遼東灣潛在褐潮生物時空分布及環境關聯

宋 倫,吳 景,李 楠,杜 靜,楊 爽,王 鵬

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遼東灣潛在褐潮生物時空分布及環境關聯

宋 倫1,2,吳 景2,李 楠2,杜 靜2,楊 爽2,王 鵬1*

(1.哈爾濱工業大學環境學院,城市水資源與水環境國家重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150090；2.遼寧省海洋水產科學研究院,遼寧 大連 116023)

以18S rDNA V4區作為目標基因,利用自行設計的真核浮游植物鑒定引物V4(F/R),結合高通量測序技術,對遼東灣2014年四季海水中真核浮游植物多樣性進行了檢測.結果發現了8種潛在褐潮生物:抑食金球藻、金牛微球藻、微擬球藻、顆粒微擬球藻、細小微胞藻、密球藻、普通小球藻、鈣質角毛藻,其中前2種生態風險較高,主要分布在遼東灣西南、東南兩側.除抑食金球藻和細小微胞藻為混合營養型外,其他6種均為自養型.細小微胞藻豐度最高(平均161445個/L),主要分布在秋季;其次是抑食金球藻、金牛微球藻(平均13912,13717個/L),主要分布在春季;之后為鈣質角毛藻、普通小球藻(平均5498,5234個/L),主要分布在秋季;密球藻(平均1345個/L),主要分布在夏季;微擬球藻、顆粒微擬球藻最少(平均56,44個/L),冬季無分布.遼東灣潛在褐潮生物豐度與水溫、水深、無機氮、N/P顯著相關,其群落結構演替與環境因子關聯性有待于進一步研究.

褐潮生物；生態分布；環境關聯；遼東灣

遼東灣是渤海最大的半封閉式海灣,是海洋生物重要的索餌場、產卵場、越冬場和洄游通道,但多年來超負荷承載陸源污染,近岸海域富營養化嚴重,赤潮、褐潮頻發[1-2].遼東灣西南側海域從2009年開始至今每年都暴發抑食金球藻()褐潮,最大面積達3400km2,褐潮期間養殖貝類滯長、部分死亡,生態系統遭到破壞,旅游業、水產養殖業經濟損失巨大[3-4].微微型浮游植物(0.22~3μm)在海洋中多樣性相當豐富,也是褐潮暴發的主要致災種,由于個體微小、形態學鑒定困難一度研究較為遲緩[5].分子鑒定雖然存在一些問題,但比傳統形態學鏡檢方法鑒定更為高效,尤其可提高微微型浮游植物的檢出率,隨著高通量測序技術的發展極大地推動了微型藻類的高效檢測研究[6-7],分子鑒定技術也逐漸被國內外學者所接受,采用該技術,2014~2015年宋倫等在遼東灣長興島海域又發現了尚未報道的微擬球藻(sp.)和金牛微球藻()褐潮致災種[8].同時發現了褐潮致災種抑食金球藻在遼東灣的擴散跡象[9].

目前遼東灣的浮游植物傳統檢測只記錄了95種[10],尚未記錄微微型種類,作為褐潮風險研究背景數據極其匱乏.鑒于此,本研究采用高通量測序平臺,結合生物信息學方法,以18S rDNA的V4區為目標基因,篩查了遼東灣海域的真核微微型浮游植物種類,分析了其與環境因子的相關性,旨在為褐潮風險預警研究提供參考依據.

1 材料與方法

1.1 樣品采集及制備

2014年在遼東灣海域網格化設置12個站位(圖1),分別于2014年5月(春)、8月(夏)、10月(秋)、12月(冬)采集表層海水1L.樣品首先經200μm篩絹過濾去除大型浮游生物,然后用0.22μm微孔濾膜收集真核浮游植物(其中1、3、10站位分別增加1L樣品依次經20,3,0.22μm微孔濾膜過濾,以輔助判定各藻類粒徑大小),最后將濾膜轉移至1.5mL無菌離心管中,置于-20或-80℃冷凍保存、運輸.站位選取主要依據《海洋調查規范》(GB/T 12763-2007),主要考慮樣品的區域代表性和均勻性.

