典型富营养化海域微微型真核藻类多样性及其与有害赤潮的关系研究

Pico-sized phytoplankton are important primary producers in the ocean. It was normally accepted that pico-sized phytoplankton dominate the oligotrophic open ocean, while micro-sized and nano-sized phytoplankton are important in the coastal waters. Recently, however, it was found that pico-sized eukaryotic microalgae also play an important role in some eutrophic sea areas. Through our investigations in the Changjiang River estuary, we found pico-sized eukaryotic microalgae contribute significantly to the phytoplankton biomass in spring and summer. Some pico-sized eukaryotic microalgae have similar ecophysiological features as dinoflagellates,and their distribution areas overlap with the large-scale dinoflagellate blooms in the sea area adjacent to the Changjiang River estuary. These findings suggested that the growth of pico-sized eukaryotic microalgae might also be driven by the coastal eutrophication process, which may affect the dynamics of dinoflagellate blooms and lead to other ecological consequences. In constrast to the important role of picoeukaryotes, there is little knowledge about picoeukaryotes in this region. In this project, we plan to work on the biodivesity of picoeukaryotes through the field investigation, using traditional methods of size-filtration and morphological observation, together with new techniques like phytoplankton pigment analysis and cDNA clone libraries.This will increase our understandings on the role of picoeukaryotes in the biological production process in the eutrophic sea areas, as well as the mechanisms of large-scale dinoflagellate blooms in the Changjiang River estuary.

微微型浮游植物是海洋中重要的初级生产者。通常认为，微微型浮游植物主要分布在寡营养的大洋海域，而近海多以小型或微型浮游植物为主。然而，最近的研究表明，在一些近岸富营养化海域，微微型真核藻类在初级生产者中也具有重要地位。项目申请者的前期研究发现，在富营养化问题突出的长江口海域，春夏季微微型藻类对浮游植物生物量有重要贡献；一些微微型真核藻类的生理生态特征与甲藻相似，分布区与甲藻赤潮区重叠，有可能和甲藻一样受富营养化驱动而大量增殖，从而影响甲藻赤潮动态，造成其他生态效应，有必要开展深入研究。但是，有关长江口海域微微型真核藻类多样性的研究目前尚未见报道。本研究计划通过现场调查，应用传统的分级过滤和显微观察方法，结合浮游植物色素分析和cDNA文库构建等手段，研究长江口海域微微型真核藻类多样性状况，探讨其与甲藻赤潮的关系，深化对超微型真核藻类在富营养化海域生物生产及有害赤潮形成中作用的认识。

前期研究发现，在富营养化问题突出的长江口海域，春夏季微微型藻类对浮游植物生物量有重要贡献，可能影响藻华动态，引起其他生态效应。本研究发现中国近海微微型真核藻类具有丰富的多样性和生物量，在渤海秦皇岛海域形成“褐潮”灾害，藻华原因种抑食金球藻能够明显抑制卤虫和轮虫摄食，在烟台近岸富营养化海域青绿藻、隐藻、针胞藻等微微型真核藻类也能形成较高的生物量。在富营养化的长江口及邻近海域，研究发现微微型真核藻类在藻华发生的过程中是最重要的生物，微微型真核藻类的序列相对丰度真核生物所占比例均高于50%，微微型真核藻类在赤潮初期所占比例接近90%，随着赤潮进程，比例逐渐降低，至藻华发生末期降至60%以下，而有孔虫类、动物界和Picozoa等异养真核生物所占比例逐渐上升，表明微生物环作用的增强。研究发现甲藻和青绿藻是微微型真核藻类中最重要的类群，除此之外绿藻、隐藻、海金藻、硅藻等在甲藻赤潮发生不同阶段也发现长江口赤潮区微微型真核藻类在赤潮发生不同阶段占据一定的优势。甲藻的主要类群包括寄生甲藻类、裸甲藻类和其他未培养的甲藻类群，寄生甲藻在18S rDNA的V4区具有高变的性质，因而也具有最多数量的操作分类单元，这些寄生甲藻可以使甲藻细胞破碎，对有害藻华的发生起下行控制作用。裸甲藻目中卡尔藻属、Erythropsidinium属和环沟藻属是相对比较重要类群，它们混合营养的营养方式使其能在甲藻赤潮中后期，获得营养物质。青绿藻 Clade II （Mamiellophyceae）是近岸重要的微微型真核藻类类群，在藻华发生期和盛期，青绿藻以Micromonas和Ostreococcus占优势，在藻华发生后期和末期，以Bathycoccus和Micromonas占优势，这些微微型真核生物通过与甲藻竞争吸收营养，快速增殖，进入微生物环。抑食金球藻，在非赤潮站位发现海金藻相对丰度为7.68%，表明长江口及邻近海域也存在“褐潮”种源，环境条件适宜时可能大量增殖，威胁海洋生态环境安全。硅藻中盒形硅藻亚目几乎全部来自于角毛藻属的贡献，盘状硅藻亚目所主要包括海链藻属、骨条藻属、微眼藻属和小环藻。 微微型真核生物不仅在稳定生态系统，而且在甲藻赤潮出现大量寄生甲藻、混合营养的裸甲藻和异养纤毛虫的由盛而衰的阶段，也具有极高的生物多样性，表明微微型真核藻类在微生物环中具有重要的生态学意义。