海洋生物学

北部湾棕囊藻藻华原因种分析

  • 徐轶肖 , 1, 2 ,
  • 何喜林 1, 2 ,
  • 张腾 1, 2 ,
  • 蓝文陆 3
展开
  • 1.南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室, 广西 南宁 530001
  • 2.南宁师范大学广西地表过程与智能模拟重点实验室, 广西 南宁 530001
  • 3.广西壮族自治区海洋环境监测中心站, 广西 北海 536000

徐轶肖(1977—), 女, 浙江省兰溪市人, 副研究员, 从事海洋有毒有害藻与海产品安全研究。email:

Copy editor: 林强

收稿日期: 2020-03-16

  要求修回日期: 2020-06-15

  网络出版日期: 2020-06-15

基金资助

国家自然科学基金(41976155)

国家自然科学基金(41506137)

广西自然科学基金(2016GXNSFBA380037)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。

Causative species of Phaeocystis blooms in Beibu Gulf

  • XU Yixiao , 1, 2 ,
  • HE Xilin 1, 2 ,
  • ZHANG Teng 1, 2 ,
  • LAN Wenlu 3
Expand
  • 1. Key Laboratory of Environment Change and Resources Use in Beibu Gulf, Ministry of Education, Nanning Normal University, Nanning 530001, China
  • 2. Guangxi Key Laboratory of Surface Process and Intelligent Simulation, Nanning Normal University, Nanning 530001, China
  • 3. Marine Environmental Monitoring Center of Guangxi, Beihai 536000, China
XU Yixiao. email:

Copy editor: LIN Qiang

Received date: 2020-03-16

  Request revised date: 2020-06-15

  Online published: 2020-06-15

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National Natural Science Foundation of China(41976155)

National Natural Science Foundation of China(41506137)

Natural Science Foundation of Guangxi(2016GXNSFBA380037)

Copyright

Copyright reserved © 2020.

摘要

近年来, 棕囊藻已成为我国北部湾海域藻华发生的主要原因种, 严重影响北部湾海洋生态环境、水产增养殖业和防城港核电安全, 急切需要对棕囊藻藻华原因种作进一步分析确认。2017年2月和3月在钦州湾和涠洲岛藻华发生海域分离得到9株棕囊藻, 采用光学显微镜进行形态学初步鉴定, 并通过核糖体小亚基序列(SSU rDNA)进行系统进化分析。研究结果表明, 北部湾9株棕囊藻与球形棕囊藻形态特征基本符合, 系统发育树与不同海域来源的球形棕囊藻聚在同一大分支上, 与其他海域来源的球形棕囊藻遗传距离为0.0000~0.0071, 其中北部湾WZS3-1株与墨西哥湾株CCMP627、苏里南株CCMP628、厄瓜多尔株CCMP1528、南非株P162、中国海株RCC:K1398及汕头株Santou97的球形棕囊藻亲缘关系最近, 遗传距离为0.0000, 而北部湾WZS1、WZS2、WZS4、WZS5株与香港株SKLMP_T005和渤海株BOHAI1亲缘关系最近, 遗传距离为0.0000。球形棕囊藻的种内遗传距离(0.0000~0.0073)明显小于种间遗传距离(0.0084~0.0440), 因此可确定来自北部湾不同海域的9株棕囊藻均为球形棕囊藻。此外, 球形棕囊藻各藻株间的亲缘关系远近与其地理位置分布不能完全对应。本研究结果将为我国棕囊藻藻华藻种库构建、棕囊藻北部湾株生理生态研究和北部湾棕囊藻藻华发生机理研究等提供参考。

本文引用格式

徐轶肖 , 何喜林 , 张腾 , 蓝文陆 . 北部湾棕囊藻藻华原因种分析[J]. 热带海洋学报, 2020 , 39(6) : 122 -130 . DOI: 10.11978/2020030

