中国亚热带-热带3个海区微型鞭毛虫群落优势种和稀有种的分布特征和建群机制

海洋微型鞭毛虫是海洋微型真核浮游生物中非常重要的一大类群,在构成和维持海洋生态系统的结构和功能中扮演着重要角色。微生物群落通常由少数优势种和大量稀有种组成,这种分布模式在海洋微型鞭毛虫群落中也极为常见,并且二者的内在特征可能对群落生物地理分布格局以及生态系统功能产生不同影响。然而在多数研究中并未将两种不同亚群落进行区分,对二者的分布特征、对环境和空间因子的响应以及在总体群落中的生态地位等的认识十分有限。本研究利用高通量测序技术,调查了中国近海亚热带 热带3个自然海区微型鞭毛虫群落中优势种和稀有种的分布特征,并探讨了环境因子和空间因子与不同亚群落之间的关系,利用中性模型揭示了中性过程在群落构建中的作用,最后通过共现网络分析解析了两种不同亚群落在总体群落中的生态地位。结果表明：3个海区微型鞭毛虫群落中的优势类群和稀有类群在多样性和物种组成上具有不同的特征,表现出一定的生物地理分布格局;这与它们受到不同程度环境因子和空间因子的驱动作用有关;中性模型的结果体现了随机过程在两种亚群落中的重要作用;最后,共现网络关系反映出不同丰富程度的生态类群具有重叠但又相异的生态位,从而在同一环境中形成物种的共存,维持了群落结构的稳定,而稀有类群以较高的连接度和更高比例的关键种数目,在网络关系中起到重要的连接作用。本研究初步揭示了中国近海微型鞭毛虫优势种和稀有种的分布特征和建群机制,为深入认识海洋微型鞭毛虫的群落结构、分布格局以及影响其群落构建的生态过程提供理论依据。     

莱州湾近岸海域浮游纤毛虫群落组成和季节变化

浮游纤毛虫是真核微型生物的重要类群,在浮游生态系统中发挥着重要作用。利用传统形态学与高通量测序技术相结合的方法,于2020年9月至2021年8月对莱州湾三山岛近岸浮游纤毛虫进行每月两次的调查。对环境DNA的18S rRNA基因的V4区进行高通量测序,结果显示无壳寡毛类(占纤毛虫序列丰度的40.14%)和砂壳纤毛虫(10.67%)是优势类群,并且具有明显的季节变化。无壳寡毛类在冬季序列相对丰度最高,主要由急游虫属(Strombidium)和急游虫科未定类群(Strombidiidae_X)组成;砂壳类在春夏季序列相对丰度最高,主要由砂壳目未定类群(Tintinnida_XX)和拟铃虫属(Tintinnopsis)组成。浮游纤毛虫群落的β多样性呈现显著的季节变化,而α和β多样性在站点间差异均不显著。与环境因子的RDA分析显示,总有机碳和溶解氧含量是影响纤毛虫群落结构的主要环境驱动因子。形态学方法共检获鉴定17种纤毛虫,分别隶属于7个属,其中砂壳类在多样性和检获频率上均为最优势类群。研究填补了莱州湾三山岛海域浮游纤毛虫的多样性、群落结构和季节动态研究的空白,同时为深入研究温带海湾近岸浮游纤毛虫群落的长期变化规律以及对环境因子的响应机制提供本底资料。     

烟威近海鱼类群落分类β多样性及其组分空间变化的驱动因素分析

β多样性是区域生物多样性研究的重要方向,根据2020年在烟威近海的底拖网调查数据,采用Mantel检验分析和冗余分析(RDA)等方法,对驱动烟威近海鱼类群落β多样性及其组分的环境因素和空间距离进行了研究。结果显示,烟威近海调查共出现鱼类33种,其中优势种有3种,鱼类群落的β多样性均值为0.711～0.737,整体处于较高水平;全部鱼类群落和弱扩散鱼类群落β多样主要以物种替换(周转)组分为主,强扩散鱼类群落β多样性由丰富度差异(嵌套)组分来解释;空间距离和环境因素共同驱动烟威近海鱼类群落β多样性,离岸距离OD是影响烟威近海鱼类群落β多样性的关键因素,地理距离GD是物种替换的决定性驱动因子,环境因子影响了弱扩散鱼类群落的丰富度差异。表明空间距离驱动烟威近海鱼类群落β多样性的作用强于环境过滤,扩散限制是其β多样性的关键影响因素,研究结果可为烟威近海生物多样性保护提供理论依据。     

