铜藻Sargassum horneri(Turn.)是一种不连续分布于我国沿海的大型褐藻，为北太平洋西部特有的暖温带性海藻^[1]。铜藻是海藻工业的优质原料，还广泛地应用到医药、食品、饲料和有机肥料方面，具有较高的商品价值。铜藻植株高大、分枝繁茂、生长在大干潮线以下的浅海岩礁上，成片漂浮在水面，被称为“海中森林”。铜藻形成的海藻场中栖息生活着多种门类的海洋生物，为其提供了避敌、索饵、产卵的场所。铜藻快速生长和巨大的生物量引起海洋工作者的关注与兴趣，被海洋生态学家列为重建海底藻场和实施海洋生态修复的重要物种之一。南麂列岛是以保护海洋生物多样性为目标，以海洋贝藻类及其生态环境为主要保护对象的特定海洋系统的国家级保护区，1998年纳入联合国科教文组织世界人与生物圈保护区网络。在我国近海环境质量下降的今天，该保护区已出现贝藻类生物多样性下降的趋势。铜藻作为保护区标志性的优势海洋生物物种，生物量也在不断下降，有的海藻场正在成片消失。所以，开展铜藻基本的繁殖生物学研究，对于重建这个海藻物种以及其它相关物种的海底植被都有重要的意义。

此项研究的目的是以分布在我国南麂列岛的野生铜藻为材料，研究其基本的有性繁殖规律，包括卵子的排放、受精过程、孢子体的培育等基本过程，为后续的种苗人工培育打下基础。

1.   材料与方法

试验于2005~2007年分别在浙江省平阳县南麂岛(27°27′N，121°05′E)和青岛中国科学院海洋所海洋生物种质库进行，试验材料都来自浙江省南麂岛。

1.1   室外观察

选择小虎屿(国家级海洋保护区的核心区)岩石基段，周围海水清澈，暗礁密布，沙砾石底质，风浪较大，并具有铜藻的自然分布。设置1号观察点中潮带(Ⅱ₃)水池；2号观察点低潮带(Ⅲ₂)水洼；3号观察点干潮线附近祼露岩礁和4号观察点潮下带-0.3~-1 m岩礁等4个观察点，观察铜藻自然生长、成熟及营养繁殖，并以筏式栽培铜藻为参照。

1.2   室内培养

采集成熟的铜藻在南麂岛海珍品育苗厂室内培养，给以常温(18.5~21℃)，光照3 000~5 000 lx，观察精、卵的排放，受精卵挂托、分裂、脱落、附着及幼苗形态建成，估算生殖容量。

1.3   人工采苗

在室内育苗池(2 m×1 m×0.5 m)采苗。育苗水温21~24℃，1 500~5 000 lx，10 d全换水一次。进行控光条件下幼孢子体脱落、附着和生长观察；筏养与岩礁铜藻幼孢子体附着比较；不同基质附苗器育苗效果比较等多项试验。

1.4   人工苗的室内培育

室内人工苗培育是在中国科学院海洋生物种质库种质培养室的80 L水箱中完成，每天换水量为50%，采用自然太阳光(太阳光的70%，不含紫外线)，培养期间最高的光照强度为30 000 lx左右，每天大约持续1~2 h，培养时间从2007年的5月到11月。种藻采自南麂岛，暂养在1 000 L的跑道水箱中，雌雄孢子体配子排放后，完成受精，并接种到标准的苗帘上，幼苗培育在80 L水箱中完成，幼苗长到5 cm时展开苗绳，继续养殖在80 L水箱中。