Abstract

In recent years, Phaeocystis has become the main causative species for algal blooms in the Beibu Gulf of China. It has deleterious effects on marine ecosystem and aquaculture, and causes nuclear power plant safety problems in Fangcheng. It is thus urgent to further analyze the causative species of Phaeocystis in the region. In February and March 2017, nine strains of Phaeocystis sp. identified by optical microscope were isolated during algal blooms in Qinzhou Bay and Weizhou Island; their SSU rDNA sequences were then analyzed using Maximum Likelihood (ML) phylogenetic tree. The results showed that all nine strains of Phaeocystis sp. were morphologically consistent with those of Phaeocystis globosa. Their genetic distance varied between 0.0000-0.0073; and in the phylogenetic tree, all clustered in the same branch with those P. globosa from other seawaters. Among them, WZS3-1 strain in the Beibu Gulf had the closest genetic relationship with P. globosa from Gulf of Mexico CCMP627, Surinam CCMP628, Ecuador CCMP1528, South Africa P162, China Sea RCC:K1398 and Santou97, exhibiting a genetic distance of 0.0000. Strains of WZS1, WZS2, WZS4, and WZS5 in the Beibu Gulf had a genetic distance of 0.0000 with Hong Kong SKLMP_T005 and Bohai BOHAI1. The intraspecific genetic distance of P. globosa (0.0000-0.0071) is significantly smaller than the interspecific genetic distance of P. globosa (0.0084-0.0440). As a result, these nine strains from Beibu Gulf all belong to P. globosa. The phylogenetic distance for strains of P. globosa do not reflect their geographical distance. The findings of this study are essential for Phaeocystis culture collection, their further ecophysiological study and understanding of occurrence mechanisms for Phaeocystis blooms in the Beibu Gulf.

棕囊藻(Phaeocystis)隶属于定鞭藻门(Haptophyta), 是一类广温广盐性浮游微藻, 在全球海域广泛分布(Wang et al, 2015)。棕囊藻具有复杂的异型生活史, 包括群体(囊体)及单细胞多个生活史阶段(李亚男 等, 2012; 沈萍萍 等, 2018)。棕囊藻引发的藻华不仅在海水中聚集很高生物量的藻细胞, 死亡后分解消耗水体中的氧气并生成大量泡沫状物质, 它还能产生溶血性毒素、二甲基硫化物等有毒有害物质, 严重危害沿岸海洋环境、水产养殖业和滨海景观, 影响近海生态系统的生物地球化学循环过程(Qi et al, 2004; Whipple et al, 2005; Smith et al, 2014)。1997年10月在广东柘林湾首次记录到由球形棕囊藻(P. globosa)发生的面积达1000km2的大规模藻华(陈菊芳 等, 1999), 之后在我国渤海和南海海域均发现该藻藻华, 已从当初的我国“藻华新记录种”变成“藻华常见种”, 并成为我国沿海常见的藻华灾害类型之一。区别于世界上其他海域的棕囊藻藻华, 我国的同类藻华具有囊体直径大、常引发养殖业灾害和产生溶血性毒素等鲜明特点(沈萍萍 等, 2018)。
北部湾位于我国西南部, 是一个拥有绵长的海岸线和便捷港湾的大型海湾, 具有发展旅游业、海洋渔业、水产养殖业及滨海工业的得天独厚的优势。近年来, 北部湾海洋环境趋于恶化, 藻华发生的频率、持续时间和规模均呈明显增加趋势(罗金福 等, 2016; Xu et al, 2019), 藻华优势种亦从之前的蓝藻Trichodesmium erythraeumT. hildebrandtiiMicrocystis aeruginosaM. flos-aquae、甲藻Noctiluca scintillans和硅藻Skeletonema costatumGuinardia flaccida转变为棕囊藻。2011年在北部湾的北海、钦州和防城近海首次记录到棕囊藻藻华, 之后几乎每年都有棕囊藻藻华发生, 发生海域扩散到离岸的涠洲岛和整个北部湾沿岸(覃仙玲 等, 2016; Xu et al, 2019)。尤为严重的是, 2014年12月至2015年2月在广西钦州湾海域发生的棕囊藻藻华, 堵塞了防城港核电厂的冷却水源, 严重威胁到当地核电安全(贺立燕 等, 2019), 引发了社会各界的广泛关注。近年来, 学者们通过核糖体18S rDNA(覃仙玲 等, 2016)、LSU rDNA和ITS基因(胡晓坤 等, 2019; 胡章喜 等, 2019)鉴定钦州湾、防城港等海域5株棕囊藻赤潮生物原因种为球形棕囊藻。为了进一步明确北部湾包括赤潮高发区涠洲岛海域该藻藻华原因种, 扩展完善北部湾棕囊藻分类学信息, 本研究于2017年2月和3月, 分别在钦州湾和涠洲岛棕囊藻藻华发生海域采集浮游植物水样, 分离构建单囊体藻种株系9株, 综合光学显微镜下的形态特征和基于SSU rDNA特征序列构建的系统发育树, 确定藻华原因种, 分析北部湾棕囊藻藻华特征, 结果可为我国棕囊藻藻华藻种库构建、棕囊藻北部湾株生理生态研究和北部湾球形棕囊藻藻华发生机理研究等提供参考。

