不同培養溫度對海洋纖毛蟲種群增長的影響

海洋纖毛蟲在微生物食物環中發揮著重要而特殊的作用。它也是引起紅潮和水產養殖動物疾病的常見品種，并已成為人們越來越關注的對象。近年來，采用現代技術進行了對海洋纖毛蟲分類和自然生態的深入研究，進行了物質循環、世界變化以及生物資源的再生和分布。然而，相關個體和實驗生態研究仍然是一個薄弱環節，尤其對海洋纖毛蟲的功能和地位尚不清楚。大量信息缺失，如種群增長和毒性試驗數據不足[2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12]。近年來，海洋纖毛蟲的純培養試驗僅限于單一集體的自然海水培養溶液，這對物種群的增加或不同培養液對同種纖毛蟲群的增長起到了一定的作用。然而，關于人工海水培養溶液中沿海原生動物的純培養，對生態毒理學、生物測試、內陸、海洋原生動物實驗生態學和分子生物等領域的研究具有重要意義。在新近的工作中,作者探討了纖毛蟲對細菌種群增長的影響及在不同碳-氮比下纖毛蟲種群動力學等.作為系列研究的第4部分,本文選擇常見周叢生海洋纖毛蟲扇形游仆蟲(EuplotesvannusMüller,1786)為實驗動物,探討其在不同人工海水培養液中及在不同溫度下的種群增長規律,以期初步了解纖毛蟲在人工海水中對能量來源的選擇性及其種群動力學.1材料和方法1.1原生動物細胞庫的制備實驗用扇形游仆蟲(E.vannus)來自中國海洋大學原生動物細胞庫,11℃保種.實驗前接種于0.3g/L牛肉浸膏培養液中,23℃下擴大培養至種群密度達到2500ind./mL(約72h)后備用.1.2繁殖溶液1.2.1餾水的加入選用大島配法,即每1000mL蒸餾水加入28gNaCl、0.8gKCl、5gMgCL2·6H2O和1.2gCaCl2·H2O.1.2.2培和酵母浸膏制備分別取牛肉浸膏、蛋白胨和酵母膏粉(分析純,AR)10g溶于100mL人工海水中,分別配制成100g/L牛肉浸膏、蛋白胨培和酵母浸膏粉培養液3種母液,靜置24h后備用.1.2.3培養基的制備分別取0.3mL無菌上述培養母液加入100mL人工海水中,分別配制0.3g/L牛肉浸膏、蛋白胨和酵母浸膏粉培養液.米粒培養液按每100mL人工海水中加入30粒消毒米粒配制而成.1.3養成液的制備實驗共設4組,于不同培養液接種扇形游仆蟲:(1)RV組:米粒培養液;(2)BEV組:牛肉浸膏培養液;(3)PV組:蛋白胨培養液;(4)YEV組:酵母浸膏粉培養液.實驗在12孔細胞培養板中進行.每孔加入2mL培養液并接種10個游仆蟲.每組分別設兩個平行樣,分別于17℃和23℃下培養1.4參數和數據處理1.4.1數據分析方法實驗共持續12d.實驗期間每隔12h測定纖毛蟲密度:前5d直接于OlympusSZX12型實體顯微鏡(32×)下進行視野法計數,每孔觀察8個視野,然后取平均數.之后,每孔取25μL樣品置于0.1mL浮游生物計數框,加25μL魯哥氏液固定后于解剖鏡下計數,重復2次,取平均數,要求每兩次計數誤差不超過10%,最后換算成每毫升蟲體個數.數據分析采用統計軟件SPSS,多重顯著性檢驗采用One-wayANOVA方法,雙樣本平均值顯著性差異檢驗采用t檢驗.在檢驗前纖毛蟲種群密度進行對數轉換,種群增長率進行反正切函數轉換.1.4.2種群密度和自然對數計算種群自然增長率根據公式lnNt=lnN0+rt(Nt為時間t時的種群密度,N0指初始種群密度,r為自然增長率),以最小二乘法回歸分析得出,即以時間為橫坐標,因變量是纖毛蟲密度(每毫升個體數)的自然對數,其斜率即種群自然增長率r.1.4.3自然增長率r的計算通過二分裂方式進行繁殖的原生動物及其他動物的世代時間(G)與種群自然增長率(r)之間的關系為:G=ln2/r.