近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室高坤山教授課題組以"Applying dialysis bags to grow microalgae and measure grazing rates by secondary producers"為題在Frontiers in Physiology發表了研究方法進展。該方法基于透析膜讓小分子物質穿透無阻的特性，利用商品化的透析袋培養并測定了微藻的比生長速率與次級生產者的捕食速率，規避了傳統方法的瓶效應，對研究原位或模擬不同（水動力、營養鹽、CO₂及O₂濃度等）變化條件下的初級與次級生產過程提供了新途徑與科學認知。

研究背景

在水生生態系統中，初級與次級生產過程直接關系到物質和能量在不同營養級之間的流動和傳遞。然而，在測定藻類生長和次級生產者攝食率時，傳統方法培養瓶內的營養鹽含量、pCO₂/pO₂及pH等不斷發生變化，從而引發瓶效應，影響測定結果的準確性和可比性。本研究所建立的方法，可維持培養體系中化學環境的穩定性，提高了在實驗室和原位環境條件下相關生物學參數測定的準確性。

研究結果

本研究利用透析袋在不同硝氮濃度和水動力（流速）條件下培養了硅藻（威氏海鏈藻, Thalassiosira weissflogii）并測定了其比生長速率。結果發現，無論在高氮還是低氮條件下，外部水動力環境均顯著影響了透析袋內硅藻的生長，較高的流速緩解了低氮對其生長的限制（圖1）。進一步利用透析袋測定了異養甲藻、橈足類和牡蠣對浮游植物的攝食率。結果表明，夜光藻（Noctiluca scintillans）對浮游植物群落的攝食率比使用密閉瓶（聚碳酸酯）的高，且實驗結束時透析袋內的溶解無機氮和活性磷酸鹽濃度比密閉瓶內高約90%，表明透析袋能有效緩解營養鹽耗竭所帶來的瓶效應。其次，在探討利用透析袋測定橈足類攝食率方法的基礎上，在中尺度（3 噸mesocosm）生態系統試驗中研究了牡蠣捕食率受海洋酸化的影響。將透析袋注入水樣（含浮游生物群落）并置于mesocosm中，使牡蠣（葡萄牙牡蠣, Crassostrea angulata）和浮游動物（在透析袋和mesocosm中）在同樣pCO₂水平下捕食浮游植物，基于透析袋內與mesocosm中浮游植物生物量的變化，測定了牡蠣的攝食率。研究結果表明，在本世紀末CO₂濃度（1000 μatm）下葡萄牙牡蠣的攝食率與對照組（410 μatm CO₂）相比提高了近兩倍；顯示其可能通過補償性攝食（增加能量需求）以應對酸化脅迫（圖2）。

圖1 .|不同硝態氮濃度（LN, 10 μmol L^-1; HN, 882 μmol L^-1）和流速條件（0、1.8、3.9 cm s^-1）下透析袋內威氏海鏈藻的比生長速率。數據以平均值 ± 標準差表示，4個重復（n = 4）。圖中“*”表示不同處理間具有顯著性差異。柱狀圖上方數值表示相較于靜止條件在1.8和3.9 cm s^-1流速條件下比生長速率增加的百分比。

圖2 . (A) 中尺度生態系統酸化效應實驗示意圖：3噸海水培養袋（mesocosm）、CO₂加富器（CO₂ mixer）和純CO₂氣瓶（CO₂ cylinder）。將mesocosm中的浮游植物和浮游動物群落裝入透析袋內，置于mesocosm中以測定葡萄牙牡蠣的攝食率。字母O代表葡萄牙牡蠣，DB代表透析袋。在當前pCO₂ (AC, 410 μatm) 和高pCO₂ (HC, 1000 μatm) 條件下葡萄牙牡蠣攝食浮游植物群落的（B）清濾率和（C）攝食率。

研究團隊

廈門大學海洋與地球學院碩士生田洋為論文第一作者，高坤山教授為通訊作者，易湘琦博士后為共同作者。該研究得到了國家自然科學基金重點國際合作項目與創新群體項目（41720104005、41721005）的聯合資助。

論文來源

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

論文鏈接

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