2.   结果

2.1   繁殖过程的观察

2.1.1   有性生殖

(1) 在铜藻的自然生态环境中，3月份台湾暖流对南麂海域影响加大，表现为水温上升很快、透明度增大、潮差为全年最大、潮位为全年最低点，同时大潮低潮时也由冬季的后半夜延移至下午。小虎屿的4个观察点观察发现，3月上旬1号观察点铜藻藻体上被硅藻群体附着，并日趋严重，未出现成熟藻株(自上而下枝叶脱落腐烂，整株流失或留残枝)；2号观察点生长的铜藻生长正常，于4月下旬性成熟，但生殖托稀少，5月上旬硅藻群体附着为害加剧，大都随之出现枝叶腐烂、脱落，整株流失；3号观察点冬季长满铜藻小藻株，3月上旬株高可达30 cm，随大潮期下午干露时间加长，几乎全部枯焦流失；4号观察点和筏式栽培的铜藻生长发育良好。根据这些观察得出的结论是铜藻不耐干露，潮下带的铜藻个体是其种群生殖、繁衍的绝对主体。铜藻为雌雄异株，在自然条件下，3月底至5月上旬，水温13~18℃为铜藻孢子体的生长盛期。3月底可以观察到末梢小枝叶腋间短细的生殖托；进入4月份，随着水温的上升，小枝中上部叶腋长出生殖托的发育速度快于并很快超过小枝下部的生殖托；4月中旬水温15℃左右，生殖托发育逐渐成熟(图版I-A、B)；4月末观察到精卵排放，其间水温已超过16℃；高峰期出现在4月底至5月中旬，水温18~20℃；5月下旬水温超过20℃，已观察不到精卵排放的生殖活动。(2)4号观察点为铜藻海藻场，生长密度达200株·m^-2以上。观察发现该处铜藻精卵排放在2个大潮期完成。大潮前2~3 d(农历十二至十四和二十八至三十)卵子排出生殖窝，粘附在雌托上完成受精后，合子在生殖托上分裂发育成2~32个细胞幼孢子体。随着大潮到来(农历初一至初四和十五至十八)，低潮时铜藻藻场受拍岸浪冲击，藻体互相摩擦剧烈，导致雌托上幼孢子体脱落，随风浪、潮流散落周围。同期对比观察筏式栽培铜藻挂托时间延后，合子在雌生殖托上发育成128个以上细胞、具4~8个假根芽的呈“手雷”状的幼孢子体。

  图版I  铜藻Sargassum horneri

A. 一棵性成熟的雌孢子体，带有已经排放卵子(箭头所指)的雌生殖托；B. 放大的4个雌生殖托；C. 完成了一次细胞分裂的受精卵；D. 排放了48 h后的幼体，部分已经开始形成假根；E. 人工采苗后附着在养殖绳上的幼苗；F. 在室内全人工条件下培养的长度为20 cm的幼苗(培养时间4个月)，显示多个羽状分支已经形成

  图版I.  Sargassum horneri

A. a sexually mature female sporophyte with receptacles (arrow indicated receptacle with discharged eggson the surface); B. 4 female receptacles; C. zygote finishing the first cell division; D. embryos at 48 h postfertilization with initiation of rhizoids; E. young seedlings attachedon rope; F. young sporophyte grown in indoor tank for 3 months

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2.1.2   营养体繁殖

残枝以裂瓣状固着器牢固附着在岩礁上，残枝表面遗留基部叶，分枝凋落的反曲形突起和刺状突起。残枝高度和干露时间、淹没水深有直接关系，4号观察点残枝高可达10 cm以上，1号观察点池底、2号观察点和1号观察点池壁、3号观察点的残枝高度依次减小，3号观察点仅2~3 cm。入夏后残枝上部、中偏上部长出新叶片，往往在残枝顶端螺旋式地紧密生长，形成假丛生现象。和当年有性生殖幼苗比较，有残枝部粗壮，基部叶、分枝残留痕迹及固着器大而发达的明显区别。这一区别持续到成藻。随之生长的多次分枝、叶、气囊及生殖托则难以区分。2006年9月27日，在3号观察点随机采集铜藻幼苗33棵，平均株高7.38±2.7 cm，其中残枝再生苗2棵，占总数6.1%。2007年5月16日在4号观察点取50×50 cm样方一个，获铜藻61棵，平均株高133.6±88.3 mm，其中残枝再生苗3棵，占总数的4.9%。

2.2   室内培养

2.2.1   生殖容量

铜藻由主枝向各个方向生长出强大的分枝，靠气囊漂浮直立海水中。末梢小分枝由枝干、叶片、气囊组成，叶腋长出一个生殖托，少数长出一大一小2个生殖托。铜藻藻株下部的生殖托稀少，越靠近藻株上部，小分枝越密，生殖托越多。筏式栽培铜藻整个藻株漂浮水面，生殖托数量就大，生殖托长度略有差异(表 1)。2007年5月1日随即选取的一棵成熟个体测定，筏式栽培铜藻藻株高70 cm，有57个分枝，每分枝有6~17个小分枝，雌托总数656个，藻株重276 g，托总重56.7 g，为藻株重的20.5%。