1 材料与方法

1.1 藻种来源

样品采自2017年钦州湾和涠洲岛藻华发生区(表1), 具体样品采集、运输、贮存方法参照《海洋监测规范》(GB/T17378-2007), 采样时气温分别为12~27℃和21~27℃, 水温分别为19.8~21.0℃和24.0~25.0℃。样品带回实验室, 在倒置显微镜(TS100, Nikon)下, 用毛细管从水样中挑选完整的棕囊藻囊体, 经灭菌海水洗涤后分离培养, 培养条件为f/2培养基(Guillard, 1975)、20℃、光强150μE·m-2·s-1、光暗比14h∶10h, 培养至指数生长期(未经驯化), 对样品进行观察分析。共分离获得9株棕囊藻藻株(表1)。
表1 样品信息

Tab. 1 Information on sampling sites

株名 采集地 采集时间
QJ-1 钦州湾(21°41′38″N, 108°35′13″E) 2017-02-22
QJ-2 钦州湾(21°41′38″N, 108°35′13″E) 2017-02-22
QJ-3 钦州湾(21°41′38″N, 108°35′13″E) 2017-02-22
WZS1 涠洲岛(21°03′16″N, 109°08′71″E) 2017-03-21
WZS2 涠洲岛(21°06′44″N, 109°10′36″E) 2017-03-21
WZS3-1 涠洲岛(21°06′48″N, 109°13′43″E) 2017-03-21
WZS3-2 涠洲岛(21°06′48″N, 109°13′43″E) 2017-03-21
WZS4 涠洲岛(21°03′23″N, 109°13′15″E) 2017-03-21
WZS5 涠洲岛(21°02′42″N, 109°11′13″E) 2017-03-21

1.2 藻体形态观察

吸取指数生长期的棕囊藻藻液, 在倒置光学显微镜(TS100, Nikon)下观察其单细胞和囊体形态并拍照(NIS-Elements D 4.50.00); 另取少量藻液在正置光学显微镜(Ni-U, Nikon)油镜×1000下观察并拍照。此外, 用荧光染料SYBR Green1(上海源叶生物科技有限公司)对棕囊藻细胞核染色, 吸取适量藻细胞滴在载玻片上, 用荧光显微镜(Ni-U, Nikon)在100倍物镜下以450~490nm蓝光激发观察并拍照。

1.3 DNA的提取和扩增

取指数生长期藻液以7000g·min-1离心1min, 倒掉上清液获得藻体, 应用杭州博日BioFastSpin植物基因组DNA提取试剂盒对棕囊藻细胞提取DNA, 以提取的总DNA为模板进行SSU rDNA特征片段PCR扩增。用于扩增SSU rDNA 的引物序列为: 1F (5′-AACCTGGTTGATCCTGCCAGT-3′)和1528R (5′-TGATCCTTCTGCAGGTTCACCTAC-3′) (Medlin et al, 1988)。PCR反应体系包括17µL ddH2O, 20µL的2×Es Taq Master Mix, 各1µL的正、反向引物和DNA模板。PCR反应程序: 94℃预变性5min; 然后94℃变性30s, 56℃退火30s, 72℃延伸30s, 共35个循环; 最后72℃延伸5min。PCR产物送到北京擎科新业生物技术有限公司进行测序, 用SeqMan软件对序列进行拼接, 将所得序列提交至GenBank, 获得各序列的相应登录号(表2)。
表2 棕囊藻SSU rDNA基因序列

Tab. 2 SSU rDNA sequences of Phaeocystis spp.

