海洋寡毛類纖毛蟲的室內培養

于 瑩, 張武昌, 許恒龍, 肖 天

(1. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態與環境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國海洋大學 海洋生物多樣性與進化研究所, 山東 青島 266003; 3. 中國科學院 研究生院, 北京 100049; 4. 國家海洋局 海洋生態系統與生物地球化學重點實驗室, 浙江 杭州 310012)

海洋寡毛類纖毛蟲的室內培養

Laboratory culture of marine oligotrich ciliates

于 瑩1,3,4, 張武昌1,4, 許恒龍2, 肖 天1

(1. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態與環境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 中國海洋大學 海洋生物多樣性與進化研究所, 山東 青島 266003; 3. 中國科學院 研究生院, 北京 100049; 4. 國家海洋局 海洋生態系統與生物地球化學重點實驗室, 浙江 杭州 310012)

海洋寡毛類纖毛蟲包括無殼寡毛類纖毛蟲和砂殼纖毛蟲, 是一類微小的單細胞原生動物(粒徑大小在5~200 μm)。它們是微型浮游動物和海洋微食物環的重要組成部分[1], 在微食物環和經典食物鏈中起著重要的樞紐作用[2-3], 即完成物質和能量由pico-和nano-級生產者的初級消費者和營養再生者向 meso-級浮游動物和魚類幼蟲的傳遞[4]。

至今人們通過海洋野外調查已開展了大量的纖毛蟲生態學研究, 但有關海洋寡毛類纖毛蟲室內培養及個體及種群生態學研究一直是薄弱環節[5]。而要深入研究纖毛蟲種群動力學, 纖毛蟲與上下營養級之間攝食與被攝食的關系等都需要纖毛蟲的成功培養作為基礎。本研究總結了海洋寡毛類纖毛蟲的室內培養歷史、種類及條件等, 為進一步開展該類群纖毛蟲的培養及下游研究提供參考。

1 海洋寡毛類纖毛蟲的培養歷史

海洋寡毛類纖毛蟲培養的先驅是 Kenneth Gold[6], 他在 1968年首次進行海洋寡毛類纖毛蟲的培養實驗, 成功培養了管狀擬鈴蟲(Tintinnopsis tubulosa)、百樂擬鈴蟲(Tintinnopsis beroidea)及鐘形網紋蟲(Favella campanula)等砂殼纖毛蟲, 創立了基礎培養基(Basal medium D), 為后來海洋寡毛類纖毛蟲的培養工作奠定了基礎。

1985年之前, 海洋寡毛類纖毛蟲的培養工作進展緩慢, 培養成功的案例并不多。Heinbokel[7]在1978年成功培養了錐形旋口蟲(Helicostomella subulata)、梳狀真丁丁蟲(Eutintinnus pectinis)、四線甕狀蟲(Amphorella quadrilineata)、尖底擬鈴蟲(Tintinnopsiscf.acuminate)及百樂擬鈴蟲; Paranjape[8]在1980年成功培養錐形旋口蟲; Stoecker等[9]在1981年成功培養愛氏網紋蟲(Favella ehrenbergii)。

1985年, Gifford[10]建立了海洋寡毛類纖毛蟲采集及培養的方法和規范, 并成功創立了目前仍為人們廣泛采用的“纖毛蟲培養基”。從此海洋寡毛類纖毛蟲的培養進入了快速發展時期, 尤以20世紀90年代最為繁盛, 其中 Montagnes[11-12]、Stoecker[9,13-14]、Strom等[15-19]在海洋寡毛類纖毛蟲的培養工作中作出了很大的貢獻。

2 成功培養的海洋寡毛類纖毛蟲種類

迄今人們已成功培養 13屬26種海洋寡毛類纖毛蟲, 其中砂殼纖毛蟲 6屬 10種, 無殼寡毛類纖毛蟲7屬16種(表1)。擬盜蟲屬(Strombidinopsis), 俠盜蟲屬(Strobilidium), 擬鈴蟲屬(Tintinnopsis)及急游蟲屬(Strombidium)4屬培養出的纖毛蟲種類比較多, 尤其是急游蟲屬, 已報道的有6種。

目前, 成功培養的海洋寡毛類纖毛蟲主要來自北美洲東西部近岸海區, 其中大部分分布在美國東西部海岸, 如Puget Sound、Port Aransas、Vineyard Sound及Perch Pond等。此外, 歐洲的荷蘭、瑞典, 亞洲的中國、印度及韓國雖有在近岸海區成功培養海洋寡毛類纖毛蟲的案例, 但普遍處于起步階段。