表  1  2个采样点自然和人工栽培铜藻雌雄孢子体产生的生殖托数量和长度比较

Table  1.  Comparison of the number and length of receptacles in S.horneri sampled from farmed and wild populations

种藻来源 algal source	性别 sex	测量托数/个 no.of receptacles	总长度/mm total length	平均长度/mm averaged length
马祖岙(筏式) Mazuao (draft)	♀	34	596.5	17.5±4.3
	♂	34	1 627.5	41.9±16.9
小虎屿(岩礁) Xiaohuyu (rock)	♀	50	1 211.5	24.2±9.6
	♂	100	4 737.0	47.3±18.6
注: 2007年5月15日，盐度32 Note: May 15, 2007，salinity 32

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铜藻生殖托由基部向顶端分2~3段逐渐成熟，每个生殖托上有200~400个生殖窝，未排卵前窝孔Φ70~80 μm, 托中部的窝数多于上部、下部。2007年5月1日筏式栽培♀托82个，托长22.1±6.3 mm，附托长8.45±3.6 mm，约占托长38.2%，静置24 h，振荡脱落具6~8个假根芽手雷状幼孢子体19 349个，平均每托236个，脱落幼孢子体约占附托合子的28%~30%，测算托长22.1 mm的♀托一次排卵量为800个左右，总卵量在1 000~2 000个。生殖容量测量雌株高70 cm，藻株重276 g，卵量约为98万个。

2.2.2   受精卵发育与幼体形态建成

刚排出生殖窝的卵大多为椭圆形，长径140 μm，短径110 μm，具8个核，外被胶样膜，粘附在雌生殖托表面，等待受精。受精后8个核消失，受精卵内含物呈弥散状；12 h左右横分裂成2胞体，内含物聚集—弥散是以后几次细胞分裂的前奏，植物极一侧内含物密度较大，是未来假根基础；24 h细胞数16~32个；48 h细胞数达128个以上，出现2个假根芽，其间个体没有明显地增大，72 h假根芽增加到8个，幼孢子体呈手雷状(图版I-C、D)，并延伸出假根丝，个体成倍地增大，96 h脱落，牢固固着的幼孢子体假根丝20多条，假根丝长达170 μm，假根丝为无节或有节的透明管状，管Φ10 μm，假根丝末端有色素粒和较密集的内含物。随着向上长成令箭状直立体，假根丝密集成团块状，最终形成裂瓣状假根。室内静水培养1个月，幼体高2 mm以上，顶端分生不等长的叉状分枝，枝桠处可见小枝芽。若予以充气，长流水，良好的光、温调控培养，幼体高可达10 mm以上，并具4~5片羽状裂叶(图版I-E)。

2.2.3   人工采苗试验

(1) 自然条件下铜藻幼孢子体有大潮低潮时从托表大量脱落的明显规律性。筏养铜藻的幼孢子体随着细胞数增加，质量加大，给以静置24 h，稍加振荡即自行脱落(表 2)。700 lx以上光照强度有满意的脱落，黑暗对幼孢子体脱落不利(表 3)，光照对幼孢子体附着没有影响(表 4)。附着后的幼孢子体对强光耐受力下降，生长趋缓慢(表 5)。试验证明筏式栽培铜藻的126个细胞体，具有假根芽的呈手雷状幼孢子体脱落18 h附着率达100%，同比岩礁铜藻的2~16多细胞幼孢子体附着率仅4%(表 6)。

