作者:Fang Zhang,Yongjun Tian and Jianfeng He 来源:Water 发布时间:2022/2/17 17:31:39
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中国极地研究中心张芳博士文章:有关马勒姆杯球囊棕鞭藻——一种淡水金藻在北极高纬海洋生态系统中旺发的报道 | MDPI Water

论文题目:Occurrence of the Freshwater Chrysophyte Poterioochromonas malhamensis in a High Arctic Marine Ecosystem(有关马勒姆杯球囊棕鞭藻——一种淡水金藻在北极高纬海洋生态系统中旺发的报道)

期刊:Water

作者:Fang Zhang,Yongjun Tian and Jianfeng He

发表时间:2 August 2021

DOI:10.3390/w13152129

微信链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2650049260&idx=

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期刊链接:https://www.mdpi.com/journal/water

第一作者简介

张芳 博士

中国极地研究中心

张芳,中国海洋大学海洋化学博士。她于2000年考入中国海洋大学,进行了化学 (本科)、材料物理与化学 (硕士) 及海洋化学 (博士) 的学习,2008年获理学博士学位,同年7月入职中国极地研究中心,从事极地海洋微型生物生态学研究及生态环境监测与研究工作。2008年7月至2011年12月任助理研究员;2011年12月被评为副研究员;2013年11月被聘为副研究员。张芳博士共有8次南北极考察经验:2008及2010年的第三及第四次北极科学考察;2011、2012、2016、2018年北极黄河站考察 (其中2012及2018年任执行站长);2011、2019年参加了第28次及36次南极考察。

张芳博士共发表论文60余篇,SCI (E) 收录26篇;其中第一 (责任) 作者文章36篇、SCI (E) 收录18篇;主持科研项目11项、国家级项目1项,其中省部级项目5项;建立了南极、北极海洋生态主题数据库及极地生态环境研究与监测信息平台,获计算机软件著作权两项;培养 (协助) 硕士、博士研究生11名。曾任自然资源部重点野外观测研究站——北极黄河地球观测系统野外站首任站长。

研究背景

王湾 (Kongsfjorden) 是北极斯瓦尔巴岛西北部一个很小的峡湾,其水团分布非常复杂。随着北极变暖,湾内环境发生了很大变化。这种变化主要表现为:由于海冰和冰川的融化,湾内淡水输入含量增加。来自中国极地研究中心的何剑锋研究员、张芳博士以及中国海洋大学的田永军教授利用ITag真核生物18S rRNA V4进行高通量测序分析、光合色素分析,并通过表观荧光显微技术研究了微型 (< 20 μm) 真核生物群落的优势种。在本研究中,盐度低于34的表层水比往年夏季更厚,且首次发现淡水混合营养型金藻马勒姆杯球囊棕鞭藻 (Poterioochromonas malhamensis) 成为海洋环境内的绝对优势种。

图1. 斯瓦尔巴群岛王湾采样点:K1至K5是峡湾外至峡湾内的5个采样点。

研究过程与结果

王湾中不同水团和各个水团中的理化因子都可以塑造微型生物群落的组成。由于微型浮游生物的运动主要是由被动的横向平流和水团的垂直混合决定的,因而生物的分布与水团显著相关。温度、宏营养盐和其他非生物因素均可影响生物群落结构。作者在2013年的调查中发现,环境因子仅占微型真核生物群落组成的29.67%;且环境因子仅对K1站位的群落有显著影响 (图2);相比之下,2012年相应生物-环境的相关性为66.96%,且不同水团对群落的影响不同。

图2. 不同采样点微型真核生物群落结构与理化因子的冗余分析 (a:2012年度;b:2013年度)。

这一差异可能是由于2013年马勒姆杯球囊棕鞭藻流行所致。该类生物在微型真核生物库中的比例为0.2%~74.6% (平均值为36.3%),在K1站位的0和75 m处甚至高于70% (图3)。通过数据可了解到,在2013年夏季王湾里,该微藻主导了微型真核生物群落。由于该类生物一般被认为是淡水藻,从未见过它们在海洋环境中存在的报道,因此作者便在分子生物学的基础上,结合高效液相色谱分析法和荧光显微观测法来确定它们在王湾中是否大量存在。高效液相色谱分析法表明:褐藻黄质为王湾中为最丰富的色素 (平均12.49 μg L−1),说明此处存在大量的硅藻或马勒姆杯球囊棕鞭藻[1-3]。然而,硅藻在微型真核生物群落中的相对DNA丰度<1%,且在荧光显微镜底下存在数量很少,生物量仅为0-1.28 μgCL-1。于是,三种方法联合应用结果证实了淡水金藻马勒姆杯球囊棕鞭藻在王湾中的大量存在。