將上述實驗所得r值代入公式,即得出相應的世代時間(G).1.4.4計算溫度系數q溫度系數Q10的計算公式為Q10=(r2/r1)10/(T2-T1),式中r2和r1分別為在溫度T2和T1下的種群自然增長率.2結果2.1衰退期7.圖1為扇形游仆蟲在17℃和23℃下于4種不同培養液中的種群增長曲線.圖中顯示,兩種溫度下的種群增長過程的共同點是:①均存在停滯期、指數期、穩定期、衰退期4個時期;②BEV組增長均最先達到密度高峰;③RV組種群增長達到高峰最晚,但種群密度最高且穩定期較長;④YEV和PV組種群密度較前兩組低,其中后者最低.同時,還顯示出各組種群增長曲線之間存在著不同程度的差異.在17℃處理組中,①BEV組種群在經過24h的停滯期后進入指數增長期,至132h(5.5d)種群密度達到高峰[(563±20)ind./mL],之后進入穩定期[平均密度(403±9)ind./mL],240h(10d)后進入衰退期;②RV組種群增長明顯滯后于BEV組,36h后進入指數增長期,于192h(8d)種群密度最大值[(867±9)ind./mL]并進入穩定期[平均密度(547±9)ind./mL],衰退期不明顯;③YEV組種群經過36h后進入指數增長期,至144h(6d)時進入穩定期,但種群密度低于前兩組[最大值324ind./mL,穩定期平均值(263±6)ind./mL],216h(9d)后進入衰退期;④PV組與YEV組類似,只是種群密度更低,最大值為(89±10)ind./mL,穩定期平均值為(46±3)ind./mL(圖1-A).在23℃處理組中,①BEV組種群在36h后進入指數增長期,比17℃處理組提前1d(108h,4.5d)種群密度達到高峰[(505±10)ind./mL],之后進入穩定期[平均密度(393±10)ind./mL],但比17℃處理組提前3d(168h,7d)進入衰退期;②RV組種群增長同樣也明顯滯后于BEV組,48h后進入指數增長期,但比17℃處理組提前2d(144h,8d)到達種群密度最大值[(689±19)ind./mL]后進入穩定期(平均密度[(505±17)ind./mL],最后于228h(9.5d)進入衰退期;③YEV組種群經過24h后進入指數增長期,至132h(6d)時進入穩定期,種群密度仍然低于前兩組,高于17℃處理組[最大值(358±3)ind./mL,穩定期平均值(317±9)ind./mL],比17℃處理組提前1.5d(180h,7.5d)進入衰退期;④PV組種群經12h即進入指數增長期,至108h(4.5d)進入穩定期,但種群密度仍低于YEV組而高于17℃處理組,最大值為(152±18)ind./mL,穩定期平均值為(81±6)ind./mL,216h(9d)后進入衰退期(圖1-B).經比較:①最大種群密度與穩定期平均種群密度在RV組最高,其次是BEV組及YEV組,最低是PV組;②指數增長期與穩定期在17℃處理組長于23℃處理組;③YEV組與PV組最高種群密度與穩定期平均種群在23℃下均高于17℃,而BEV組和RV組略有差異.One-wayANOVA檢驗表明,兩種溫度下各處理組種群最大密度及穩定期平均密度之間均存在著顯著性差異(P<0.05,表1).t檢驗表明,除PV組(P=0.085)外,其余處理組的最高種群密度在17℃和23℃兩種溫度培養下均存在著顯著性差異(P<0.05,表2);除BEV組(P=0.054)與RV組(P=0.065)差異不顯著外,其余處理組穩定期平均密度在23℃培養下均顯著高于17℃下(P<0.05,表2).2.2種人工海水培養液中種群增長的時代圖2-A、B分別顯示扇形游仆蟲在17℃和23℃下于4種人工海水培養液中的種群增長率.