六株球形棕囊藻的色素组成特征研究

球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)是我国南方沿海近年来主要的赤潮原因种之一,由球形棕囊藻形成的赤潮对海水养殖业发展和海域生态环境构成了严重威胁。棕囊藻通常以囊状群体形式形成赤潮,很难获取其丰度数据,以往研究中多以19′-己酰氧基岩藻黄素(Hex-fuco)或19′-丁酰氧基岩藻黄素(But-fuco)作为其特征色素,利用化学分类软件CHEMTAX计算其生物量。为了解我国近海球形棕囊藻的色素组成特征,本文采用高效液相色谱方法,分析了6株球形棕囊藻的色素组成与含量状况,其中5株分离自我国近海。结果表明, 6株球形棕囊藻均以岩藻黄素和叶绿素a为主要色素,但其特征色素Hex-fuco却存在显著的株系间差异,即便是分离自相同海域的不同球形棕囊藻藻株也存在差别。对比棕囊藻游离细胞和囊状群体的色素组成,可以看出两者在色素组成上基本一致,但囊状群体中捕光色素(Light-harvesting pigment)含量低于游离细胞,而光保护色素(Photoprotective pigment)则高于游离细胞,可能与不同存在形态的棕囊藻对光照的适应特征差异有关。以上研究表明,在以CHEMTAX方法计算球形棕囊藻生物量时,需要充分调查海域棕囊藻的特征色素组成情况,获取其特征色素信息,构建合理色素比例初始矩阵,为球形棕囊藻赤潮监测奠定基础。     

浒苔孢子在不同材料基质上的附着萌发差异性研究

本研究针对黄海绿潮早期发生过程,以浒苔生殖细胞附着生长特征为切入点,以其主要原因藻种浒苔(Ulva prolifera)为材料,对比研究了不同材料附着基质对浒苔孢子附着萌发的影响。发现孢子在2—6h内的附着率达到80%,尤其是在前2h内的附着速率最快,而且在不同材料的基质上都能完成附着萌发,但萌发数量存在显著差异性,孢子在紫菜养殖筏架相关材料(塑料、竹片、尼龙网衣、塑料网衣)上的萌发率显著高于浅滩、礁石和养殖池相关材料(细砂、海泥、石块)。浒苔孢子还可以在藻段上完成附着萌发,而橡胶和鱼粉袋相关材料对浒苔孢子的萌发存在抑制作用。对比浒苔孢子和配子的萌发特性发现两者有异同点,两者在塑料、竹片等筏架相关材料上萌发率均较高,而孢子在藻段以及橡胶浸出液和鱼粉溶液中的萌发数均显著高于配子。本研究发现紫菜养殖筏架更有利于浒苔孢子的附着萌发,这进一步说明苏北浅滩数十万亩的紫菜养殖筏架在绿潮早期形成过程中为浒苔孢子提供了重要的附着基质。本研究结果将为探讨紫菜养殖筏架在绿潮早期发生过程中的重要作用,并为养殖筏架防附着材料的选用提供参考。     

绿硫细菌色素的高效液相色谱分析及其应用

绿硫细菌(green sulfur bacteria)的特征色素及其衍化产物,如细菌叶绿素d、细菌叶绿素e、绿硫菌烯(chlorobactene)和异海绵烯(isorenieratene)等可以作为标志物,指示水体真光层的无氧事件,以及水生生态系统在缺氧环境下的演变过程。但是,由于缺少色素标准品,相关研究工作受到制约。为此,本研究培养了两种典型绿硫细菌——Chlorobium phaeovibrioides(DSM269,褐色菌株)和Prosthecochloris vibrioformis(DSM260,绿色菌株),并应用高效液相色谱仪分析了两种细菌所产色素情况。结果在两株细菌中检测到了细菌叶绿素d(DSM260)、细菌叶绿素e(DSM269)和异海绵烯(DSM269),并获得各类色素的特征吸收光谱和保留时间。依据上述方法,对底层水体缺氧问题突出的长江口南部邻近海域表层沉积物样品进行了初步分析,但未检测到绿硫细菌色素。考虑到长江口邻近海域底层水体缺氧问题正在不断加剧,有必要将绿硫细菌色素作为一类重要的指标作进一步研究。     

Distribution patterns of phytoplankton in the Changjiang River estuary and adjacent waters in spring 2009