株系 来源地 登录号
P. globosa QJ-1 中国, 钦州湾 MN826692
P. globosa QJ-2 中国, 钦州湾 MN826693
P. globosa QJ-3 中国, 钦州湾 MN826694
P. globosa WZS1 中国, 涠洲岛 MN826695
P. globosa WZS2 中国, 涠洲岛 MN826696
P. globosa WZS3-1 中国, 涠洲岛 MN826697
P. globosa WZS3-2 中国, 涠洲岛 MN826698
P. globosa WZS4 中国, 涠洲岛 MN826699
P. globosa WZS5 中国, 涠洲岛 MN826670
P. globosa - 中国香港 DQ075202
P. globosa SKLMP_T005 中国香港 MG914020
P. globosa BOHAI1 中国, 渤海 EU077556
P. globosa - 中国, 渤海 EU024765
P. globosa RCC:K1398 太平洋-中国海域 JX660987
P. globosa Santou97 中国, 汕头 AJ279499
P. globosa CCMP628 大西洋, 苏里南 AF182112
P. globosa W07.002.01 英国 GQ118979
P. globosa robertsonii 南大西洋湾 EF100712
P. globosa CCMP627 墨西哥湾 AF182111
P. globosa SK35 德国湾 X77476
P. globosa PLY147 比利时 AY851300
株系 来源地 登录号
P. globosa CCMP1528 厄瓜多尔 AF182110
P. globosa P162 南非 AF182113
P. globosa CCMP1524 泰国 AF182109
P. globosa RCC:PCC64 英吉利海峡 JX660994
P. globosa RCC:RCC678 英国, 北海(大西洋) JX660989
P. globosa RCC:NIES388 日本 JX660988
P. globosa PCC540 东大西洋 AF182115
P. globosa RCC:RCC1737 太平洋 JX660993
P. pouchetii P360 挪威, 劳内峡湾 AF182114
P. pouchetii SK34 格陵兰岛 X77475
P. antarctica SK22 南大洋威德尔海 X77480
P. antarctica MM-E1B6 - JN381493
P. jahnii NIES-3884 地中海 LC189148
P. jahnii CCMP2496 地中海 AF163148
P. cordata - 地中海 AF163147
Emiliania huxleyi Texel B - AF184167

1.4 数据分析

将获得的9株棕囊藻SSU rDNA基因序列在NCBI的GenBank数据库进行BLAST同源性检测, 下载与物种相关并同源性较高的序列(表2), 与测得的9株棕囊藻序列一起用MEGA-X软件计算碱基组成并分析序列相似性 (Kumar et al, 2018), 采用最大似然法(Maximum Likelihood, ML)构建SSU rDNA系统发育树(Dempster et al, 1977), 基于Kimura2- parameter计算分析遗传距离(Kimura, 1980)。建树时ML分析采用启发式搜索(heuristic), 通过自展分析Boot-Strap检验分支节点置信度, 随机重复取样1000 次, 自展支持率>90%时为极显著, 70%~90%为一般显著, <70%为不显著。

2 结果

2.1 藻体形态特征

本文观察到了棕囊藻三种类型的细胞, 即具鞭毛游动单细胞(图1a、b)、不具鞭毛的不动单细胞(图1c、d)、群体/囊体(图1e、f)。单细胞和囊体为球形或近似球形, 囊体外披透明胶质, 囊体内细胞有均匀分布, 也有不规则分布。游动单细胞大小为4.2~9.2µm, 平均值5.9±1.4µm (n=50), 细胞前端具两条几乎等长的鞭毛和一条短的定鞭体。不动单细胞大小为4.3~9.6µm, 平均值6.7±1.3µm (n=50), 实验室培养囊体大小差别很大, 为49.0~2120µm, 平均值411.7±447.2µm (n=50)。细胞具两个色素体, 呈片状, 细胞核位于细胞后位, 荧光染色后清晰可见(图1b、d)。藻华爆发现场水体中, 棕囊藻细胞多以囊体形式存在, 因棕囊藻生物量很高, 水体呈酱油色(图1g); 消亡时岸边可见白色泡沫堆积(图1h)。上述特点与北部湾球形棕囊藻细胞及藻华特征相似(覃仙玲 等, 2016; 胡章喜 等, 2019)。
图1 北部湾球形棕囊藻 (WZS1株)