圖1 遼東灣采樣站位示意

同期進行海水的水溫(SST)、水深(Dep)、葉綠素a(Chl a.)、無機氮(DIN)[銨鹽(NH4+)、硝酸鹽(NO3-)、亞硝酸鹽(NO2-)之和]、活性磷酸鹽(SRP)、石油類(Oil)、溶解氧(DO)、化學耗氧量(COD)、重金屬汞(Hg)、鉛(Pb)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、砷(As)等指標的監測.調查和監測分析方法均參照《海洋調查規范》(GB/T 12763-2007)和《海洋監測規范》(GB17378- 2007)[11-12]執行.

1.1.1 基因組DNA的提取 采用CTAB法提取微微型浮游植物宏基因組,將濾膜剪碎置于1.5mL離心管中,加入500μL CTAB裂解液(2% CTAB; 100mmol/L Tris-Cl,pH值為8.0;1.4mmol/L NaCl; 10mmol/L EDTA)和1μL β-巰基乙醇,5~10μL蛋白酶K,55℃裂解1~1.5h;12000r/min離心5min,取出液體置于新的離心管中,用酚氯仿抽提2次后,取上清液,加入2倍體積預冷的無水乙醇,沉淀2~3h,保留沉淀,使用75%乙醇清洗沉淀,得到浮游生物基因組DNA,利用1%瓊脂糖凝膠電泳和紫外分光光度計檢測DNA濃度及純度,合格后置于-20℃冰箱保存備用.

1.1.2 18S rDNA可變區V4的PCR擴增 該研究應用的引物為自行開發的真核浮游植物18S rDNA的V4區基因擴增引物——V4(F/R).上游引物為V4-F序列5'-GCGGTAATTCCAGCT CCAATA-3',下游引物為V4-R序列5'-GATCCCCHWACTTT- CGTTCTTGA-3'[8].將引物連接適當的接頭送往上海生工生物公司進行合成. PCR反應體系為50μL,包括PCR Buffer 5μL、dNTP Mixture 8μL、上下游引物(10μmol/L)各2μL、模板DNA 2μL、Taq DNA聚合酶2.5U,加適量滅菌水.擴增反應均在PE 9700型PCR儀(美國PE公司)上完成,反應條件:94℃預變性3min;94℃變性 30s,58℃退火45s,72℃延伸45s,共33個循環;72℃延伸5min. 1%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物,將檢測合格的產物交由諾和致源生物信息科技有限公司,使用NEB Next? Ultra? DNA Library Prep Kit for Illumina(New England Biolabs)建庫試劑盒進行文庫的構建,構建好的文庫經過Qubit定量(Thermo Scientific)和文庫檢測,合格后,使用Hiseq2500PE250模式進行上機測序.

1.2 數據分析

測序得到的原始數據使用FLASH軟件進行拼接,參照Qiime軟件質量控制流程將拼接后的序列經過截取、過濾得到有效數據.利用Uparse (http://drive5.com/uparse/)對有效數據進行OTUs (Operational Taxonomic Units)聚類和物種分類,采用RDP Classifier方法與SILVA數據庫(https://www. arb-silva.de/,Version 108)對OTUs代表序列進行物種注釋[13].研究表明,粒徑相同的微藻序列數比例更接近于豐度比例[14],鏡檢同期水樣中出現的所有浮游植物,篩選各站位出現頻度最高、粒徑最小的角毛藻(sp.)作為密度基準種類[15],通過序列數比測算潛在褐潮藻類密度,相關公式:

式中:D為某站位潛在褐潮生物密度,ind/L;N為同一站位水樣中所有角毛藻密度,由鏡檢獲得, ind/L;N為某站位水樣中所有角毛藻的序列數;D為某站位褐潮生物的序列數.