The Changjiang River estuary and adjacent waters are one of the most notable regions for red tides/harmful algal blooms in China's coastal waters.In this study,phytoplankton samples were collected and analyzed during the outbreak stage of red tides in May 2009.It was found that dinoflagellates,Prorocentrum donghaiense and Karenia mikimotoi,and diatoms,Skeletonema spp.and Paralia sulcata,were the major taxa dominating the phytoplankton community.Cluster analysis,non-metric multidimensional scaling(NMDS) and analysis of similarities(ANOSIM) was conducted on a data matrix including taxa composition and cell abundance of the phytoplankton samples.The analyses categorized the samples into three groups at a similarity level of 30%.Group Ⅰ was characterized by estuarine diatoms and distributed mainly in the highly turbid estuarine region.Group Ⅱ,which was dominated by the diatom Skeletonema spp.and represented the red tide of Skeletonema spp.,was situated around Group Ⅰ in the sea area west of 122°50'E.Group Ⅲ was characterized by a high proportion of dinoflagellates and was found further offshore compared with Groups Ⅰ and Ⅱ.Group Ⅲ was further divided into two subgroups(Ⅲ-S1 and Ⅲ-S2) at a similarity level of 40%.Group Ⅲ-S1 was characterized by the presence of the benthic diatom P.sulcata,representing phytoplankton samples collected either from the bottom or from the sea area affected by upwelling.GroupⅢ-S2 was dominated by dinoflagellates and represented red tides formed by P.donghaiense and K.mikimotoi.A gradual change of red-tide causative species was observed from the estuary to the offshore sea area,from diatoms to armored dinoflagellates and then unarmored dinoflagellates.Environmental factors associated with each group,and thus affecting the distribution of phytoplankton and red tides,are discussed.     

基于FlowCam影像和YOLOv3深度学习模型的多纹膝沟藻检测

海洋中的有害藻华,包括微藻形成的赤潮和褐潮以及大型藻类形成的绿潮和金潮,已成为一类突出的海洋生态灾害问题。2021年11—12月,山东半岛东北部海域发生多纹膝沟藻(Gonyaulax polygramma)形成的大规模赤潮,导致海带养殖严重受损,亟待构建有针对性的赤潮监测预警体系。本文以多纹膝沟藻为对象,尝试应用流式影像仪(FlowCam)结合卷积神经网络模型YOLOv3,分别对含有多纹膝沟藻的浓缩海水样品、含有多纹膝沟藻和链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)的浓缩海水样品,以及含有多纹膝沟藻活细胞及空壳的浓缩海水样品进行了检测实验,探究了基于藻种影像的深度学习模型在赤潮原因种检测方面的应用潜力。结果表明,在以FlowCam获取的影像数据集训练3万次后,YOLOv3对多纹膝沟藻表现出较好的识别能力,对浓缩海水样品中目标藻种识别的平均精度为88.2%;当样品中存在与多纹膝沟藻形态相似的链状亚历山大藻时,模型对多纹膝沟藻识别的平均精度下降为76.6%,对两种微藻同时进行训练和检测,可将对多纹膝沟藻识别的平均精度提高至84.6%。对于低温下出现脱壳现象的多纹膝沟藻,模型对海水中活细胞识别的平均精度为86.7%,对空壳识别的平均精度87.8%,将多纹膝沟藻活细胞与空壳分别识别的平均精度均值(87.3%)高于将两者统一作为多纹膝沟藻进行检测的识别精度(84.2%),整体识别精度提升3.1%。综合相关结果可以看出,FlowCam与深度学习模型相结合在赤潮监测和研究中具有重要应用潜力。     

海洋浮游植物薄层的研究进展

浮游植物薄层是指位于水体次表层、厚度从几厘米到几米的高丰度浮游植物分布层。与大洋相比，在河口、海湾和近海的浮游植物薄层往往分布浅、强度大，具有明显的时空变化。浮游植物薄层的形成和维持不仅受到层化、楔入、剪切等物理过程的调控，也与浮游植物的生长、聚集及浮游动物的差异化捕食等生物生态学过程有关，目前围绕浮游植物薄层的形成机制已提出了趋旋俘获等假说。浮游植物薄层对其生长、繁殖、防御等具有重要意义，有的浮游植物薄层聚集了大量的有毒有害藻，与有害藻华的发生关系密切。深入研究浮游植物薄层的成因，将为阐明有害藻华的发生机制和有效监测提供重要依据。     

黄、东海夏季浮游植物群落特征及其影响因素分析

黄海和东海是西北太平洋重要的边缘海，复杂的海洋环流和丰富的陆源物质输入共同影响着海域环境和生态系统。为了解黄、东海浮游植物群落组成、分布状况及其影响因素，本研究于2015年8—9月期间，通过流式细胞仪和形态学观察等方法，调查了该海域微型真核藻类、微微型真核藻类、聚球藻（Synechococcus）、原绿球藻（Prochlorococcus）以及浮游植物优势种的组成、丰度与分布情况，并基于浮游植物种类和丰度状况进行了聚类分析。结果表明，黄、东海浮游植物群落组成存在明显差别，黄海海域微型浮游植物丰度高于东海，而微微型浮游植物丰度低于东海，原绿球藻主要分布在东海海域。黄、东海海域浮游植物群落组成及分布状况与海域环境特征密切相关。夏季黄海海域相对封闭，受黄海冷水团控制，表层海水中高丰度的微型真核藻类主要出现在冷水团西侧边缘锋面区。东海海域受到长江冲淡水和黑潮水向岸入侵的强烈影响，在长江口邻近海域出现硅藻赤潮，而原绿球藻呈现出自外海向近岸输送的分布态势。相关结果可望为进一步探讨陆源物质输入和邻近大洋对我国近海生态系统的影响及机理提供依据。     