a、b. 具鞭毛游动单细胞, a中箭头指鞭毛, b中箭头指叶绿体; c、d. 不具鞭毛的不动单细胞, d中箭头指细胞核; e. 群体/囊体; f. 野外现场样品; g. 藻华现场海水; h. 藻华消退产生的白色泡沫

Fig. 1 Phaeocystis globosa in Beibu Gulf.

(a, b) Swimming single cell, arrows in a and b representing flagella and chloroplast, respectively; (c, d) immobile single cell without flagella, arrow in d showing the nucleus; e) colony; f) field sample; g) bloom seawater; h) white foam produced by Phaeocystis bloom during its degradation stage

2.2 序列分析及系统发育树构建

北部湾9株棕囊藻的SSU rDNA序列PCR扩增产物电泳图均出现一条明亮条带, 序列长度为1.7kb。用于构建最大似然树的36株棕囊藻序列分析长度为1701bp, 保守位点有1593个, 可变位点100个(占序列总长5.9%), 可供简约分析的信息位点74个, 单态位点26个, 转换/颠换比为1.2, A、T、G、C碱基的平均含量分别为24.6%、25.3%、27.9%、22.2%, 其中A+T平均含量(49.9%)< G+C含量(50.1%)。本文9株棕囊藻序列保守位点有1680个, 可变位点13个, 可供简约分析的信息位点7个, 单态位点6个, 转换/颠换比为1.9; A、T、G、C碱基的平均含量分别为24.7%、25.2%、27.9%、22.2%, 其中A+T的含量(49.9%)< G+C的含量(50.1%)。它们与其他海域来源的20株球形棕囊藻序列相似度高达99.2%~99.9%之间, 其中涠洲岛株WZS3-1与厄瓜多尔CCMP1528株和墨西哥湾株CCMP627相似度最高, 而与其他种类棕囊藻(非球形棕囊藻)之间的相似度<99%。
应用最大似然法, 以定鞭藻门海洋球石藻(Emiliania huxleyi)为外类群构建SSU rDNA系统发育树, 北部湾9株棕囊藻与来自世界各地不同海域的球形棕囊藻聚在一大分支上, 自展支持率为99%(图2), 结合2.1节形态学特点, 认定它们均属于球形棕囊藻。棕囊藻属下的波切棕囊藻(P. pouchetii)、南极棕囊藻(P. antarctica)、心形棕囊藻(P. cordata)、扬棕囊藻(P. jahnii)也分别聚在不同分支上, 自展支持率分别为99%、89%、100%、100%, 各个种分化先后次序为P. jahnii >P. cordata > P. antarctica > P. pouchetii> P. globosa(图2)。亲缘关系上, 离球形棕囊藻最近的是波切棕囊藻和南极棕囊藻。和其他棕囊藻相比, 球形棕囊藻尽管分布广泛, 进化时间上却较晚。本文钦州湾和涠洲岛的9株棕囊藻既没有各自聚成小支, 也没有聚在同一分支上, 其他同一或邻近海域的球形棕囊藻也是如此(图2), 可见亲缘关系的远近与其地理分布不能完全对应。
图2 应用最大似然法构建的棕囊藻SSU rDNA序列系统发育树

Fig. 2 Maximum Likelihood (ML) phylogenetic tree based on SSU rDNA sequences of Phaeocystis spp.