采用相對密度(RA)計算潛在褐潮生物密度在各季節的比例:

式中:n為潛在褐潮生物在站的密度,ind/L;為統計單元的總密度,ind/L.

公式計算、數據分析、方差檢驗、等值線繪制均通過Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0、PRIMER 5.0軟件完成.

2 結果

2.1 測序數據質量

通過IlluminaHiSeq 2500測序平臺進行PE250模式測序,所得原始數據使用FLASH軟件進行拼接,參照Qiime軟件質量控制流程,將拼接后的序列經過截取、過濾得到有效數據.每個樣品平均獲得77297條原始序列,經過拼接和質量過濾,每個樣品平均得到70604 條序列,高質量數據占到91%以上,表明測得的數據準確可靠.各樣品測序結果見表1.

表1 有效序列數及OTUs數統計

2.2 OTUs聚類和物種注釋

為進一步分析表層海水樣品中物種組成多樣性信息,使用Uparse軟件對所有樣品的有效序列進行聚類分析,以97%的一致性將序列聚類成為OTUs種水平,每個樣品平均獲得378個OTUs,剔除原生動物OTUs數后,春、夏、秋、冬注釋到種的浮游植物種類分別為150、187、183、195.

2.3 潛在褐潮生物篩查

一般將小于3μm藻類引發的赤潮定義為褐潮.根據相關文獻統計[16],并分析1、3、10站位通過3μm截留在0.22μm微孔濾膜上的浮游植物優勢組份,發現遼東灣注釋到種、小于3μm的潛在的褐潮生物共有8種:抑食金球藻(主要分布在遼東灣南部的7、8、11號站)、微擬球藻() (主要分布在遼東灣南部和中東部的4、5、8、9、10號站,冬季未檢出)、顆粒微擬球藻() (主要分布在遼東灣南部的4、8、12號站,冬季未檢出)、金牛微球藻(主要分布在遼東灣西、東部的覺華島和營口海域1、2、9、10、12號站,秋、冬季未檢出)、細小微胞藻() (主要分布在遼東灣中西、中東及東南部的2、9、12號站)、密球藻() (主要分布在遼東灣南部的8、11號站)、普通小球藻() (主要分布在遼東灣中、東部的5、10號站)、鈣質角毛藻() (主要分布在遼東灣西、中部的1、3、5、7號站),其在遼東灣生態分布及特征見表2.

表2 遼東灣潛在褐潮生物種類及生態特征

注:“-”沒有檢出. Mixo:mixotrophy混合營養;Auto: autotrophy自養.

2.4 潛在褐潮生物種屬確定

高通量測序獲得8種褐潮生物部分18S rDNA序列片段長度為380bp左右,通過NCBI Blast比對,抑食金球藻在18S rDNA(KT585674.1)基因序列中對應的位置為563~942bp,金牛微球藻在18S rDNA(KT860912.1)基因序列中對應的位置為489~ 849bp,細小微胞藻在18S rDNA(KT888608.1)基因序列中對應的位置為489~858bp,普通小球藻在18S rDNA (KU720636.1)基因序列中對應的位置為492~865bp,密球藻在18S rDNA(JQ315741.1)基因序列中對應的位置為495~869bp,鈣質角毛藻在18S rDNA(KT585674.1)基因序列中對應的位置為582~ 956bp,此部分序列相似度為99%~100%,擬合度期望值(E-value)均為0.

采用鄰接法選擇棕鞭藻門、金藻門、綠藻門、硅藻門中部分藻類的18S rDNA序列構建系統進化樹.建樹結果顯示,高通量測序獲得的8種潛在褐潮生物18S rDNA V4區序列與基因庫中相應藻類聚在一個分支,其支持率為100%,進而確定對應種屬.