黄渤海底栖纤毛虫分子多样性和生物地理学研究

对中国渤海、北黄海和南黄海三个海域底栖纤毛虫的分子多样性与生物地理学进行了研究。从底栖真核微生物18S rDNA的焦磷酸测序数据中提取出隶属于纤毛门的序列，并在此基础上分析了纤毛虫群落的阿尔法多样性和贝塔多样性。结果表明，纤毛虫操作分类单元的丰富度在渤海比北黄海和南黄海都高，但夏冬两季无显著差异。在所有检测的环境因子中，水体深度与阿尔法多样性的相关性最强。就纤毛虫群落组成上看，总体上旋唇纲的序列及操作分类单元丰富度均占优势地位（占比分别为77.0%和66.5%）；旋唇纲主要由环毛亚纲以及未能进一步分类的类群组成。底栖纤毛虫群落结构在三个海域之间显著不同，但夏冬两季无显著差异。从各主要类群的相对比例来看，唯有侧口纲的序列比例在三个区域间呈现显著的不同。偏门特尔分析表明，相对于地理距离和环境因子而言，水体深度在调控底栖纤毛虫群落结构中扮演者更为重要的角色。本研究同时也发现，超过60%的操作分类单元未能被进一步分类到纲或目级水平，约45%的操作分类单元与GenBank数据库中已描述种类的序列相似度低于或等于97%，表明在近海沉积物中可能存在大量待发现的纤毛虫类群或物种。本研究发现底栖纤毛虫阿尔法多样性从北黄海到南黄海降低的趋势，这一点与之前基于形态学方法的调查结果相似。然而，测序数据显示旋唇纲是最主要类群，而形态学调查表明前口纲和核残迹纲是主要类群。本文也探讨了可能造成分子与形态学研究结果差异的一些潜在原因。     

辽河口沉积物中古菌和细菌群落结构分析

本研究旨在了解辽河口表层沉积物中古菌和细菌的群落结构组成、多样性及其与环境因子之间的相关性。采用构建古菌和细菌16S rRNA基因文库的方法，应用Illumina Miseq测序技术进行序列分析。结果表明:辽河口表层沉积物中细菌多样性高于古菌多样性，近岸细菌和古菌多样性高于远岸，即河相区（0.8~7.04）细菌多样性高于混合区（13.1~20.7）和海相区（24.2~31.5）；主要古菌群落为奇古菌门（Thaumarchaeota，72.73%）和广古菌门（Euryarchaeota，25.05%），其中泉古菌门（Crenarchaeota，0.001%）只在河相区站位被发现；细菌群落组成中变形菌门（Proteobacteria，61.94%）为该河口的优势菌群，其次为拟杆菌门（Bacteroidetes，11.21%）和酸杆菌门（Acidobacteria，5.59%），其他门类如蓝藻门（Cyanobacteria，3.03%）等比例较小。与环境因子的冗余度分析表明:影响表层沉积物中古菌群落分布的主要环境因子依次为氨盐、泥、酸碱度、盐度、电导率和砂，而细菌群落的分布主要受到溶氧、泥、砂、黏土和总磷的影响。由此可见，不同环境条件下微生物的群落结构存在空间异质性，不同微生物对同一环境条件的响应亦不同。     