以系统发育分析结果为依据, 遗传距离计算发现, 球形棕囊藻SSU rDNA序列的种内遗传距离为0.0000~0.0073, 明显小于棕囊藻的种间遗传距离0.0084~0.0440。9株北部湾棕囊藻的SSU rDNA序列之间的遗传距离为0.0000~0.0059, 其中, 钦州湾株和涠洲岛株的各自SSU rDNA序列之间遗传距离分别为0.0018~0.0059和0.0000~0.0053, 即总的来说遗传距离钦州湾>涠洲岛。9株北部湾球形棕囊藻与其它地理来源不同的球形棕囊藻种内遗传距离为0.0000~0.0071, 其中, 北部湾WZS3-1株与墨西哥海湾株CCMP627、大西洋苏里南株CCMP628、南美洲厄瓜多尔株CCMP1528、南非株P162、中国海株RCC:K1398以及汕头株Santou97的球形棕囊藻亲缘关系最近, 遗传距离为0.0000, 而北部湾WZS1、WZS2、WZS4、WZS5株与香港株SKLMP_T005和渤海株BOHAI1亲缘关系最近, 遗传距离为0.0000。不同棕囊藻种类间, 球形棕囊藻与南极棕囊藻亲缘关系最近, 遗传距离为0.0084~0.0119; 球形棕囊藻与扬棕囊藻亲缘关系最远, 遗传距离为0.0301~0.0440。