2.5 潛在褐潮生物季節分布

潛在褐潮生物中細小微胞藻密度最高(四季平均161445個/L),其次是抑食金球藻、金牛微球藻(四季平均13912,13717個/L),之后為鈣質角毛藻、普通小球藻(四季平均5498,5234個/L),密球藻(四季平均1345個/L),微擬球藻、顆粒微擬球藻最少(四季平均56,44個/L).

統計各褐潮生物季節相對密度發現,春季抑食金球藻、顆粒微擬球藻、金牛微球藻密度占比最高,均超過50%;夏季密球藻密度占比最高(80%);秋季鈣質角毛藻、普通小球藻、微擬球藻、細小微胞藻密度占比最高,均超過50%;冬季占比最少(圖2).

圖2 潛在褐潮生物季節相對密度分布

2.6 潛在褐潮生物生態分布

除抑食金球藻和細小微胞藻為混合營養外,其他6種均為自養型.抑食金球藻在遼東灣春季密度最高,夏、秋、冬季密度逐漸下降(相對密度61.4%,19.3%,13.1%,6.2%),說明春季為抑食金球藻的主要繁殖季節,其在遼東灣的生態分布見文獻[9].

2.6.1 金牛微球藻 該藻在遼東灣春、夏季分布較廣,秋、冬季所有站位均未檢出,季節性分布較明顯.春季檢出金牛微球藻密度最高,分布在0.010×103~ 25.745×103個/L之間,平均值為7.041×103個/L,最高值出現在2號站位,最低值出現在8號站位,高值區主要分布在遼東灣的東、西近岸(2、4、6、9、10、11、12號站位密度均超過103個/L,其中2、9、10號站位密度均超過104個/L),遼東灣中南部海域密度相對較小;夏季密度分布在0.0003×103~22.662× 103個/L之間,平均值為6.676×103個/L,最高值出現在1號站位,最低值出現在5號站位,高值區主要分布在遼東灣的東南、西南兩側海域(1、2、3、4、6、9、10、11、12號站位密度均超過103個/L,其中1、2、12號站位密度均超過104個/L),遼東灣中部海域密度相對較小.各站位金牛微球藻密度的季節分布見圖3.

等值線表示金牛微球藻密度,ind/L

2.6.2 微擬球藻 該藻在遼東灣分布較少,春季只在9號站位的營口鲅魚圈近岸海域有檢出,密度為129.56個/L,其他站位均未檢出;夏季在4、9、10號站位的綏中、大連長興島、營口鲅魚圈近岸海域有檢出,密度分別為65.51,2.77,3.80個/L;秋季在5、8號站位的遼東灣北、南中部海域有檢出,密度分別為470.44,0.62個/L,冬季所有站位沒有檢出.微擬球藻密度的季節分布見圖4.

2.6.3 顆粒微擬球藻 該藻遼東灣分布也較少,春季只在3、12號站位的葫蘆島興城、大連旅順近岸海域有檢出,密度分別為0.41,345.95個/L,其他站位均未檢出;夏季在8、9、11、12號站位的遼東灣東南、東北近岸海域有檢出,密度分別為4.68,2.77, 4.89,115.62個/L;秋季在2、4號站位的遼東灣西部海域有檢出,密度分別為12.32,40.07個/L,冬季所有站位沒有檢出.各站位顆粒微擬球藻密度的季節分布見圖5.

等值線表示微擬球藻密度,ind/L

2.6.4 細小微胞藻 該藻在遼東灣分布較廣,四季所有站位均有檢出,優勢度明顯.春季檢出密度分布在0.047×103~304.596×103個/L之間,平均值為51.419×103個/L,最高值出現在9號站位,最低值出現在8號站位,高值區主要分布在遼東灣的東部(除了3、7、8號站位,其余站位密度均超過103個/L,其中2、6、9、10、11、12號站位密度均超過104個/L),遼東灣中南部密度相對較小.