表  2  筏式栽培铜藻幼孢子体脱落日周期观察

Table  2.  Timing of shedding of embryos of S.horneri 个

取样时间 sampling time	13:00	15:00	17:00	19:00	21:00	23:00	1:00	3:00	5:00	7:00	9:00	合计
1#荡洗 shaking	76	141	105	170	86	271	309	172	217	344	520	2 291
2#静置 still		95							195		1 080	1 366
3#静置 still			57						135		2 400	2 592
4#静置 still				242						1 140	1 440	2 822
5#静置 still					363					1 080	1 120	2 563
6#静置 still						213					4 800	5 013
7#静置 still							50				1 600	1 650
8#静置 still								172			880	1 052
合计 total		19 349
注: 2007年5月1日11:00开始，1#12个♀托，其余为10个♀托；水温℃，盐度33，光照1 000~1 500 lx Note: Started on May 1, 2007；1#. 12 female receptacles, the rest 10 female receptacle；water temperature 21℃, salinity 33, light 1 000~1 500 lx.

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表  3  不同光照条件下幼孢子体脱落的数量影响

Table  3.  Impact of light on shedding of embryos of S.horneri

光照强度/lx irradiance	生殖托均长/mm averaged length of receptacle	附托均长/mm averaged length of attached receptacle	自然脱落/棵 natural shedding	荡洗脱落/棵 shedding by shaking	脱落总数/棵 total shed
＜30	25.0	10.1	240	440	680
700	20.7	10.0	1 960	520	2 480
700	22.8	10.2	2 100	820	2 920
注: 2007年5月2日11:00~5月3日9:00，水温21℃，盐度30，每光照强度组10个♀托 Note: May 2, 2007 11:00~May 3, 2007 9:00, water temperature 21℃, salinity 30, each group 10 receptacles were counted.

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表  4  光照强度对幼孢子体附着的影响

Table  4.  Impact of light on settlement of young seedlings

光照强度/lx irradiance	幼孢子体/棵 young sporophytes	附着数/棵 attached	附着率/% attachment rate
＜30	167	140	83.8
1 000	147	130	88.4
7 000	260	199	76.5
注: 2007年5月16日~6月17日，水温21.5~27℃，盐度32，每组30棵 Note: May 16, 2007 8:00~June 17, 2007 7:00, water temperature 21.5~27℃, salinity 32, each group 10 plants were evaluated.

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表  5  不同光照强度条件下幼孢子体的生长

Table  5.  Impact of light on growth of young seedlings

光照强度/lx irradiance	5月28日 May 28				6月12日 June 12
	长度/mm length	宽度/mm width	镜检 microscopic checking		长度/mm length	宽度/mm width	分枝 branchlet
＜10	12	8.2	假根丝细长、细胞间隔大		337	110	1
650	23.2	9.8	假根丝粗短、细胞排列紧密		1 382.5	250	1-2
3 300	27.4	10.0	假根丝粗短、细胞排列紧密		553	160	1
注: 2007年5月16日~6月17日，水温21.5~27℃，盐度32，每组30棵 Note: May 16, 2007 8:00~June 17, 2007 7:00, water temperature 21.5~27℃, salinity 3.2, each group 10 plants were evaluated.

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表  6  筏养和岩礁铜藻幼孢子体附着比较

Table  6.  Settlement comparison of young sporophytes derived from famed and wild populations

	附着时间/h attachment time	筏养 draft	岩礁 rock			附着时间/h attachment time	筏养 draft	岩礁 rock
1	幼孢子体数	54	91		7	幼孢子体数	64	80
	附着数	0	0			附着数	38	3
	附着率%	0	0			附着率%	59.4	3.8
3	幼孢子体数	113	65		12	幼孢子体数	80	78
	附着数	14	1			附着数	58	2
	附着率%	12.4	1.5			附着率%	96.7	2.6
5	幼孢子体数	95	65		18	幼孢子体数	152	76
	附着数	36	0			附着数	152	2
	附着率%	37.9	0			附着率%	100	2.6
注: 2007年5月14日9:00~5月15日3:00，水温18.8~19.7℃，盐度32，光照2 700 lx Note: May 14, 2007 9:00~May 15, 2007 3:00，water temperature 18.8~19.7℃，salinity 32，irradiance 2 700 lx.