基于高通量测序技术的北冰洋典型环境原生生物多样性研究进展

原生生物指可独立生存的单细胞或群体真核生物,其多样性高、结构功能复杂、分布广泛,是海洋微型浮游生物群落的重要组成部分,在维持海洋生态系统结构与功能中发挥着重要作用。早期使用显微镜、流式细胞术等传统方法对原生生物多样性的研究具有若干局限性,随着分子生物学技术的发展,测序技术（尤其高通量测序）为深入研究原生生物多样性、群落组成、时空变化及甄别其环境驱动因素等做出重要贡献。北冰洋是受全球气候变暖影响最为严重的大洋,作为水体生态系统的重要组成者,原生生物所受影响仍待深入探讨。因此,探究北冰洋典型环境（如海水、海冰、融池等）中原生生物的群落组成、动态变化等,有助于了解全球变暖过程中北冰洋生态系统的变化。然而,由于极地自然环境恶劣、样品采集困难等原因,北冰洋原生生物多样性的相关研究十分欠缺,许多研究空白亟待补充。本文对基于高通量测序技术的北冰洋原生生物多样性研究进行了文献搜集与整理,以期为全球变化背景下原生生物多样性研究提供参考。     

春季白沙湾浮游纤毛虫群落结构及其与环境因子的关系

根据2014年春季(4月)白沙湾海域3个功能区域(鱼类网箱养殖区、贝藻混养区、非养殖区)13个站位生物和环境的调查资料,对浮游纤毛虫的群落特征进行分析,并且探讨了影响浮游纤毛虫群落变动的主要环境因素。结果表明:共检出19种纤毛虫,隶属于6目11属;纤毛虫丰度范围为80~3740个×L~(-1),平均丰度为995.4±123.1个×L~(-1),以环毛目(Cyclotrichida)、急游目(Stombidiida)和砂壳目(Tintinnida)为主;优势种包括红色中缢虫(Mesodinium rubrum)、锥形急游虫(Strombidium conicum)、百乐拟铃虫(Tintinnopsis beroidea)、球形急游虫(Strombidium globosaneum)、小拟铃虫(Tintinnopsis minuta)和锥形旋曳尾虫(Spirotontonia turbinata)。纤毛虫群落结构存在显著的空间差异,种类数及丰度呈现鱼类网箱养殖区偏低,而贝类混养区和对照区较高的特征。通过冗余分析(redundancy analysis,RDA)多元分析发现,白沙湾浮游纤毛虫群落结构差异主要与水体营养盐水平和叶绿素a浓度有关。     

稀有OTU对海洋底栖纤毛虫群落异质性的影响研究

运用高通量测序技术分析微型生物多样性时, 生物学重复间常表现出明显的异质性, 这可能是高比例的稀有可操作分类单元(operated taxonomic unit, OTU)造成的“假象”。为明晰陆架海区站位间及同一站位重复间底栖纤毛虫群落的异质性水平, 并探明稀有OTU与群落异质性的关系, 给出去除稀有OTU阈值的科学建议。本研究在东海选取具有明显环境梯度的4个站位, 每站位采集3个重复沉积物, 采用高通量测序技术研究纤毛虫群落与分布。研究表明同一站位重复间群落不相似度在30%~34%, 重复间群落的高差异性会掩盖地理距离较近的站位间差异(33%)。各个站位重复间共有OTU分别占该站位检获的总OTU数的34.4%, 31.9%, 39.5%和36.5%, 而序列数基本占据94%以上。相对丰度小于0.1%的OTU占总OTU数的80%。依次去除相对丰度低于0.01%至0.1%的OTU, 发现去除稀有OTU能够有效降低重复间差异, 去除越稀有的OTU, 降低效果越强; 对站位之间的差异影响较小, 且站位差异越大影响越小。稀有OTU的分布随机性极强, 基本与站位无关。相对丰度低于0.015%的OTU是造成重复间群落异质性的主要原因, 去除该部分OTU可更真实地展现底栖纤毛虫的群落异质性。     