等值線表示顆粒微擬球藻密度,ind/L

夏季密度分布在0.001×103~134.915×103個/L之間,平均值為23.806×103個/L,最高值出現在1號站位,最低值出現在5號站位,高值區主要分布在遼東灣的東、西兩側海域(除了5、7號站位,其余站位密度均超過103個/L,其中1、2、4、9、12號站位密度均超過104個/L),遼東灣中部海域密度相對較小.

冬季密度分布在0.005×103~58.514×103個/L之間,平均值為5.672×103個/L,最高值出現在1號站位,最低值出現在10號站位,高值區主要分布在遼東灣北部海域(1、2、9站位密度均超過103個/L,其中1號站位密度均超過104個/L),遼東灣南部海域密度相對較小.各站位細小微胞藻密度的季節分布見圖6.

2.6.5 普通小球藻 該藻在遼東灣分布較廣,四季均有分布,少數站位未檢出.春季檢出密度分布在0~4.950×103個/L之間,平均值為448.880個/L,最高值出現在遼東灣中東部的10號站位,6、7、12號站位未檢出,除了10號站位,其他站位密度均未超過200個/L.

夏季密度分布在0~5.824×103個/L之間,平均值為701.640個/L,最高值出現在1號站位,7號站位未檢出,高值區主要分布在遼東灣的東南部海域(1號站位密度超過104個/L,3、12號站位密度超過500個/L),遼東灣中部海域密度相對較低.

秋季密度分布在0~47.515×103個/L之間,平均值為3.963×103個/L,最高值出現在遼東灣北部的5號站位,2、4、6、7、9號站位未檢出,除了5號站位,其他站位密度均未超過20個/L.

冬季密度分布在0.205~911.818個/L之間,平均值為120.685個/L,最高值出現在遼東灣西北部的1號站位,最低值出現在遼東灣東南部的11號站位,除了1、5、9號站位,其他站位密度均未超過70個/L.各站位普通小球藻密度的季節分布見圖7.

2.6.6 密球藻 該藻在遼東灣分布較廣,四季均有分布,少數站位未檢出.春季檢出密度分布在0~395.371個/L之間,平均值為80.582個/L,最高值出現在12號站位,1、6、9號站位未檢出,高值區主要分布在遼東灣的東南部海域(10、11、12號站位,但密度均未超過103個/L),遼東灣中西部海域密度相對較小.

夏季密度分布在0~10.637×103個/L之間,平均值為1.070×103個/L,最高值出現在12號站位,4號站位未檢出,高值區主要分布在遼東灣的東南部海域(11號站位密度超過103個/L,12號站位密度超過104個/L),遼東灣中西部海域密度相對較小.

但令人遺憾的是，時至今日福建很多地方對武術精神文化或武術人文價值的宣傳僅依靠單一的傳統媒體。譬如：調研發現在福鼎市和南安市的鄉鎮以下武術宣傳仍以人際傳播為主，傳播方式依然是千百年來民間自然延續的口口相傳，基本沒有專業人士介入引導和書面整理；市(縣)一級則采用報刊、廣播、電視等傳統媒體進行宣傳，缺少“互聯網+”的新媒體參與。長期以來，在一度“唯GDP論英雄”的時代背景下，當地政府對武術的社會經濟價值及其對經濟發展的直接貢獻已經有了明確認知；但更深層次的認知，即對武術的文化內涵與潛在價值的理解仍顯輕率，其外在表現是重視力度不夠，不能創新和擴大宣傳平臺(大型國際性賽事除外)。

圖6 細小微胞藻密度的季節分布

等值線表示細小微胞藻密度,ind/L

圖7 普通小球藻密度的季節分布

等值線表示普通小球藻密度,ind/L

圖8 密球藻密度的季節分布

等值線表示密球藻密度,ind/L

圖9 鈣質角毛藻密度的季節分布

等值線表示鈣質角毛藻密度,ind/L

秋季密度分布在0~1.882×103個/L之間,平均值為168.192個/L,最高值出現在遼東灣北部的5號站位,1、2號站位未檢出,除了5號站位,其他站位密度均未超過100個/L.

