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东海海域米氏凯伦藻和东海原甲藻的分布特征及其影响因素研究
胡晓坤
Subtype博士
Thesis Advisor于仁成
2022-05-17
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Keyword东海 有害藻华 米氏凯伦藻 东海原甲藻 qPCR
Abstract

东海是我国近海有害藻华的高发海域之一,米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)和东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)是春季大规模有害藻华(主要是由甲藻形成的赤潮)的主要原因种。东海的有害藻华发生机制复杂,不仅受到富营养化和气候变化等环境因素影响,也与藻华原因种的来源和输送过程密切相关。以往研究发现,东海大规模甲藻赤潮主要由东海原甲藻形成,但在2005和2012年等个别年份,米氏凯伦藻成为大规模甲藻赤潮的主要原因种,其机理至今仍未完全阐明,这在很大程度上是由于对东海海域两种甲藻藻华形成、发展和分布等生态学过程的认识不足。东海海域米氏凯伦藻和东海原甲藻的分布和动态变化状况如何?是否存在差别?哪些环境因素是关键控制因子?这些问题亟待查清。本文针对以上关键科学问题,通过研发藻种快速、灵敏、特异性的检测方法,将其应用于东海海域的现场调查,对多年来米氏凯伦藻和东海原甲藻的分布特征与影响因素进行了研究。

通过研究发展和完善了米氏凯伦藻和东海原甲藻的检测方法。目前对藻华原因种的鉴定和计数主要依赖显微镜观察,需要专业人员进行,且鉴定和计数过程耗时长、工作量大,对形态特征不明显或细胞脆弱的藻种检测存在局限性。米氏凯伦藻与其他凯伦藻科的藻种形态相似,且细胞易破裂,能否通过显微镜观察手段进行准确鉴定和计数一直存在争议。本文应用FlowCam和qPCR等技术手段,对米氏凯伦藻和东海原甲藻的检测方法进行了研发和完善。针对两个藻种构建了可用于现场分析的FlowCam检测方法,该方法对藻种的计数结果准确,与显微镜计数结果具有显著的正相关关系(p < 0.01,R2=0.98),且无显著差异(p > 0.05)。应用FlowCam自带的VisualSpreadsheet软件,建立了米氏凯伦藻和东海原甲藻影像数据库,可以对样品中的两种目标藻种进行自动识别。结果表明,样品识别准确率与建库藻细胞数有关,随着建库藻细胞数增多,对样品中目标藻细胞的回收率提高,但会造成准确率下降,对目标藻的准确识别需要结合人工判读。通过控制建库细胞数,可以提高对目标藻种的回收率,降低处理样品的工作量。在分析了我国近海米氏凯伦藻种内遗传多样性的基础上,构建了特异性的qPCR检测方法,可以实现对我国近海米氏凯伦藻的检测。该方法特异性高,重复性和准确性好,检测结果与显微镜计数结果无显著差异(p > 0.05)。方法灵敏,检测下限为1个藻细胞,在10-105藻细胞范围内具有良好的线性响应。同时,参照前人研发的东海原甲藻qPCR检测方法,在实验室内对其方法进行了调整和完善,构建了标准工作曲线。

应用构建的FlowCam和qPCR检测方法,针对福建近海两种甲藻的分布和动态变化情况进行了现场调查和研究。2018和2019年春季的观测结果表明,应用FlowCam和qPCR方法分析的东海原甲藻丰度数据与显微镜镜检结果具有显著的正相关关系(p < 0.05),现场检测到的米氏凯伦藻丰度极低,由于FlowCam方法本身的局限性,无法对米氏凯伦藻进行准确的鉴定和计数,但通过qPCR方法可以检测到海水中的低丰度米氏凯伦藻。调查结果反映了两种方法应用于现场调查的可行性和有效性。2018年和2019年三沙海域均发生东海原甲藻形成的有害藻华(> 1´106 cells/L),东海原甲藻细胞丰度主要与海水中的营养盐浓度相关,和硝酸盐、磷酸盐等具有显著的相关性。两年度调查中米氏凯伦藻的丰度均较低,其丰度与盐度、氨氮等有显著相关性。由于调查区域范围小、米氏凯伦藻丰度低,需要在更大空间尺度上分析两种甲藻的分布特征和影响因素。

通过在东海海域的多年大面调查,分析了米氏凯伦藻和东海原甲藻的分布特征,探究了海域环境因子和水动力学过程对其分布的影响。分别于2019-2020年搭载基金委东海共享航次采集样品,应用qPCR方法对东海海域两种甲藻的分布状况进行了检测和分析。结果表明,三年里东海原甲藻细胞丰度远高于米氏凯伦藻,最大丰度超过1.0´106 cells/L,米氏凯伦藻细胞的最高丰度仅有1.5´103 cells/L。高丰度的东海原甲藻主要分布在浙江近岸海域表层海水中,其分布区受到长江冲淡水的显著影响;而米氏凯伦藻高值区主要分布在离岸较远的混合海水中。冗余分析(RDA)结果表明,米氏凯伦藻细胞丰度主要与水温和氨氮相关,而东海原甲藻丰度与盐度关系密切。2021年,东海原甲藻与米氏凯伦藻在东海的分布明显异于往年,东海原甲藻并未在浙江近岸海域形成藻华,而是在离岸较远的外海区域形成藻华,米氏凯伦藻和东海原甲藻的高值分布区基本一致。根据两种甲藻在不同水团中的分布结果,推测2021年两种甲藻独特的分布特征与黑潮近岸分支北上受阻、离岸分支向长江口的入侵有关。相关结果凸显了东海黑潮分支对长江口邻近海域甲藻赤潮分布和动态的影响。

综上,本文针对东海海域的米氏凯伦藻和东海原甲藻,发展和完善了FlowCam和qPCR检测方法,并应用于现场调查,通过对多年调查数据的综合分析,揭示了米氏凯伦藻和东海原甲藻的不同分布特征,梳理了不同环境因子对两种甲藻分布的影响,通过对2021年东海海域甲藻藻华异常分布状况的分析,证实了黑潮入侵对长江口邻近海域甲藻赤潮分布和动态的影响。相关研究为米氏凯伦藻和东海原甲藻赤潮研究提供了重要的技术手段,也为深入揭示东海甲藻赤潮的成因及构建甲藻赤潮的监测预警体系提供了科学依据

Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/178374
Collection海洋生态与环境科学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
胡晓坤. 东海海域米氏凯伦藻和东海原甲藻的分布特征及其影响因素研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2022.
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