应用甾醇类生物标志物追踪绿潮后期漂浮绿藻沉降区的方法

黄海大规模绿潮的连年暴发造成了巨大的经济损失,但目前对其生态效应的认识仍非常有限。这主要是由于对绿潮后期漂浮绿藻的沉降区域缺乏了解,在很大程度上限制了对黄海绿潮生态效应的认识。本研究尝试以28-异褐藻甾醇作为绿潮藻类生物标志物,建立追踪绿藻沉降区的方法,并对其有效性和可行性进行分析和验证。研究结果表明,黄海绿潮原因种浒苔(Ulva prolifera)中主要甾醇成分为28-异褐藻甾醇,含量为50—100μg/g。在20°C和黑暗条件下,浒苔在1—2个月之内能够完全腐烂分解,腐烂分解的浒苔生物量与沉积物中保存的28-异褐藻甾醇含量呈显著正相关,沉积物中高含量的28-异褐藻甾醇能够在20°C和黑暗条件下稳定保存至少1个月,之后含量明显降低。现场调查也发现,在受绿潮影响的青岛近岸海域表层沉积物中能够检测到高含量的28-异褐藻甾醇,且其含量在绿潮消退1个月后有明显下降。因此,28-异褐藻甾醇可以作为黄海绿潮藻类的生物标志物,通过对绿潮消退后1—2月内海域表层沉积物中28-异褐藻甾醇的分析,有望揭示漂浮绿藻的沉降区域。相关结果为进一步研究黄海绿潮的生态效应奠定基础。     

秦皇岛海域“褐潮”海水对卤虫、轮虫存活和摄食的影响研究

为评价秦皇岛褐潮现场海水的毒性,作者利用HPLC技术及CHEMTAX,分析了2013年7月2日采自秦皇岛褐潮高峰期微型及微微型浮游植物的色素组成及群落结构;测定了卤虫(Artemia salina)、轮虫(Brachionus plicatilis)存活率和摄食量。研究表明,褐潮海水微型及微微型浮游植物中,海金藻(Pelagophyceae)占主要优势,其生物量占总生物量的72.6%。褐潮海水抑制卤虫存活,卤虫48 h存活率降至77%;对轮虫24 h存活没有显著效应。此外,褐潮海水抑制卤虫、轮虫的摄食,卤虫、轮虫8 h内摄食量分别由(5.5±0.4)ng/个降至(2.4±0.4)ng/个、由(1.5±0.2)ng/个下降至(0.9±0.1)ng/个。该结果与美国的3株褐潮藻的毒性进行了比较。CCMP 1507对卤虫存活有显著抑制作用,其他两株没有显著效应;3株褐潮藻对轮虫24 h存活都没有显著影响。暴露于3株褐潮藻中,卤虫的摄食量均显著较低;其中CCMP 1507在混合饵料中还抑制卤虫、轮虫对其他藻的摄食。对CCMP 1507各组分分析发现,该藻的毒性主要来源于藻细胞。结合现场试验与室内试验结果分析表明,秦皇岛褐潮对卤虫、轮虫有一定的毒性,其毒性与CCMP 1507的毒性相当。     

南黄海首次暴发“巨囊”生态型球形棕囊藻藻华

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)常在热带至温带近海海域形成有害藻华,该种具有种内遗传多态性,且有囊体大小、特征色素组成等性状分化。在我国南海形成有害藻华的球形棕囊藻可形成“巨型囊体”,以19''-丁酰氧基岩藻黄素(But-fuco)为特征色素,是一种独特的“巨囊”生态型。2021年11月底至12月初,南黄海青岛沿岸暴发大规模球形棕囊藻藻华。藻华发生期间,对青岛沿岸3个站位的水文和化学要素进行了观测,分析了球形棕囊藻囊体的数量、直径和色素组成,并应用一种高分辨率种下分子标记——叶绿体rbcS-rpl27基因间隔区分析了其遗传特征。结果表明,藻华发生期间青岛沿岸表层海水温度较低 (12~14℃),海域营养盐组成具有高溶解有机氮、低溶解无机氮的特征;球形棕囊藻囊体丰度超过20个/L,最大囊体直径为18 mm,以But-fuco为特征色素, rbcS-rpl27序列分析表明其与南海“巨囊”生态型球形棕囊藻具有相同的遗传特征。南黄海首次暴发的球形棕囊藻藻华是由“巨囊”生态型形成,该藻华可能对海洋生态系统、水产养殖业发展和核电设施运行等构成威胁,亟待开展藻华成因与监测预警对策研究。