Seeding nets with neutral spores of the red alga Porphyra umbilicalis (L.) Kützing for use in integrated multi-trophic aquaculture (IMTA)

Nets in traditional Porphyra mariculture are seeded with conchospores derived from the conchocelis phase, and spend a nursery period in culture tanks or calm coastal waters until they reach several centimeters in length. Some species of Porphyra can regenerate the foliose phase directly through asexual reproduction, which suggests that the time, infrastructure, and costs associated with conchocelis culture might be avoided by seeding nets with asexual spores. Here, we present work from a short-term mariculture study using nets seeded with asexual spores (neutral spores) of a native Maine species of Porphyra. Porphyra umbilicalis (L.) Kützing was selected for this proof of concept research because of its reproductive biology, abundance across seasons in Maine, and evidence of its promise as a mariculture crop. We studied the maturation, release, and germination of the neutral spores to develop an appropriate seeding protocol for nets, followed by development of a nursery raceway to provide an easily manipulated environment for the seeded nets. Neutral spores were produced throughout the year on the central Maine coast; however, there was a temporal variability in the number and survival of released neutral spores, depending upon thallus position in the intertidal zone. Small thalli were strictly vegetative, but most thalli reproduced by neutral spores; sexual reproduction was absent. Neutral spores germinated quickly at 10 and 15 °C, but germination was delayed at 5 °C. Unlike some algal zygotes and spores, neutral spores of P. umbilicalis required light to germinate; however, irradiances of 25 and 100 μmol photons m^− 2 s^− 1 were equally sufficient for germination. Rafts of seeded nets were deployed in Cobscook Bay, Maine, at two distances from salmon aquaculture pens and at a control site on a nearby, fallow aquaculture site (no salmon). There was no difference in nitrogen content of harvested thalli; however, both the density and the surface area of harvested thalli were different among the sites. The possible causes of these differences are discussed in the context of potential use of P. umbilicalis in IMTA.     

条斑紫菜蛋白酶解液脱色脱腥技术研究

以条斑紫菜为原料采用木瓜蛋白酶制备紫菜蛋白酶解液,以活性回收率和脱色率为评价指标,研究酶解液的脱色脱腥技术。试验结果表明,紫菜盐酸提取液色素最大吸收峰为550nm;在单因素试验基础上,通过正交试验优化后的脱色工艺条件为活性炭用量10g/L、脱色温度60℃、脱色时间40min、pH 6.5,脱色后的酶解液呈浅黄色,活性回收率逾90%。     

坛紫菜泛素连接酶PhCUL1基因克隆与功能验证

高温影响坛紫菜(Pyropia haitanensis)的产量和品质,是制约紫菜产业发展的主要因素。前期研究发现,高温胁迫下,坛紫菜泛素蛋白酶体系统相关基因显著上调表达,但其响应高温胁迫的分子功能还未知。本研究通过分子生物学、遗传学等技术手段对坛紫菜cullin E3连接酶基因(PhCUL1)的功能进行研究。利用PCR方法克隆了PhCUL1基因的全长,PhCUL1全长为2500 bp,开放阅读框(ORF)长度为2481 bp,该基因存在1个Cullin (407~618 aa)结构域和1个Cullin Nedd8 (754~821 aa)结构域,其中,Cullin Nedd8结构域为蛋白融合位点。进化树分析显示,PhCUL1在进化上与脐形紫菜(Porphyra umbilicalis)有较近的亲缘关系。qRT-PCR结果显示,PhCUL1基因被高温显著诱导。为进一步阐明PhCUL1的分子功能,将其转入莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)进行功能验证,过表达PhCUL1株系比野生型更能耐受高温胁迫。同时,在高温33℃下处理3 h和6 h内,转基因植株的PhCUL1基因呈上调表达。这初步说明PhCUL1基因在坛紫菜响应高温胁迫过程中发挥着重要作用,其具体调控机制有待进一步研究。本研究有助于阐明坛紫菜泛素蛋白酶体系统响应高温胁迫的分子机制,为指导耐高温新品种选育提供理论依据。     