南麂列岛火焜岙潮间带底栖纤毛虫物种多样性和群落时空分布

纤毛虫是潮间带沉积物中多样性高且丰度占优势的类群,其群落结构可反映环境状态。于2013年11月(秋季)、2014年2月(冬季)、5月(春季)和8月(夏季)开展了南麂列岛火焜岙砂质潮间带沉积物中纤毛虫物种多样性和群落结构的时空分布研究。结果表明,该生境中底栖纤毛虫物种丰富,共检获148种纤毛虫,涉及19目70余属;纤毛虫的丰度和物种组成呈现显著的季节差异和垂直分层差异。其中,丰度占优势的纤毛虫按食性依次为菌食类群、肉食类群和藻食类群;已非典型的砂隙纤毛虫区系,而是呈现出某些有机质丰富的泥沙质沉积物中的纤毛虫群落的特点,这可能是该生境受人类活动影响的后续效应。但纤毛虫物种多样性较高,这表明尽管存在人类干扰的长期效应,潮间带周边环境良好,对周边居民及设施的动迁等多样性保护措施可能已经产生了向好的结果。     

东太平洋中国合同区沉积物微型生物生物量的分布特征及其影响因子

分析并研究了东太平洋中国合同区深海沉积物中的微型生物生物量、总叶绿素含量和总有机碳含量的分布特征,结果表明,微型生物生物量的垂直分布特征为表层最高,随着沉积物深度的增加而降低;生物量(以C计)的水平分布特征为东区高于西区,变化范围为0.052～0.386μg/cm2,生物量最高值出现在东区的ES0503站位,生物量最低值出现在西区的WS0505站位。总叶绿素含量的空间分布特征与微型生物生物量相同,变化范围为0.083～0.272μg/cm2。总有机碳含量的空间分布特征与微型生物生物量基本一致,变化范围为0.349%～0.453%。相关分析显示,深海沉积物微型生物生物量和总叶绿素含量的水平分布具有显著的正相关性;总有机碳含量与微型生物生物量和总叶绿素含量的相关性均不显著,说明总叶绿素含量是微型生物生物量水平分布的主要影响因子。小型底栖生物、生物扰动和底流等环境因子也是影响沉积物中微型生物生物量空间分布的重要因素。     

黄海底栖纤毛虫的群落结构与时空变化

采用密度梯度离心结合定量蛋白银染色(Ludox-QPS)方法,对2010年7月和11月获自黄海海域沉积物中的底栖纤毛虫进行了群落结构研究,并结合环境因子进行了分析。结果表明:7月浒苔暴发期间,纤毛虫现存量以北黄海、南黄海近岸和长江口外海域较高,南黄海离岸站位较低;11月的纤毛虫丰度和生物量均明显高于7月,南黄海近岸站位的丰度和生物量较高,且向外海随水深增大呈减少的趋势。11月丰度和生物量前三位的类群与7月一致,前口类丰度所占比例最高,核残迹类生物量所占比例最高。肉食性纤毛虫均是两个月份的最优势摄食类群。11月纤毛虫的物种数、Margalef指数和香农-威纳指数均高于7月,且均以南黄海近岸海域较高,而离岸海域较低;纤毛虫丰度、生物量、物种数、Margalef和香农-威纳指数与底层水温度和沉积物中值粒径呈显著正相关。冷水团对底栖纤毛虫群落结构和分布有一定的影响,且是多个环境因子的共同影响。两个月份纤毛虫群落间的Jaccard相似系数值高于单个月份南北黄海和冷水团内外的系数值,表明黄海底栖纤毛虫的物种组成在季节间的差异可能小于不同海域之间的差异。7月南黄海近岸较高的纤毛虫现存量和多样性表明,浒苔的死亡和降解可能通过级联效应促进了近岸站位纤毛虫的生长。     

Heterotrophic microbial communities on the water-sediment boundary in the Kara Sea

The qualitative and quantitative characteristics of the heterotrophic microbial communities (bacteria, flagellates, and ciliates) in the thin water-sediment layer in the Kara Sea are analyzed. The bacterial abundance correlated with the concentration of organic matter, whereas their size depended on the abundance of heterotrophic flagellates. The number of species of heterotrophic flagellates increased with the increase in the bacterial number. A positive relationship between the bacterial abundance and the ration of heterotrophic flagellates was observed at the offshore stations, probably due to the grazing pressure. The density of the ciliates on the soft silty and sandy-silty sediments was extremely low. The share of upstream filter feeding ciliate species increased with the increase in the abundance of the flagellates, probably due to the shift to less selective feeding strategies at higher values of the food concentrations. The classification of the heterotrophic microbial communities in the surface sediment layer has revealed two distinct types of the communities. The river communities are rich in species and are characterized by the high abundance of microorganisms. They are gradually replaced by marine communities at the salinity of 9%.     