图3. 王湾的不同位点的马勒姆杯球囊棕鞭藻对微型真核生物DNA库的贡献率—SW:表层水,IW:中层混合水,TAW:大西洋变性水。K1-K4表示从峡湾外部到内部的四个采样站。上饼图为不同水团中马勒姆杯球囊棕鞭藻的平均比例;下饼图为各站点内马勒姆杯球囊棕鞭藻的平均比例。

Spearman等级相关分析 (SPSS Inc.,Chicago,IL,USA) 被用于评估小型真核生物与物理化学因素之间的相关性,分析表明:在不同水深的马勒姆杯球囊棕鞭藻对微型真核生物DNA库的贡献无明显差异 (p > 0.5),且与温度、盐度、营养盐等均无明显相关性 (p > 0.5)。该藻在K1站和IW水团的相对丰度分别为47.1%和48.7%,对DNA文库的贡献值最大 (图3)。作为淡水藻,马勒姆杯球囊棕鞭藻无疑是通过冰川融水进入王湾的。虽然尚不清楚该物种在王湾是否具有活性,但该物种很可能能够很好地适应海洋环境,因为它分布在整个峡湾,并对其他微生物的分布产生了负面影响。混合营养被认为是马勒姆杯球囊棕鞭藻在王湾盛行的主要原因。在该藻中,吞噬比光养在任何时候都要普遍得多。马勒姆杯球囊棕鞭藻能摄食和消化细菌、微型及纳米型浮游生物,包括蓝藻、硅藻、金丝虫和绿藻等。王湾水体细菌丰富,7月整体生物量为2000 mg m−2,远高于自养鞭毛虫和异养鞭毛虫的生物量。本研究还发现:水体上部50 m的细菌生物量 (0~6.73 μg L−1)比2005年 (3.87~33.47 μg L−1)和2006年 (47.8~178.2 μg L−1)要低得多。因此,细菌、硅藻以及其他微小型浮游生物很可能在2013年夏天为马勒姆杯球囊棕鞭藻提供了充足的食物。混合营养促进了生物量向食物网大型生物的转移,导致生物体积增加了约3倍,碳通量增加了约35%。

研究总结

盐度对这种淡水藻的分布没有明显的影响。虽然2012—2013年盐度变化不明显,但同一种营养盐之间存在较大差异。因此,尽管仅从营养盐数据本身来看差别不大,但营养结构发生了很大的变化。营养盐是生态系统的基础,这意味着王湾的生态环境已然发生了潜在变化,这最终将改变整个海洋生态系统。然而,目前尚不确定来自淡水的马勒姆杯球囊棕鞭藻的流行,只是一个特殊事件还是会经常发生。所以,研究者们仍需要长期监控此区域,以获取长时间序列的生物群落变化。除此之外,本文推测,这种有趣的现象未来可能会更常见,这表明王湾生态很可能发生了明显的变化。

原文出自Water 期刊

Zhang, F.; Tian, Y.; He, J. Occurrence of the Freshwater Chrysophyte Poterioochromonas malhamensis in a High Arctic Marine Ecosystem. Water 2021, 13, 2129.

参考文献

[1]. Zhang, X.; Watanabe, M.M.; Inouye, I. Light and electron microscopy of grazing by Poterioochromonas malhamensis (Chrysophyceae) on a range of phytoplankton taxa. J. Phycol. 1996, 32, 37–46

[2]. Withers, N.W.; Fiksdah, A.; Tuttle, R.C.; Liaaen-Jensen, S. Carotenoids of the chrysophyceae. Comp. Biochem. Physiol. 1981, 68, 345–349

[3]. Jeffrey, S.W.; Vesk, M. Introduction to marine phytoplankton and their pigment signatures. In Phytoplankton Pigments in Oceanography: Guidelines to Modern Methods; Jeffrey, S.W., Mantoura, R.F.C., Wright, S.W., Eds.; UNESCO: Paris, France, 2005; pp. 37–84.

Water期刊介绍

主编:Jean-Luc Probst, University of Toulouse, France

期刊涵盖所有水资源领域相关的科学技术,主要包括全球和区域水循环的可持续管理,水资源及其与粮食、能源、生物多样性、生态系统功能和人类健康的互联。期刊鼓励领域内研究人员发表实验、理论、建模和大数据等相关研究成果。

2020 Impact Factor:3.103

2020 CiteScore:3.7

Time to First Decision:16.9 Days

Time to Publication:41 Days

 
 
 
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