表1 成功培養的海洋寡毛類纖毛蟲種類

3 海洋寡毛類纖毛蟲的培養條件

3.1 溫度

已成功培養的海洋寡毛類纖毛蟲的培養溫度范圍為5~30℃, 大多數集中在15~20℃, 培養溫度因種而異, 盡量與采樣海區的海水溫度一致。

3.2 光照

培養海洋寡毛類纖毛蟲與培養浮游植物相反,對光照強度要求很低, 一般弱光即可, 大都不超過40 μmol/(m2?s)。例如, 培養環紋蟲屬(Coxliella)需要的光照強度<10 μmol/(m2?s)[17-18,33]; 擬盜蟲屬需要的光照強度大都不超過 30 μmol/(m2?s)[12,15,27,29]; 俠盜蟲屬[13,19,34]、網紋蟲屬(Favella)[13,16,27]及急游蟲屬[13,33-34]需要的光照強度一般不超過 40 μmol/ (m2?s)。但也有些種類的培養需要的光照強度較高, 例如錐形急游蟲[20]、優雅急游蟲[28]、尖底擬盜蟲[28]、梳狀真丁丁蟲[20]、有角類杯蟲[20]、愛氏網紋蟲[20]需要 100μmol/(m2?s); 而有些可進行光合自養的纖毛蟲如球果螺體蟲在約 200~300 μmol/(m2?s)的高光照強度或者15~35 μmol/(m2?s)的低光照強度下均能生長良好[24]。

與浮游植物一樣, 海洋寡毛類纖毛蟲的生長也需要一定的光照周期, 光照與黑暗的時間比例一般是12: 12[20]、14:10[34]或16:8[22], 也有報道培養百樂擬鈴蟲采用的光照與黑暗的比例為18:6[32]。

3.3 培養基

海洋寡毛類纖毛蟲培養基一般采用原位海水過濾以后來配制, 采用較多的是Gifford[10]在1985年創立的 “纖毛蟲培養基”。該培養基特別之處在于添加了螯合劑和微量金屬元素。實驗表明螯合劑(10-8~10-6mol/L)和微量金屬元素能促進纖毛蟲的生長。最早成功培養海洋寡毛類纖毛蟲的培養基當屬Gold[6]建立的基礎培養基。之后也有人選用其他培養基成功培養纖毛蟲的先例, 如利用NEPCC培養基成功培養了西西里急游蟲[35], 利用麥粒培養基成功培養了具溝急游蟲[30], 此外, 也有很多人選用浮游植物培養基, 即Guillard等[36]在1962創立及Guillard[37]在1975年改進的f/2培養基。

3.4 餌料

海洋寡毛類纖毛蟲的餌料因種而異, 餌料的種類及供給量的多少等一直是纖毛蟲培養中的一大難題。在已報道的文獻中, 成功培養的海洋寡毛類纖毛蟲的餌料大多數集中在金藻門(Chrysophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)、綠藻門(Chlorophyta)、隱藻門(Cryptophyta)等類群, 也有報道利用一種硅藻—假微型海鏈藻(Thalassiosira pseudonana)成功培養西西里急游蟲的例子[11]。餌料的粒級從幾微米到幾十微米不等,其中大多數種類具有鞭毛可以運動。纖毛蟲對餌料的選擇可能與細胞粒級、運動性及化學組成有關[10]。

海洋寡毛類纖毛蟲餌料濃度的選擇也是培養的關鍵。餌料的初始濃度通?？刂圃?103~104個/mL。Rosetta[20]在培養梳狀真丁丁蟲時選用的球等鞭金藻(Isochrysis galbana)濃度約為 1×103個/mL, 雙凸形紅胞藻(Rhodomonas lens)密度約為 1×104個/mL;Kleppel[23]在培養愛氏網紋蟲時選用的球等鞭金藻、藍隱藻屬(Chroomonassp.)及裸甲藻屬(Gymnodiniumsp.)的碳濃度均為 100 μg/L; Stoecker[14]在培養球果螺體蟲時用的球等鞭金藻及鹽沼藍隱藻(Chroomonas salina)的密度分別為 1×104個/mL (碳質量濃度為73 μg/L)和 0.5×103個/mL (碳質量濃度為 23μg/L)。餌料的添加視情況需要而定, 可以在解剖鏡下觀察來確定餌料添加的頻率, 一般為4~7 d添加1次[10]。培養海洋寡毛類纖毛蟲時, 一般要求餌料的濃度維持較低的水平, 這可能是為了避免pH值升高而影響纖毛蟲的生長[22]。