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(2) 附着基的筛选。收集筏式栽培铜藻幼孢子体进行不同基质材料附苗器的附苗和生长试验结果表明(表 7): ①具假根芽的幼孢子体有很强的附着力，条石、水泥片、牡蛎壳、竹、木片、布带帘、维尼纶绳帘附着率达100%；②附着牢度以石头、水泥片最好，是铜藻藻床首选材料；砖头因酥化，幼苗附着牢度很差；竹片、木片附着牢度尚可，考虑下海后船蛆类蛀蚀危害，作为附着基是不可取的，布带帘、维尼纶绳附着牢度尚可，可作为筏养幼苗育苗器使用；③喷洒法采苗，石头附苗器(40 cm×20 cm×15 cm)表面附苗生长很好。垂直的立面附苗也很多，且幼苗生长很好。可解释陡峭海底岩礁长满铜藻的现象，对铜藻藻礁设计、建造很有借鉴作用。

表  7  不同基质附苗器的附苗情况

Table  7.  Settlement of young seedlings on different substrates

序号 no.	材料 substrata	附着率/% attachment rate	牢度 attachment	幼苗长度/μm length of seedlings	分枝数 branchlets	备注 note
1	条石	100	+++	2 567	2~4
2	水泥片	100	+++	2 900	2~3
3	牡蛎壳	100	++	1 975	1~2
4	砖坊	100	+	2 583	2
5	竹片	100	++	2 227	1~2
6	木片	100	++	2 165	2~3
7	布带帘	100	++	1 945	2~3
8	维尼编绳帘	100	++	2 350	1~3
9	聚乙烯波纹板	85	+	2 182	3~4
10	塑料藤帘	35	0	0	0	1个月后脱光
11	聚丙烯网	35	0	0	0	1个月后脱光
12	玻片	50	0	0	0	1个月后脱光
注: 附着牢度检测方法: 荡洗并拍击水面，脱苗少于10%为+++，脱苗50%为++，脱苗多于70%为+。2007年5月1日至6月1日，静水培养，水温17.8~25.4℃，盐度31.5~32.0，光照1 500~4 300 lx Note: Method to check attachment: shaking by force in the water, detachment less than 10% was regarded to be +++, less than 50% ++, more than 70% +. May 1~June 1, 2007, in still water culture, water temperature 17.8~25.4℃, salinity 31.5~32.0, irradiance 1 500~4 300 lx.

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第一批。筏养铜藻种菜(♀: ♂=20:1)静置24 h(2007年5月15日13:00~15:00)，荡洗→过滤→冲洗去污，得5 000 mL具假根芽幼孢子体水，计有43万棵幼孢子体，均匀喷洒铺设好育苗器的2 m²育苗池，5月16日16:00补采，喷洒岩礁上种菜幼孢子体45万棵，2 d合计每cm²播44株幼孢子体。

第二批。2007年5月17日8:00，荡洗静置24 h的岩礁铜藻种菜(♀: ♂=20:1)和第一次筏养铜藻种菜合并幼孢子体水，计数幼孢子体数为2 500万株，均匀喷洒附苗2 m²。计算每cm²播1 247株。

2007年5月15日至6月16日，历时1个月，其间水温20~25℃，平均22.7℃，盐度为30，控光1 500 lx以下，池水深30 cm，每10 d清池、换水、施肥(氮20×10^-6，磷2×10^-6)。第一批采苗主试附苗器为布条帘，维尼纶(聚乙烯加强)绳帘和条石，有效附苗面积1.4 m²，出苗13.58万株，育成率27.2%。第二批采苗主试附苗器维尼纶(聚乙烯加强)绳帘和条石有效附苗面积1.76 m²，出苗22.3万株，育成1%。2批有效育苗面积为3.16 m²，出苗量35.9万株(表 8)，2批育成结果相差很大，可能和幼孢子体质量有关。出库条石投放礁区增殖和绳帘供筏式海上中间培育试验。