生态因子对条斑紫菜自由丝状体生长的影响

报道了生态因子对条斑紫菜自由丝状体生长的影响,结果表明,条斑紫菜自由丝状体生长的最适宜盐度范围为２０￣３０,低于１０的盐度不能生长,最适宜温度范围为１５℃￣２５℃,高限为３０℃,适宜光辐射照度１５μＥｍ％－２Ｓ＾－１￣６０μＥｍ＾２Ｓ＾－１,添加的适宜Ｎ浓度２０ｇ／ｍ＾３￣６０ｇ／ｍ＾３,Ｐ为１．５ｇ／ｍ＾３￣５ｇ／ｍ＾３。     

温度、光强和密度对条斑紫菜壳孢子放散的影响

在实验室内可控条件下,用充气培养的条斑紫菜成熟的壳孢子囊枝作材料,研究温度(5～20℃),光强(5～115μmol／m^2.s)和壳孢子囊枝的密度(0．075～1．709mg／ml)对壳孢子放散的影响。结果表明：(1)在5～20℃范围内,壳孢子均可以放散,温度越低,壳孢子开始放散得越早．但高峰期不明显,且放散的周期很长;20℃是最适宜的放散温度,放散的壳孢子数量多,放散集中。(2)壳孢子的放散在低光强和高光强条件下都较差,57μmol／m^2.s条件下壳孢子放散量多而集中。(3)壳孢子囊枝的密度影响壳孢子放散,低密度条件下壳孢子放散快但总量少;密度太高．壳孢子放散极其缓慢;适宜的壳孢子囊枝密度有利于壳孢子放散。     

3种植物生长调节剂对坛紫菜自由丝状体生长与光合色素含量的影响

采用单因素分析法,比较研究了添加3种外源植物生长调节剂(吲哚乙酸IAA、2,4-二氯苯氧乙酸2,4-D、激动素KT)对野生型坛紫菜(Pyropia haitanensis)自由丝状体生长及光合色素含量的影响。结果表明:与对照组相比,低浓度的IAA(0.5~4.0 mg·L~(-1))和KT(0.5~2.0 mg·L~(-1))对藻体的特定生长率有显著影响,以2.0 mg·L~(-1)IAA和1.0 mg·L~(-1)KT对藻体的促生长效应最大,培养25 d时藻体鲜重增加最大,分别是对照组的1.90倍和1.52倍(P0.05)。高浓度的IAA(6.0~10.0 mg·L~(-1))和KT(4.0~10.0 mg·L~(-1))却会抑制藻体生长(P0.05)。培养25 d时,与对照组相比,2.0 mg·L~(-1)IAA和1.0 mg·L~(-1)KT均有利于叶绿素a(Chl a)和类胡萝卜素(Car)的合成,Chl a含量分别增加了23.7%和23.8%;Car含量分别增加了31.0%和28.6%(P0.05)。然而,高浓度的IAA和KT(6.0、10.0 mg·L~(-1))不利于Chl a的合成,其处理浓度越高,Chl a含量下降越多。与对照组相比,较低浓度的IAA(1.0~2.0 mg·L~(-1))明显促进藻红蛋白(PE)和藻蓝蛋白(PC)合成,其中2.0 mg·L~(-1)IAA处理组PE、PC含量最高,分别增加了59.1%和45.7%(P0.05)。较低浓度的KT(0.5~2.0 mg·L~(-1))均有利于PE、PC合成,其中0.5 mg·L~(-1)KT处理组的PE、PC含量增加最多,分别提高了48.4%和50.5%(P0.05)。高浓度的IAA(6.0、10.0 mg·L~(-1))和KT(10.0 mg·L~(-1))则明显降低了PE、PC合成(P0.05)。2,4-D对藻体的特定生长率和光合色素合成无显著影响(P0.05)。     

