中国科学院海洋研究所机构知识库

       近几十年来，有害藻华在全世界80%以上的沿海国家的近海频发，并对渔业、养殖业、旅游业和生态系统造成严重危害，成为海洋生态学领域的热点问题。据研究者统计，有75%的海洋有害藻华由甲藻引起，甲藻在已知有毒微藻中占54%，在有害藻华原因种中占44%，因此甲藻在有害藻华生态学中具有中心地位。已知200余种甲藻可以在其生活史中产生休眠孢囊。孢囊不仅帮助甲藻渡过不利的环境，更如植物种子一样为藻华发生“接种”，还可以通过自然或者人为方式实现地理扩散。因此，对甲藻休眠孢囊的种类、分布和丰度进行检测具有非常重要的意义。黄海近海海域在过去四十多年多次爆发由不同种类甲藻引发的赤潮，其中一些种类只在最近几年发生赤潮始为人知，指示着黄海海域还存在许多尚未被确认的潜在藻华种类。过去对黄海甲藻孢囊的调查中种类鉴定大多依靠传统形态学手段，通过分子测序手段确认的较少，不能充分鉴定甚至错误鉴定的情形所在多有。黄海具有漫长的海岸线，分布着许多封闭或者半封闭的海湾，而一些具有重要生态和经济意义的地区（例如桑沟湾和日照湾）还未被研究过。因此，本论文采用分子条形码高通量测序和单孢囊形态-分子鉴定相结合的技术路线，研究了黄海甲藻孢囊的种类多样性及分布特征，准确鉴定了大量甲藻孢囊种类，包括许多有害藻华种类和尚不能充分鉴定的未知种类。检测中鉴定到链状裸甲藻孢囊，由于该藻是一种重要的产麻痹性贝类毒素的有害藻华种类，我们随之对其在整个中国近海沉积物中的分布状况进行进一步研究。链状裸甲藻在我国四大海域都有过藻华记录且曾造成巨大经济损失乃至威胁人类健康，而当前对于链状裸甲藻孢囊在中国近海沉积物中的分布和丰度还未曾开展全面调查。因此，本论文通过设计特异性引物和探针、使用荧光定量PCR的方法对中国近海沉积物中链状裸甲藻孢囊的分布和丰度进行了全面检测。上述研究内容的主要结果如下： 

（1）黄海甲藻孢囊多样性

       采集了黄海外海站位28个沉积物样品、黄海近岸（包括6个地点：烟台、桑沟湾、鳌山卫、流清河、胶州湾、日照湾）站位20个沉积物样品，通过高通量测序的方法对48个沉积物样品中的甲藻孢囊多样性进行了检测，获得注释为甲藻的OTUs（Operational Taxonomic Units）2080个，从中准确鉴定45种孢囊（136个OTUs），其中41种注释为已详细描述的种类，4种注释为尚未分类描述的种类。而更多的OTUs（1704个）无法准确注释到种水平或属水平。从烟台湾、桑沟湾、胶州湾、日照湾4个站位的沉积物样品中共挑取了468个甲藻孢囊进行单孢囊-形态分子鉴定，最终成功获得了212个孢囊的形态学照片和长度约为1400 bp的LSU rDNA序列。这212个孢囊分别属于79个种，其中45种鉴定到种水平，27种鉴定到属水平，其余7种不能确定属水平分类地位。两种方法完全鉴定到种水平的甲藻孢囊76种，其中包括22种产毒或有害藻华种类（如Alexandrium pacificum、Azadinium poporum、Gonyaulax spinifera、Gymnodinium catenatum、Karlodinium veneficum）、3种从未在黄海海域报道过的有害藻华种类（Alexandrium ostenfeldii、Kryptoperidinium triquetrum、 Stoeckeria algicida）、11种之前从未在中国报道过的种类（Alexandrium concavum、A. pohangense、Archaeperidinium saanichi、Azadinium obesum、Ensiculifera carinata、Gonyaulax digitale、Impagidinium pallidum、Scrippsiella bicarinata、S. kirschiae、Thecadinium kofoidii、Yihiella yeosuensis）、10种之前在国际上未明确报道产孢囊的种类（Alexandrium concavum、A. pohangense、Ansanella granifera、Azadinium obesum、Gonyaulax digitale、Gymnodinium smaydae、Pelagodinium beii、Scrippsiella bicarinata、S. kirschiae、Thecadinium kofoidii）。此外，两种方法检测到许多不能鉴定到属甚至更高分类阶元的新种孢囊，也即黄海海域还存在大量未被发现和描述的甲藻种类，其中许多种类很可能也是有毒有害种类，因为它们同属的一个以上的种类都已确认能够产生毒素或者形成有害藻华。除了种类的多样性之外，研究还发现两种意义上的形态多样性，即同一种孢囊可能具有不同的形态、不同种类的孢囊可能具有相似的形态。研究结果不仅极大地丰富了当前对于黄海海域甲藻孢囊多样性的认识，更为我国有害藻华甲藻分类学及甲藻孢囊多样性的研究提供了重要的研究方向和课题，也为甲藻藻华生态学及藻华的预警预报提供了基础信息。