冬季密度分布在0.029~220.094個/L之間,平均值為25.497個/L,最高值出現在遼東灣西北部的1號站位,最低值出現在遼東灣中東部的10號站位,除了1號站位,其他站位密度均未超過30個/L.各站位密球藻密度的季節分布見圖8.

2.6.7 鈣質角毛藻 該藻在遼東灣分布較廣,四季均有分布,少數站位未檢出.春季檢出密度分布在0.308~2.807×103個/L之間,平均值為403.910個/L,最高值出現在遼東灣東北部的9號站位,8號站位最低,除了6、9號站位,其他站位密度均未超過500個/L.

夏季密度分布在0.438~791.143個/L之間,平均值為274.759個/L,最高值出現在6號站位,5號站位最低,高值區主要分布在遼東灣的西部海域,遼東灣中南部海域密度相對較低.

秋季密度分布在0~57.394×103個/L之間,平均值為4.806×103個/L,最高值出現在遼東灣北部的5號站位,12號站位未檢出,除了5號站位,其他站位密度均未超過100個/L,呈團塊集中分布.

冬季密度分布在0.015~94.326個/L之間,平均值為12.904個/L,最高值出現在遼東灣西北部的1號站位,最低值出現在遼東灣東南部的11號站位,除了1號站位,其他站位密度均未超過20個/L.各站位鈣質角毛藻密度的季節分布見圖9.

2.7 潛在褐潮生物環境關聯

應用冗余分析(RDA)方法研究和探討褐潮生物種群與環境因素的內在關聯.2014年5、8、10、12月遼東灣褐潮生物群落與14個環境因子的RDA排序見圖10.每個環境因子作為單獨的解釋變量做RDA排序圖,可能由于注釋的褐潮生物種類較少,用14個環境因子做RDA排序圖時,蒙特卡洛(Monte Carlo)置換檢驗發現第一軸和所有軸均未呈現顯著性差異,根據環境因子的獨立解釋效應篩選對褐潮生物群落具有顯著性影響的環境因子也較少,僅有8月的DIN、10月的Dep和N/P,12月的SST.

A: 14個環境因子的RDA排序; B: 環境變量交互作用預選擇RDA排序

3 討論

3.1 分子鑒定的準確性

不可否認,本次檢測獲得的藻類DNA信息大部分未能注釋到種,主要原因可能是由于某些種類很難培養,基因序列無法獲得,造成18s rDNA數據庫浮游植物種類不全,注釋到種的成功率較低所致.關于分子鑒定的準確性尚有部分學者存有疑慮,主要影響因素有擴增區域的選擇、引物的選擇或組合、PCR的偏好性、擴增效率的差異、讀長的清晰度或解析度和數據庫的完善度等[17].但相比傳統形態學鏡檢方式,對物種多樣性的發掘已經提升了一個數量級,尤其對微型、微微型浮游植物的發現提供了科學手段,同時大大降低了形態學鑒定的人為主觀誤差.

3.2 褐潮生物粒級確定

目前認為,粒徑小于3μm的微微型浮游植物可被認定為潛在褐潮生物,因此理論上通過3μm截留在0.22μm微孔濾膜上的浮游植物都應歸為潛在褐潮生物.但本研究發現,大部分微微型浮游植物被截留在20μm和3 μm微孔濾膜上,而部分小型、微型浮游植物的DNA信息也會在0.22μm微孔濾膜上檢測到,產生這一原因很多,首先,由于一些小粒徑浮游植物鏈狀群聚,很容易被截留在大孔徑濾膜上,隨著過濾時間增加,濾膜孔徑也會逐漸變小,對小粒徑浮游植物截留效率也會越來越高;另外,一些大粒徑的浮游植物由于最初過濾壓力較大,細胞破碎,DNA被通過截留到小孔徑濾膜上;再者,由于浮游植物細胞形狀多樣,長軸無法通過濾膜的細胞偶而可以短軸形式通過,有研究發現,微型浮游植物在20μm微孔濾膜上的截留率超過85%[18-19].因此本研究將所有粒徑浮游植物收集到0.22μm微孔濾膜上(同時方便密度測算),然后進行分子檢測,將能注釋到種的浮游植物通過文獻檢索確定粒徑大小,沒有文獻支持的再利用分級濾膜注釋信息分析.