3 讨论

1997—2019年中国近海共记录70次棕囊藻藻华, 累计面积13508km2; 藻华爆发时, 61.4%报道为球形棕囊藻, 38.6%为棕囊藻; 且棕囊藻多为单一优势生物种, 偶尔与甲藻门和硅藻门的裸甲藻(Gymnodinium)与骨条藻(Skeletonema)种类在海水中同为优势物种(作者统计, 未发表)。球形棕囊藻藻华1997年在我国广东柘林湾首次爆发, 其后在南海北部和渤海近岸多个海域相继发生, 但长期以来爆发地主要集中在南海北部。广西北部湾棕囊藻藻华于2011年首次报道, 之后肆虐至今成为我国该藻藻华的重灾区。北部湾球形棕囊藻藻华除了对海水养殖业造成经济损失, 影响海洋生态系统健康, 还可堵塞核电机组冷源水进口网引发核电安全问题(贺立燕 等, 2019), 潜在破坏力之大可谓藻华发生史上罕见。研究表明, 人类活动加剧导致的海水富营养化是近些年北部湾藻华显著增加的主要原因(Xu et al, 2019)。
棕囊藻个体仅为数微米, 细胞结构观察困难, 借助传统的形态学手段无法完成种水平鉴定, 只有综合运用形态学和分子生物学方法才能有效区分其物种、变种和不同地理株。核糖体基因SSU rDNA、LSU rDNA、内转录间隔区ITS及其RNA二级结构、叶绿体1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶RUBISCO基因间隔区、扩增片段长度多态性、微卫星标记等长期被用来研究棕囊藻等微型藻类的分类及遗传多样性(Long et al, 2007; 李亚男 等, 2012; 胡晓坤 等, 2019), 其中的SSU rDNA/18S rDNA被视为棕囊藻种间分类的可靠指标。本文的SSU rDNA最大似然树与其他研究中的棕囊藻系统进化树拓扑结构、进化关系相一致(Chen et al, 2002; Medlin et al, 2007; 曲凌云 等, 2008; Rousseau et al, 2013), 种类亦确定为球形棕囊藻, 与中国北部湾、香港、湛江、汕头、渤海等海域藻华原因种种类一致(陈菊芳 等, 1999; Chen et al, 2002; 曲凌云 等, 2008; 覃仙玲 等, 2016; 胡章喜 等, 2019), 说明目前为止我国海域报道的棕囊藻藻华均应属于球形棕囊藻。
球形棕囊藻在北部湾的最早报道可追溯到2006年的涠洲岛浮游植物和藻华生物调查, 它在涠洲岛水体中长达5个月占据第一优势种(刘国强 等, 2008), 北部湾首次记录棕囊藻藻华是在2011年, 至今已成为广西沿岸包括离岸岛屿涠洲岛的主要藻华类型。覃仙玲 等(2016)首次通过18S rDNA序列明确北部湾海域的棕囊藻藻华种为球形棕囊藻(2014年钦州湾藻华区的1株棕囊藻BBW-P1), 由于目前无法下载到该藻株序列, 所以未能与本文9个藻株序列进行比较。最近, 胡章喜 等(2019)胡晓坤 等(2019)分别应用D1-D6 LSU rDNA序列、D1-D2 LSU rDNA及ITS序列鉴定1株防城港棕囊藻赤潮藻株PGBBW1、3株广西北部湾棕囊藻赤潮藻株PG2015、PG2016、PG2017均为球形棕囊藻。因此, 结合本文结果, 可以初步断定目前北部湾水域发生的棕囊藻赤潮原因种为球形棕囊藻。系统发育树显示, 北部湾海域部分球形棕囊藻株如QJ-2、WZS1、WZS2、WZS4、WZS5和我国的渤海和香港部分藻株聚成一小分支, 而北部湾海域其余球形棕囊藻株如QJ-1、QJ-3、WZS3-1、WZS3-2则与欧洲、日本、大西洋、南美洲及我国的香港和汕头等藻株聚成一小分支(图2), 说明球形棕囊藻各株间的亲缘关系与藻株地理来源远近并不完全相关。有学者指出球形棕囊藻下包含3~4个隐形种(Medlin et al, 2007), 但至今缺乏形态学数据支撑。即使单一球形棕囊藻细胞构建的克隆培养系中也存在明显的遗传差异(Medlin et al, 2007; 胡晓坤 等, 2019), 侧面说明该藻具有复杂的生活史, 很可能存在不同地理株间有性生殖导致的基因融合, 引起遗传多样性。此外, 不同球形棕囊藻株系(包括北部湾株)的特征色素Hex-fuco存在显著差异, 即便是分离自相同海域的球形棕囊藻亦是如此(王锦秀 等, 2019), 进一步说明该种遗传和表观特征的多样性。
我国各海域的球形棕囊藻生物地理起源目前仍无定论, 也不能解释黄海和东海部分海域至今未发生棕囊藻藻华的原因。关于北部湾球形棕囊藻的起源, 分析有以下几种可能: 1)内源。根据rRNA 分子钟概念与定鞭藻类系统研究相结合来看(Ochman et al, 1987), 球形棕囊藻很可能长期存在北部湾海域, 但由于其个体微小、种群丰度低, 在以往的传统采样和调查研究中漏失; 随着北部湾经济区发展, 与藻华关系密切的硝酸盐和磷酸盐自1990s至今已分别增长了12.6和2.0倍 (Xu et al, 2019), 在诸多理化因子适宜的条件下反复发生藻华。Chen等(2002)基于系统发育分析结果, 指出我国东南沿海的棕囊藻起源于本地水域, 而不是外来输入。2)外源。夏季北部湾环流为气旋式, 冬季北部湾南部环流为反气旋式, 北部为气旋式, 琼州海峡水体全年自东向西输入北部湾(杨士瑛 等, 2006;侍茂崇, 2014), 而广东沿岸恰恰是我国棕囊藻藻华的集中爆发地, 水体中携带的棕囊藻作为种源沿琼州海峡进入北部湾。此外, 北部湾越南近岸同为球形棕囊藻高发海域, 已证实与该海域的上升流明显相关(Hai et al, 2010; Smith et al, 2014 ), 而我国北部湾涠洲岛、海南西部也存在多处上升流(Gao et al, 2013; 侍茂崇, 2014), 类似地, 北部湾棕囊藻也可能由上升流从南海外海输入北部湾。最后不排除全球藻华生物传播的常见途径即船舶压舱水携带传播(Drake et al, 2004), 这是藻华生物在世界各地海域扩散的主要原因。

4 结论

本文对北部湾涠洲岛和钦州湾棕囊藻藻华期间采集的9株棕囊藻株进行了种类分析, 结论如下。
1) 光学显微镜观察棕囊藻北部湾株的形态学特征与棕囊藻属下球形棕囊藻(P. globosa)相一致。
2) 应用SSU rDNA基因构建系统发育树, 确定均为球形棕囊藻(P. globosa)。球形棕囊藻种内各株间的亲缘关系远近与其地理位置分布不能完全对应, 很可能与其复杂生活史有关。
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