（2）黄海甲藻孢囊的分布特征

       对黄海外海站位和黄海近岸站位采集的48个沉积物样品中的甲藻孢囊群落结构进行了生物信息学分析。分析表明，一方面黄海外海和近岸水域的孢囊群落结构存在显著差异，另一方面黄海外海的孢囊群落结构受到黄海冷水团的显著影响，从而导致冷水团外与冷水团内的孢囊群落结构差异显著。黄海冷水团团外的孢囊组成进一步在南、北两个方向又有统计上的显著差别。黄海近岸站位样品的孢囊群落结构的聚类杂乱，未发现明显的分布规律，表明受到较多因素的影响。RDA分析发现，经度、纬度、水深、盐度、温度都显著影响了黄海外海孢囊群落结构，但未发现上述任何一个环境因子单独对近岸站位的孢囊群落结构有显著影响。对外海站位中相对丰度最高的前34种孢囊的进一步分析发现，这34个种类在黄海冷水团内外的分布也存在差异。相关性分析表明经纬度、温度、盐度、水深等环境因子均影响了丰度较高的种类的相对丰度。研究结果为黄海有害藻华易发区甲藻孢囊的分布特征提供了新的认识，不仅对了解许多甲藻种类的地理分布范围和规律具有重要意义，也为评估不同海域或不同种类的有害藻华发生风险提供了重要依据。

（3）链状裸甲藻孢囊在中国近海沉积物中的分布

       在中国近海海域采集了199个沉积物样品，其中渤海31个、黄海71个、东海59个、南海38个，覆盖我国自河北省北戴河沿岸至南沙群岛的四大海域，跨越纬度为29.84°，超过3000千米。采用针对链状裸甲藻28S rDNA 的D1-D2区设计的特异性引物和探针和TaqMan荧光定量PCR方法（目标片段长度120 bp），对链状裸甲藻孢囊在上述199个样品中的存在与丰度进行了检测。结果表明，链状裸甲藻孢囊在中国近海沉积物中广泛分布，纬度分布范围为10.01°N-39.85°N, 经度分布范围108.33°E-124°E，覆盖了从南海南沙群岛到渤海北戴河沿岸的广阔海域。所有样品的总检出率为63.32%，其中渤海为93.55%，黄海为74.65%，东海为42.37%，南海为50%，渤海的检出率最高。另外，通过单孢囊形态-分子鉴定方法对渤海北戴河站位的沉积物样品进行的检测，进一步验证了分子检测结果和链状裸甲藻孢囊在渤海海域的存在（即同时获得链状裸甲藻孢囊的形态学照片和分子序列）。虽然链状裸甲藻孢囊在中国海域沉积物中分布广泛，但是平均丰度不高（仅为1 cysts/g 沉积物（湿重））。每个海域检测到的最高丰度，渤海为8 cysts/g 沉积物（湿重），黄海12 cysts/g，东海23 cysts/g，南海6 cysts/g。采自东海海域的样品中有3个站位含有较高丰度链状裸甲藻孢囊，高于其它三个海域的最高丰度，很可能与东海海域近年来发生的链状裸甲藻藻华事件有关，且在已有链状裸甲藻藻华记录的珠江口及连云港附近海域都检测到其孢囊的存在。虽然链状裸甲藻孢囊的丰度并不高，但根据其营养细胞在环境条件适宜时的生长速率推算，沉积物中的孢囊萌发仍然可为藻华起始提供充足的“种源”。