抑食金球藻在我国近海褐潮形成中的生态适应策略

The brown tides caused by Aureococcus anophagefference have continuously occurred in the Qinhuangdao coast since 2009. Now, they are diffusing quickly in the different bays along the coastline of the Bohai Sea and the Yellow Sea, which will seriously impact on the shellfish aquaculture. Therefore, it is very important to clarify the formation mechanism of brown tide in the Chinese coast. Revelation of the ecological adaptation strategy and mechanism of causative species during the occurrence of harmful algal blooms (HAB) is the key content of the formation mechanism of HAB. This project will be focused on the brown tide occuring in the Qinhuangdao coast, a high-incidence area of brown tide in China. On-site brown tide tracking, ship-based mesocosm and laboratory experiments will be integrated in this study. The gene expression profiles of phytoplanktons in the brown tide zone and non-brown tide zone will be comparatively analyzed using meta-transcriptomics. At the same time, the molecular response prcocess of A. anophagefference and the other micoalgae in the brown tide zone will be also comparatively analyzed during the occurrence of brown tide on the basic of the genome information of A. anophagefference. The key genes related to the ecological adaptation of A. anophagefference will be screened to study their express under the on-site controlled conditions. This project will find the effects of the environmental factors on the growth of A. anophagefference and the formation of brown tide, and reveal the ecological adaptation strategy of A. anophagefference during the occurrence of brown tides in China. We hope the results of this project will provide the scientific basis for clarification of the formation mechanism of brown tides in China.

藻华原因种在藻华形成过程中的生态适应策略和机制是藻华形成机制研究的核心内容。2009年至今，秦皇岛近海连续爆发抑食金球藻褐潮，并且褐潮在我国近海呈现出明显的扩散态势，对贝类养殖业造成巨大的威胁。因此，阐明我国近海褐潮形成机制尤其是抑食金球藻在褐潮形成中的生态适应策略和机制迫在眉睫。本研究将以我国近海褐潮高发区-秦皇岛近海为重点研究区域，采用褐潮现场跟踪、现场围隔培养以及实验室实验相结合的研究手段，利用宏转录组学技术对褐潮区和非褐潮区微型和微微型浮游植物基因原位表达谱进行对比分析；利用抑食金球藻基因组信息，对比分析褐潮区抑食金球藻与其他微藻在褐潮发生过程中分子响应途径；筛选出与其生态适应密切的关键基因，结合褐潮形成不同阶段海域理化特征，进行可控条件下模拟实验。明确环境因子与抑食金球藻褐潮暴发的关系，阐释抑食金球藻在我国近海褐潮形成中的生态适应策略和机制，为我国近海褐潮形成机制的阐明奠定基础。

从2009年起，渤海秦皇岛沿海连年爆发抑食金球藻引发的褐潮，2010年和2011年北黄海的桑沟湾也发生抑食金球藻褐潮，对贝类养殖业造成巨大的威胁，但对抑食金球藻在我国近海褐潮形成中的生态适应策略并不了解，不利于褐潮发生机制的阐明。本项目原计划在褐潮暴发过程中采用环境宏转录组学技术揭示微型和微微型浮游植物基因原位表达谱，对比分析抑食金球藻与其他微藻在褐潮发生过程中分子响应差异。但本项目执行以来，我国近海再无褐潮发生，因此项目实施过程中根据研究发现调整了部分研究内容。开展了褐潮发生年份和不发生年份秦皇岛近海理化因子和抑食金球藻时空动态变化特征的对比研究；我国渤、黄海海域抑食金球藻时空分布特征研究；抑食金球藻吞噬营养能力营养研究；以及我国近海不同海域中抑食金球藻生态适应策略宏基因组学和环境宏转录组学研究。通过研究发现揭示抑食金球藻在渤海和黄海的时空分布特征，发现黄海底层海水中分布有抑食金球藻；通过环境宏转录组学研究发现其在不利环境（如黄海底层海水中）中是采用利用有机营养物质（含吞噬营养）为主的生态适应机制；发现了秦皇岛褐潮原因种的源地，初步阐释了秦皇岛褐潮发生机制，褐潮发生前期，渤海沙洲以西髙盐冷水团中的抑食金球藻在温跃层下方被携带到秦皇岛近岸，在水体混合的作用下，抑食金球藻进入水体上层，秦皇岛近岸高DON和DOP，特别是DON促进了抑食金球藻的生长，且过低的DIN限制了硅藻等微藻的生长，从而促进了褐潮的发生；在此过程中，抑食金球藻主要采用利用溶解态有机和无机营养物质（主要为铵盐）为主的生态适应策略。本项目研究成果为抑食金球藻在我国近海褐潮形成中的生态适应策略的揭示，以及我国近海褐潮的形成机制的阐明提供科学依据。