3.3 褐潮生物潛在生態風險

本研究發現的8種潛在褐潮生物,有2種已報道褐潮暴發記錄(抑食金球藻、金牛微球藻),并且這2種褐潮生物均會影響貝類攝食,其他6種尚未發現對海洋生物的毒害作用,但一旦發生褐潮,其衰敗期會造成水體耗氧,也需重視.

抑食金球藻可產生一種抑制雙殼類動物攝食的胞外多糖,通過刺激貝類鰓部肌肉收縮、干涉橫溝和腹溝的纖毛運動來阻止其攝食.抑食金球藻最適生長溫度為20℃左右,渤海褐潮主要發生在溫度達到15~20℃的5~6月,超過25℃的7~8月開始衰退,然而溫度降至20℃的秋季也有可能發生褐潮,并持續到寒冷的冬季(0℃)[20].分子檢測發現,遼東灣全海域都有分布,生態風險較高.

金牛微球藻與抑食金球藻在遼東灣的分布相似,春、夏季密度較高,秋、冬季未檢出,說明溫度是影響該藻繁殖的主要因素.雖然該藻為單細胞綠藻,但無法被貝類食用,春、夏季正是養殖貝類攝取營養季節,若暴發褐潮,將與抑食金球藻影響相似,因此該藻的生態災害風險較高[21].

細小微胞藻在遼東灣廣泛分布,春、夏、秋季密度較高,冬季較少.普通小球藻、密球藻、鈣質角毛藻在遼東灣廣泛分布,但密度不及細小微胞藻,夏季密度相對較高,秋、冬季較少.微擬球藻和顆粒微擬球藻在遼東灣的分布范圍較小,密度較低,冬季未檢出,說明都是溫度依賴型.這6種潛在褐潮藻尚未報道對海洋生物的毒害作用,可見生態災害風險較低.

3.4 褐潮生物環境關聯

由于注釋到種的褐潮生物較少,研究區域各環境因子差異不大,RDA排序分析時褐潮生物密度與環境因子相關性不高,僅與夏季無機氮、秋季水深和N/P,冬季水溫顯著相關.也可能與褐潮生物生長密切相關的環境因子未獲分析導致.

遼東灣浮游植物群落演替受水體中理化環境因子的綜合影響[22-23],春季水溫和無機氮是影響浮游植物群落結構的關鍵因子[24-25],而部分重金屬(Hg、Pb)在一定程度上也會影響浮游植物群落結構的演替,微量金屬元素之間的協同和拮抗作用顯著地影響海洋浮游植物生長,Bruland等[26]研究認為,在遠離近岸的外海大洋中,微量金屬之間的拮抗作用可能是影響初級生產力的最主要因素.遼東灣夏季水溫、N/P值和水深是影響浮游植物群落結構的關鍵因子,而同樣部分重金屬(Hg、Zn)等的濃度在一定程度上也會影響浮游植物群落結構的演替,例如,在低濃度環境條件下,Zn能促進海洋浮游植物的生長,但是過量會起到抑制作用;遼東灣秋季水溫、COD、N/P值是影響浮游植物群落結構的關鍵因子,同樣部分重金屬(Cu、Zn)在一定程度上也會影響浮游植物群落結構的演替;遼東灣冬季水溫和水深是影響浮游植物群落結構的關鍵因子,此時遼東灣海域水溫整體處于全年低溫期,水溫將會限制浮游植物的生長繁殖,而不同水深將會影響浮游植物的垂直分布[10].由于遼東灣海域水體理化環境的多變性和年際差異性,往往會造成環境因子對浮游植物群落結構影響的差異性變化[27-28].

