近日，5123导航、海洋与地球学院高坤山教授课题组以"Applying dialysis bags to grow microalgae and measure grazing rates by secondary producers"为题在Frontiers in Physiology发表了研究方法进展。该方法基于透析膜让小分子物质穿透无阻的特性，利用商品化的透析袋培养并测定了微藻的比生长速率与次级生产者的捕食速率，规避了传统方法的“瓶效应”，为研究原位或模拟不同条件（水动力、营养盐、CO₂及O₂浓度等）变化下的初级与次级生产过程提供了新途径与科学认知。

在水生生态系统中，初级与次级生产过程直接关系到物质和能量在不同营养级之间的流动和传递。然而，在测定藻类生长和次级生产者摄食率时，传统方法培养瓶内的营养盐含量、pCO₂/pO₂及pH等不断发生变化，从而引发瓶效应，影响测定结果的准确性和可比性。本研究所建立的方法，可维持培养体系中化学环境的稳定性，提高了在实验室和原位环境条件下相关生物学参数测定的准确性。

本研究利用透析袋在不同硝氮浓度和水动力（流速）条件下培养了硅藻（威氏海链藻, Thalassiosira weissflogii）并测定了其比生长速率。结果发现，无论在高氮还是低氮条件下，外部水动力环境均显著影响了透析袋内硅藻的生长，较高的流速缓解了低氮对其生长的限制（图1）。

图1 | 不同硝态氮浓度（LN, 10 μmol L-1; HN, 882 μmol ^L-1）和流速条件（0、1.8、3.9 cm s^-1）下透析袋内威氏海链藻的比生长速率。数据以平均值 ± 标准差表示，4个重复（n = 4）。图中“*”表示不同处理间具有显著性差异。柱状图上方数值表示相较于静止条件在1.8和3.9 cm s^-1流速条件下比生长速率增加的百分比。

进一步利用透析袋测定了异养甲藻、桡足类和牡蛎对浮游植物的摄食率。结果表明，夜光藻（Noctiluca scintillans）对浮游植物群落的摄食率比使用密闭瓶（聚碳酸酯）的高，且实验结束时透析袋内的溶解无机氮和活性磷酸盐浓度比密闭瓶内高约90%，表明透析袋能有效缓解营养盐耗竭所带来的瓶效应。其次，在探讨利用透析袋测定桡足类摄食率方法的基础上，在中尺度（3 吨mesocosm）生态系统试验中研究了牡蛎捕食率受海洋酸化的影响。将透析袋注入水样（含浮游生物群落）并置于mesocosm中，使牡蛎（葡萄牙牡蛎, Crassostrea angulata）和浮游动物（在透析袋和mesocosm中）在同样pCO₂ 水平下捕食浮游植物，基于透析袋内与mesocosm中浮游植物生物量的变化，测定了牡蛎的摄食率。研究结果表明，在本世纪末CO₂浓度（1000 μatm）下葡萄牙牡蛎的摄食率与对照组（410 μatm CO₂）相比提高了近两倍；显示其可能通过补偿性摄食（增加能量需求）以应对酸化胁迫（图2）。

图2 | (A) 中尺度生态系统酸化效应实验示意图：3吨海水培养袋（mesocosm）、CO₂加富器（CO₂mixer）和纯CO₂气瓶（CO₂cylinder）。将mesocosm中的浮游植物和浮游动物群落装入透析袋内，置于mesocosm中以测定葡萄牙牡蛎的摄食率。字母O代表葡萄牙牡蛎，DB代表透析袋。在当前pCO₂ (AC, 410 μatm) 和高pCO₂ (HC, 1000 μatm) 条件下葡萄牙牡蛎摄食浮游植物群落的（B）清滤率和（C）摄食率。

5123导航硕士生田洋为论文第一作者，高坤山教授为通讯作者，博士后易湘琦为共同作者。该研究得到了国家自然科学基金重点国际合作项目与创新研究群体项目（41720104005、41721005）的联合资助。

论文来源

Tian Y., Yi X. and Gao K.*, 2022. Applying dialysis bags to grow microalgae and measure grazing rates by secondary producers. Frontiers in Physiology. 13:838001. doi: 10.3389/fphys.2022.838001

论文链接

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.838001/full

供稿：田洋、高坤山