表  8  2批次育苗结果

Table  8.  Results of two seedling production experiments

批次 experiments	附苗器 substrata	附苗量/棵·cm-1 density	附苗面积/cm2 total area to be seeded	成苗量/×104棵 total seedlings	牢度 attachment
第一批 (5.15采苗)	布条帘	11	1×500×50=25 000	5.5	+
	兰维尼纶条帘	7.2	1×100×50=5 000	3.6	++
	黄维尼纶条帘	5.4			+
	条石	11.2	5×20×40=4 000	4.48	+++
	塑料藤帘	0.7			0
	小计		1 400	13.58
第二批 (5.17采苗)	布条帘	17.7			++
	兰维尼纶条帘	10.3			++
	黄维尼纶条帘	13.3	5×60×40=1 200	15.96	++
	条石	11.4	7×20×40=5 600	6.38	+++
	塑料藤帘	1			0
	木框	17.3			+
	小计		17 600	22.34
注: 2007.5.15~6.16，附着牢度检测方法: 荡洗并拍击水面，脱苗少于10%为+++，脱苗50%为++，脱苗多于70%为+ Note: May 15~June 16, 2007，method to check attachment: shaking by force in the water, detachment less than 10% was regarded to be +++, less than 50% ++, more than 70% +.

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2.2.4   幼苗在室内的人工培养结果

人工培育的幼苗在海洋生物种质库的80 L水箱中培养了4个月后，期间培养水温从20℃开始，经历夏季最高的26℃，最高光照强度为800 μmol photons·m^-2·s^-1左右，到10月中旬为止，苗的平均长度达到了17 cm，并有十几个叶片的分支(图版I-F)。培养结果表明，室内阳光大棚中，在消减了的日光照强度下，铜藻的幼苗完全可以培育到15~20 cm的长度。

3.   讨论

3.1   铜藻的生活史及其种群繁衍

铜藻的2种繁殖器官，有性生殖器官——生殖托和营养繁殖器官——残枝，都同样具有繁殖后代、维系种群繁衍的功能，两者子代藻株没有明显的形态区别。种群样方调查获得残枝营养繁殖藻株约占种群藻株总数的5%左右。笔者认为有性生殖对铜藻自然种群的繁衍起主导作用，提出“铜藻以有性生殖为主，残枝营养繁殖为辅, 共同维系种群繁茂”的推论(图 1)。

图  1  铜藻在自然界的种群演替方式

Figure  1.  Suggested life cycle of S.horneri in nature

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3.2   幼孢子体育苗法

笔者先后对南麂列岛产的羊栖菜(S.fusiforme)、鼠尾藻(S.thunbergii)、半叶马尾藻(S.hemiphyllum)、黑叶马尾藻(S.nigrifolioibes)、裂叶马尾藻(S.siliguastrum)等6种雌雄异株的马尾藻类作了观察研究，这些藻类都是卵子排出生殖窝后粘附在♀托上，等待授精，受精卵在♀托表面分裂发育成多胞体后，自然脱落附着在基质上的生殖行为过程。这些海藻不具备大多数经济海藻孢子放散量大和趋附性^[1-3]的孢子育苗基本条件。可是铜藻的卵从受精发育至出现假根芽(附着器官)，一般需48 h，受风浪冲击或自然脱落的多胞体对基质又有较严格的选择性，从而成为室内育苗的探索焦点。此试验初步形成“成熟种菜室内蓄养——合子附托发育成具假根芽的幼孢子体——收集(自然脱落)并制成幼孢子体水——均匀洒泼育苗器上附苗”的铜藻幼孢子体采苗法，并获得较为满意的效果。这同笔者早期发展的羊栖菜幼孢子体育苗法^[4-5]很相似。

3.3   铜藻资源的增殖保护问题

研究阐明，自然界铜藻种群的繁衍主要依靠有性繁殖，破坏了基质条件就意味着自然种群的行将消失。对南麂列岛国家级海洋自然保护区内5处铜藻海藻场调查，近岸3处已彻底消失，1处尚存20%面积，一处离岸较远的海藻场则有80%面积。海藻场消失和近海环境质量下降有关，但毋庸置疑的土建工程土石方下海，黄土浮泥沉积岩面是近岸藻场消失的主要近因。

大型海藻在水生态系统碳循环、减缓富营养化和对环境生物的修复作用已被人们进一步认识^[6]，并在实际应用中取得积极效果^[7]，铜藻在近岸浅海大规模栽培还可以生产出具有较高价值的商品。铜藻是南麂列岛潮下带的绝对优势种，也是我国浅海植被最重要组成种之一。此项研究结果表明，通过人工干预的增殖，有望促进资源恢复，重建铜藻海藻场。