm²(干质量)。随着收获期的延长，藻体的长度、宽度均呈增加趋势，但2个年度产量分别以三水和四水为最高。海区营养盐测定结果表明：海水中的无机氮浓度随着养殖时间的延长呈降低趋势，10月份的无机氮浓度明显低于8月份的，晒网同时喷洒施肥后藻体颜色快速好转，且产量有所提高，表明试验海区营养盐条件是影响坛紫菜养殖的重要因素之一。为避免病害发生，在养殖过程中应及时施肥以促进藻体生长，提高坛紫菜的产量和质量。     

圆紫菜壳孢子萌发体和叶状体的耐高温性观察

圆紫菜(Pyropia suborbiculata)被认为具有较强的耐高温性,但是否优于坛紫菜(Pyropia haitanensis)仍是未知。研究分别将圆紫菜野生品系(PS-WT)和坛紫菜栽培品系(PH-WT10)的壳孢子萌发体和叶状体置于23 ℃(常温)和30 ℃(高温)下培养,结果发现:培养14 d后,在23 ℃ 组中,PS-WT和PH-WT10的壳孢子萌发体的存活率和假根发生率均超过99%,两者差异不显著;但在30 ℃组中,PS-WT的存活率和假根发生率分别为32.9%和99.3%,PH-WT10的存活率和假根发生率仅为16.8%和49.3%,两者差异极显著。此外,在30 ℃组中,含9个以上细胞的壳孢子萌发体的百分率,PS-WT和PH-WT10分别为86.1%和1.0%,两者差异极显著。将在23 ℃下培养30 d的叶状体再置于30 ℃下培养10 d,PS-WT的叶状体除生长减慢,细胞颜色变红外,其他均无异常,未出现死亡细胞,而PH-WT10的叶状体生长显著变慢,细胞颜色变淡,色素体由星状变成弥散状,出现较多的死亡细胞。另外,与实验开始时的初始值相比,经30 ℃培养10 d的叶状体的最大光量子产量(F_v/F_m),PS-WT增加了1.8%,而PH-WT10却下降了34.5%。上述结果初步证实,圆紫菜野生品系(PS-WT)的壳孢子萌发体和叶状体的耐高温性均明显优于坛紫菜栽培品系(PH-WT10)。     

坛紫菜优良品系的品质分析

坛紫菜优良品系（HR-5）具有叶状体薄、味道好、生长快、壳孢子放散量大等优良特性，为了将其培育成新品种，本文对该品系和传统栽培品系（WT-dt）的海区栽培菜的粗蛋白质、总氨基酸、游离氨基酸等含量进行了测定，其结果如下：1. 一至三水菜的粗蛋白质含量：HR-5为45.2~38.0%，WT-dt为39.5~33.2%，前者的含量均显著高于后者（P＜0.05）；且随着采收期的增加，它们的粗蛋白质含量均逐渐下降。2. 两个品系的总氨基酸含量：HR-5为361.8~287.4 mg/g，WT-dt为321.8~264.8 mg/g，前者的含量均高于后者（P＜0.05），也随着采收期的增加，它们的总氨基酸含量均逐渐下降。3. 两个品系的游离氨基酸含量：HR-5为3391.8~1983.2 mg/100g，WT-dt为2930.2~2046.7 mg/100g，一水和二水菜的游离氨基酸含量前者均显著高于后者（P＜0.05）。4.前三水菜的主要呈味氨基酸：HR-5显著高于WT-dt（P＜0.05），且随着采收期的增加，它们的含量均逐渐下降。上述结果证实：HR-5品系的粗蛋白质、总氨基酸、游离氨基酸和主要呈味氨基酸等含量等均比WT-dt品系高，这是该新品系的味道明显好于WT-dt品系的原因所在。