春、秋季南黄海浮游纤毛虫丰度及生物量的分布差异

Seasonal variation of marine plankton spatial distribution is important in understanding the biological processes in the ocean.In this study,we studied spatial distribution of planktonic ciliate abundance and biomass in the central deep area(station depth greater than 60 m) and the coastal shallow area(station depth less than 60 m) of the southern Yellow Sea(32°–36.5°N,121°–125°E) in spring(April) and autumn(October–November) of 2006.Our results showed that both ciliate abundance and biomass in the surface waters were higher in spring((1 490±2 336)ind./L;(4.11±7.81) μg/L) than in autumn((972±823) ind./L;(1.11±1.18) μg/L,calculated by carbon).Ciliate abundance and biomass in the surface waters of the coastal shallow area were similar in spring and autumn.However,in the central deep area,those values were much higher in spring((1 878±2 893) ind./L;(5.99±10.10)μg/L) than in autumn((738±373) ind./L;(0.74±0.76) μg/L).High values of ciliate abundance and biomass occurred in the central deep area in spring and in the coastal shallow area in autumn.Mixotrophic ciliate Laboea strobila was abundant in the central deep area in spring,when a phytoplankton bloom occurred.However,in autumn,L.strobila was abundant in the coastal shallow area.Boreal tintinnid Ptychocyli obtusa was found in spring.Both L.strobila and P.obtusa were concentrated in the surface waters when their abundance was more than 1 000 ind./L.Peaks of these species were in the subsurface waters when their abundance was less than 400 ind./L.This study showed that both high abundance and biomass of ciliates occurred in different areas in southern Yellow Sea seasonally.     

Difference of planktonic ciliate communities of the tropical West Pacific,the Bering Sea and the Arctic Ocean

Ciliates are important components in planktonic food webs,but our understanding of their community structures in different oceanic water masses is limited.We report pelagic ciliate community characteristics in three seas:the tropical West Pacific,the Bering Sea and the Arctic Ocean.Planktonic ciliate abundance had"bimodal-peak","surface-peak"and"DCM(deep chlorophyll a maximum layer)-peak"vertical distribution patterns in the tropical West Pacific,the Bering Sea and the Arctic Ocean,respectively.The abundance proportion of tintinnid to total ciliate in the Bering Sea(42.6%)was higher than both the tropical West Pacific(7.8%)and the Arctic Ocean(2.0%).The abundance proportion of small aloricate ciliates(10–20μm size-fraction)in the tropical West Pacific was highest in these three seas.The Arctic Ocean had higher abundance proportion of tintinnids in larger LOD(lorica oral diameter)size-class.Proportion of redundant species increased from the Arctic Ocean to the tropical West Pacific.Our result provided useful data to further understand ecology roles of planktonic ciliates in different marine habitats.     

The green–blue swing: plasticity of plankton food‐webs in response to coastal oceanographic dynamics