由該圖可知,扇形游仆蟲在4種培養液中的種群增長率大小順序為:BEV組>RV組>YEV組>PV組.圖2-C、D分別顯示扇形游仆蟲在17℃和23℃下于4種人工海水培養液中種群增長的世代時間.從圖中可以看出,扇形游仆蟲在4種培養液中的種群增長世代時間大小順序為BEV組<RV組<YEV組<PV組.One-wayANOVA檢驗表明,除23℃下的YEV組與RV組外,其余各處理組的種群增長率均顯現出顯著性差異(P<0.05,表3).t檢驗表明,除PV組外,其余3種培養液中種群增長率在23℃培養下均顯著高于17℃下增長率(表3).2.3種培養液中溫度系數的變化表4顯示的是扇形游仆蟲在4種人工海水培養液中的溫度系數.由表4得知,扇形游仆蟲在4種培養液中的溫度系數存在著不同程度的差異,其中只有BEV組與PV組的溫度系數超過了2(表4).統計學分析表明,只有YEV組的溫度系數與BEV組和PV組之間存在著顯著性差異外(P<0.05),其余處理組間的溫度系數差異不顯著(表4).3混合培養體系的選擇迄今的研究工作表明,纖毛蟲實驗種群的增長通常符合邏輯斯蒂增長曲線,并在細胞分裂前普遍存在一個停滯期.Taylor等(1975)從生態學角度上將這一現象解釋為纖毛蟲種群對外界環境反應的一種生態策略.接種的個體在進入一新的環境中后,總是通過迅速生長以及推遲分裂時間來達到它的最大體積,一旦在達到最大體積之前食物被用完,采用這種生長方式可以保證細胞最大限度地獲取食物.在體積達到一定程度之后,大細胞將不停分裂直至達到種群最大數目,這樣可以提高個體尋找其他食物來源的可能性,從而保證了種群的生存和繁衍.從生理學角度來講,存在停滯期的另一可能原因是種內存在著某種形式的調節.本工作中所采用的纖毛蟲屬于菌食性種類,故培養方法依然按照國際間所通用的培養方法,即將餌料種類與纖毛蟲混合培養,同時提供致富細菌的培養液.在這一人工海水為基質的混合體系中,細菌生長繁殖所需的碳、氮源和能量均來自牛肉浸膏、米粒、酵母粉或蛋白胨.對種群增長曲線的分析表明,扇形游仆蟲在兩種溫度下于4種人工海水培養液中的種群增長均符合邏輯斯蒂增長曲線,但指數增長期和穩定期在4種培養液中差異較大,其中牛肉浸膏培養液(BEV)組種群指數增長期較短,米粒培養液(RV)組種群指數增長期及穩定期均較長.另外,結果還顯示,升高溫度可以明顯縮短種群的指數增長期和穩定期.對種群密度的分析表明,最大種群密度與穩定期平均種群密度在米粒培養液(RV)組最高,其次是牛肉浸膏培養液(BEV)組及酵母粉培養液(YEV)組,最低是蛋白胨(PV)組.該結果表明,在這4種培養液中,米粒與牛肉浸膏人工海水培養液為可選擇的最佳培養液,其中前者除了適合于海洋纖毛蟲的保種培養外,與后者一樣也適合于種群的擴大培養,但后者更適合于在較短時間內實現種群的快速擴大培養,而其他兩種培養液則只適合于保種培養.海洋纖毛蟲種群自然增長率及世代時間是種群生態學研究中的重要參數,對于研究水體生態系的物質循環和能量流動、種群增長與繁殖以及海洋纖毛蟲對環境脅迫的適應情況等問題都具有重要意義.本實驗結果表明,扇形游仆蟲在不同人工海水培養液中的種群自然增長率及世代時間存在很大差異(牛肉浸膏組最大,其次是米粒組),且在不同溫度下同種培養液中的種群自然增長率及世代時間也存在很大差異(23℃下的種群增長率在均顯著高于17℃).溫度對扇形游仆蟲的影