坛紫菜杂交品系优势的初步评价

通过坛紫菜诱变选育品系和野生选育品系间杂交,筛选出了4个经济性状优良的杂交品系(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ);杂交品系的子代表现出较大的杂交优势,既具有亲本优势,又具有超亲优势;品系Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ的3～5cm幼苗经过10d培育,平均日增重量的超标优势分别达12.35%、139.78%、107.57%和173.52%;杂种优势指数达99.83%、213.07%、184.44%和243.05%;品系Ⅱ耐高温能力较强,在29℃水温中可正常生存10d以上;品系Ⅲ在4个杂交品系中生长最快,培育20d时藻体的平均长度是父本的1.29倍,总藻胆蛋白含量最高,达(103.83±0.49)mg/g干品;品系Ⅳ和Ⅴ藻体宽而薄,不易腐烂和老化,其中品系Ⅳ叶绿素含量高达(9.79±0.48)mg/g干品,比母本高46.21;从杂交品系的性状稳定性来看,品系Ⅱ的F2和F3叶状体长度生长相对稳定,品系Ⅲ的F3叶状体经过选育后,生长性能比F2叶状体更加突出。和F2叶状体相比,品系Ⅳ的F3各项指标表现出较大的稳定性。本研究为坛紫菜杂交育种的应用积累了有用资料。     

紫菜的生殖与生活史研究进展

紫菜（Porphyra sp．）是目前世界上人工养殖海藻中经济价值较高的种类。紫菜通过不同的生殖方式来完成生活史，从而达到繁衍后代的目的。紫菜的生殖主要有无性生殖和有性生殖，单性生殖是一种特殊的有性生殖。紫菜生殖方式的多样性决定了生活史的多样性，这是进化过程中对不同环境做出的不同反应。紫菜的生殖和生活史受基因控制属遗传基础研究，它对紫菜的育种应用起着重要的指导作用。本文对紫菜生殖和生活史的研究状况以及研究中存在的问题进行评述，旨为紫菜的育种的研究和应用提供理论参考。     

紫菜种内原生质体的融合和融合体再生

利用酶解法分离出野生型叶状体和红色突变体的坛紫菜原生质体以及条斑紫菜野生型叶状体的原生质体，再用聚乙二醇（PEG）法进行种内原生质体融合，当加入原生质体液内的PEG被稀释除去百，原生质体发生融合并形成许多杂合体，种内原生质体融合率坛紫菜为9.7%-12.4%，条斑紫菜为10%-11.5%。PEG分子量在1540-6000之间，随着分子量的提高，原生质体融合率增高，原生质体融合体被挑出来进行单个培养，经过30天培养坛紫菜的一个杂合体（含一个红色原生质体和一个进驻生型原生质体）再生成一个呈红色和野生色的相嵌叶状体，鸸 个含两个红色原生质体的融合体再生成一个在基部和头部均长假根的叶状体，但来自这个再生体的原生质体只长成具有一个假根的叶状体，从原生质体融保体的再生体以及它们无性繁殖体的结果来看，坛紫菜的种内原生质体融合体可能只发生了细胞质融合，而真正的核融合并没有发生，培养15-20天，条斑紫菜的原生质体融合体先再生成细胞团，然后由细胞团释放出许胞子并萌发成正常野生型叶状体。     

营养盐可得性对坛紫菜氮磷吸收、生长及藻红蛋白含量的影响

实验室条件下,研究了N、P浓度、不同化合态N及N∶P比值对坛紫菜(Porphyra haitanensis)N、P吸收速率,以及P浓度对坛紫菜生长速率和藻红蛋白含量的影响。结果表明,随着营养盐浓度的升高,坛紫菜对N、P的吸收速率也随之增高,当无机氮浓度达到100μmol/L时,坛紫菜对N、P的吸收速率趋向接近最大值;当NO3--N∶NH4+-N比值为1∶5时,坛紫菜对N的吸收达到最大值;坛紫菜对P的吸收速率随NO3--N∶NH4+-N比值的减小而略有增大;坛紫菜对N的吸收速率随着N∶P比值的增大而增大,而对P的吸收速率随着N∶P比值的增大而减小;在磷浓度低于12μmol/L的情况下,坛紫菜的生长速率和藻红蛋白含量随着P浓度的升高而增加,高于12μmol/L时,则不再增加。