一般藻華都與富營養化有關,赤潮、綠潮等比較喜好無機營養鹽[29-30],然而研究發現,褐潮更偏好有機營養鹽.抑食金球藻擁有更多基因編碼進行捕光活動,利用有機碳和有機氮以及金屬元素所需的酶,可以使其在低光照、高濃度有機物和微量金屬元素的淺海河口生態系統中與其他浮游植物競爭,從而引發褐潮.在磷脅迫條件下,抑食金球藻隨即利用堿性磷酸酶水解有機磷滿足其生長繁殖.水溫是褐潮暴發的主要控制因子,20℃左右較適宜褐潮藻增殖,水溫高于25℃則不利于增殖[1].

4 結論

4.1 根據藻類粒徑統計分析結果,遼東灣潛在的褐潮生物有8種:抑食金球藻、金牛微球藻、微擬球藻、顆粒微擬球藻、細小微胞藻、密球藻、普通小球藻、鈣質角毛藻,前2種生態風險較高,主要分布在遼東灣西南、東南兩側,應引起重視.

4.2 細小微胞藻豐度最高(平均161445個/L),主要分布在秋季;其次是抑食金球藻、金牛微球藻(平均13912,13717個/L),主要分布在春季;之后為鈣質角毛藻、普通小球藻(平均5498,5234個/L),主要分布在秋季;密球藻(平均1345個/L),主要分布在夏季;微擬球藻、顆粒微擬球藻最少(平均56,44個/L),冬季無分布.

4.3 遼東灣潛在褐潮生物豐度與水溫、水深、無機氮、N/P相關顯著,其群落結構演替與環境因子關聯性有待于進一步發掘.

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The temporal and spatial distribution of potential brown tide species and correlation analysis with environmental factors in Liaodong Bay.

SONG Lun1,2, WU Jing2, LI Nan2, DU Jing2, YANG Shuang2, WANG Peng1*

(1.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, School of Environment, Harbin Institute of Technology, Haerbin 150090, China；2.Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute, Dalian 116023, China)., 2018,38(8)：3060~3071

To gain an improved understanding of the mechanisms and species that drive brown tides, we used the V4region of 18S rDNA as the target gene to design the V4(F/R) primer and evaluated the diversity of the composition and relative abundances of the eukaryotic phytoplankton community in Liaodong Bay in different seasons with high-throughput sequencing technology. We found that some of the species in Liaodong Bay, such as,,sp.,,,,,and., had the potential to cause brown tides. Of these species, the risks were higher fromand, which aredistributed in the southwest and southeast of the bay, respectively.andlive with mixotrophs and other six potential brown tide species live with autotrophs.The abundance ofwas the largest, withan average of 161445 ind/L, mainly occurring in autumn.and, with average abundances of 13912 and 13717 ind/L over the four seasons,respectively, mainly occurring in spring.and, with average abundances of5498 and 5234 ind/L, respectively, were most abundant in autumn.. andwere absent in the winter and were present at only low abundances in other seasons. The correlations between the abundances of the brown tide species and environmental factors, such as the water temperature, water depth, N/P ratio, and inorganic nitrogen content, were significant. And the relationship between community structure succession and environmental factors need to be studied further.

brown tide species；ecological distribution；environmental correlation；liaodong Bay

X171.1

A

1000-6923(2018)08-3060-12

宋 倫(1980-),男,遼寧大連人,副研究員,碩士,主要從事海洋生物生態學研究.發表論文60余篇.

2018-01-10

國家自然科學基金資助項目(51779066);中國海洋發展研究會重大項目資助(CAMAZDA201605);遼寧省海洋與漁業科研項目(201710);大連市高層次人才創新支持計劃-青年科技之星項目(2016RQ080)

* 責任作者, 教授, pwang73@vip.sina.com