4 海洋寡毛類纖毛蟲的培養時間

海洋寡毛類纖毛蟲培養的時間不長。一般情況下, 分離的單克隆纖毛蟲培養體系在 100個世代左右能維持較穩定的生長速率, 在200個世代以后, 接合生殖終止, 大部分的培養體系就會走向衰亡[38]。在培養鐘形網紋蟲的過程中, 發現有接合生殖的行為,而且在 5個月的培養時期中可以通過多次逆轉衰亡的趨勢而存活 2.5 a, 而其他種類的海洋寡毛類纖毛蟲可能最長只能存活10個月[21]。

海洋寡毛類纖毛蟲培養衰敗的原因可能是有些纖毛蟲由于環境條件不適合而死亡, 但大多數培養體系最終會出現自發的明顯的衰敗, 終止繁殖而導致死亡。這種現象在無殼寡毛類、砂殼纖毛蟲及有孔蟲類的培養過程中均有發現[8,39]。Gifford[10]認為出現這種衰敗的原因可能是接合生殖的終止而導致培養體系隨時間逐漸失去活力。

延長培養時間的方法目前尚不多。雖然無法知道一種纖毛蟲體系到底能存活多長時間, 但接合生殖的終止可能是體系衰亡的一個暗示。這給我們一個啟示, 在培養海洋寡毛類纖毛蟲的過程中適當地改變一下培養條件可能會延長生活周期。除了增加接合生殖來延長纖毛蟲的壽命以外, 還可以考慮采用其他的方法。比如, 在培養鐘形網紋蟲過程中, 因為培養條件比自然環境條件較適宜, 分裂速度較快而導致細胞粒級逐漸變小, 這可能導致纖毛蟲的壽命較短。由此, 可以通過饑餓或者降低培養溫度來減緩分裂速度從而延長生長周期[39]。

5 海洋寡毛類纖毛蟲培養的下游研究

纖毛蟲的成功培養可用來在實驗室可控條件下研究纖毛蟲的種群動力學、纖毛蟲與藻類的關系及獲得生態學參數等。海洋寡毛類纖毛蟲獲得成功培養早期, 研究多數集中在某一種或某一屬纖毛蟲在不同外界條件(包括溫度、光照及餌料)下的生長率、攝食率的變化[7,9,11,25,30,40-41]。而后期隨著水華發生的增加, Rosetta[20]、Hansen[28]、Montagnes[12]等利用纖毛蟲培養研究纖毛蟲對水華藻類的攝食及其在控制水華中的作用。Putt[5]利用培養成功的纖毛蟲進行生物量與細胞體積之間的換算因子的實驗, 得出了用魯哥試劑固定后纖毛蟲的碳含量與體積之間的轉換因子為 0.19 pg/μm3。

6 小結和展望

總體來說, 寡毛類纖毛蟲的室內培養很難, 需要合適的溫度、光照、培養基及餌料等。中國只培養出了一種-具溝急游蟲, 培養工作還需要進一步地進行。中國已經在渤海、黃海、東海、南海進行了海洋寡毛類纖毛蟲的生態學調查[42], 積累了不少基礎資料。但隨著生態學的發展, 對生態學參數(如生長率、攝食率、生態傳遞效率等)的需求越來越多、越來越高, 作為進一步研究的基礎, 海洋寡毛類纖毛蟲的室內培養已經成為生態學研究急需突破的瓶頸之一。

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Q958.8

A

1000-3096(2011)09-0119-05

2010-07-20;

2010-12-30

國家自然科學基金資助項目(40876085); 國家973計劃項目(2011CB409804); 海洋公益性行業科研專項經費資助項目(200805042);國家海洋局海洋生態系統與海洋生物地球化學重點實驗室開放基金資助項目(LMEB200803)

于瑩(1986-), 女, 山東榮成人, 碩士研究生, 主要從事海洋浮游動物生態學, 電話: 0532-82898937, Email: yuyingxlf001@163.com

譚雪靜)