The internal organization of plankton communities plays a key role in biogeochemical cycles and in the functioning of aquatic ecosystems. In this study, the structure of a marine plankton community (including both unicellular and multicellular organisms) was inferred by applying an ecological network approach to species abundances observed weekly at the long‐term ecological research station MareChiara (LTER‐MC) in the Gulf of Naples (Tyrrhenian Sea, Mediterranean Sea) in the summers of 2002–2009. Two distinct conditions, characterized by different combination of salinity and chlorophyll values, alternated at the site: one influenced by coastal waters, herein named ‘green’, and the other reflecting more offshore conditions, named ‘blue’. The green and blue ‘phases’ showed different keystone biological elements: namely, large diatoms and small‐sized flagellates, respectively. Several correlations amongst species belonging to different trophic groups were found in both phases (connectance ~0.30). In the green phase, several links between phytoplankton and mesozooplankton and within the latter were detected, suggesting matter flow from microbes up to carnivorous zooplankton. A microbial‐loop‐like sub‐web, including mixo‐ and heterotrophic dinoflagellates and ciliates, was present in the green phase, but it was relatively more important in the blue phase. The latter observation suggests a more intense cycling of matter at the microbial trophic level in the blue phase. These results show that different modes of ecological organization can emerge from relatively small changes in the composition of aquatic communities coping with environmental variability. This highlights a significant plasticity in the internal structure of plankton webs, which should be taken into account in predictions of the potential effects of climatic oscillations on aquatic ecosystems and biogeochemical cycles therein.     

东海西南近岸海域污损生物群落特征

于2013年12月~2014年11月在东海西南近岸海域进行污损生物周年挂板试验,全年共记录污损生物10门49科69属84种,群落组成以近岸暖水种为主,为典型的亚热带内湾型群落,附着盛期为4–9月,夏季污损生物的附着强度最高。固定生活类型的悬浮物食者是该近岸海域污损生物群落的附着主体,网纹藤壶（Amphibalanus reticulatus）是最主要的优势种和代表种,其它优势种还有长鳃麦杆虫（Caprella equilibra）、中胚花筒螅（Ectopleura crocea）、太平洋侧花海葵（Anthopleura nigrescens）、今岛柄涡虫（Stylochus ijimai）、克氏无襟毛虫（Spirobranchus kraussii）、近江牡蛎（Crassostrea rivularis）、翡翠贻贝（Perna viridis）、廉形叶钩虾（Jassa falcata）、强壮板钩虾（Stenothoe valida）、光辉圆扇蟹（Sphaerozius nitidus）和大室别藻苔虫（Biflustra grandicella）等。污损生物群落个体间因附着空间和食物竞争而存在着相互依存或互相制约的关系,又依照对环境因子的适应性而存在着一定的时空分布规律。温度是决定污损生物地理分布的最主要环境因素,物种的温度属性是不同气候带污损生物群落组成差异的本质体现,污损生物的种类数、附着期和附着量与水温有着密切的关系;另外,盐度、水流、光、水产养殖等自然环境或人为因素也是影响污损生物附着的重要影响因子。     

黄海水母旺发区浮游鞭毛虫和纤毛虫群落结构分布及其与水母发生关系初探

鞭毛虫和纤毛虫在海洋微食物环和经典食物链间的能量流动中起着重要的枢纽作用,但其在水母暴发过程中的作用仍然不明。本研究基于2011年春季以及水母旺发的夏季黄海专项航次,通过荧光染色技术和定量蛋白银法研究了南黄海水母频发海域3个断面(E:33°N,G:34°N,I:35°N)的鞭毛虫和纤毛虫的群落结构和时空分布特点,对其与水母的发生关系进行了初步探讨。结果表明,春夏两季的微型鞭毛虫丰度均以近岸水域为最高,向外海递减,高值区大多出现在水体表层及底层附近。夏季总微型鞭毛虫的丰度和生物量较春季略高,且异养微型鞭毛虫比例升高。纤毛虫丰度的水平分布与鞭毛虫正相反,以近岸较低,向外海递增,主要分布在表层及10m水层。在水母出现的E和G断面,夏季纤毛虫数量显著降低,丰度仅为春季的30%—40%;而未见水母的I断面夏季较春季的数量升高了一个数量级。推测夏季水母发生的E、G断面纤毛虫丰度明显降低系因水母的捕食压力所致,纤毛虫数量的减少导致对鞭毛虫的摄食压力降低,鞭毛虫数量增加;而未见水母的I断面纤毛虫则维持较高的丰度值。本研究表明,水母作为浮游生态系统的顶级捕食者,可通过营养级联效应对微小型浮游动物群落产生影响。