自2009年起，渤海秦皇岛近岸海域每年夏季都会暴发大规模褐潮(Brown tide)，养殖贝类的摄食受到强烈抑制，出现大规模滞长和死亡等现象，造成了巨大的经济损失。褐潮暴发时，微型和微微型浮游植物占主要优势，但目前对其组成和变化规律的认识仍有不足，不利于阐明褐潮发生机制，亟待开展研究。随着DNA测序技术的进步，扩增子高通量测序法在解析微型和微微型浮游植物多样性方面表现出明显优势。本研究对扩增子高通量测序方法进行了优化，并利用该方法，对秦皇岛近岸海域“褐潮区”前后近3年的浮游植物样品进行了分析，较为系统地研究了秦皇岛近海微型和微微型浮游植物的种类组成与动态变化情况，得到如下结果和科学认识： 
1．通过对美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information，NCBI)数据库中三个高通量测序目标靶区已有序列的生物信息分析和野外浮游植物样品的DNA提取和测序分析，对海洋浮游植物样品的高通量测序方法进行了优化，明确了扩增子高通量测序的靶序列，确定了浮游植物样品中基因组DNA的提取方法。基于NCBI数据库中的序列信息，以及对同一浮游植物样品的核糖体18S rDNA V1V2、V4和V9三个靶区高通量测序结果的对比，分析了三个靶区对不同浮游植物种类的分辨能力。结果表明，V1V2、V4和V9区对不同种类浮游植物的分辨能力存在差别。V1V2区和V4区进化速率适中，对有害藻华原因种分辨能力较强，但V1V2区无法准确分辨褐潮原因种抑食金球藻。V9区与V4区相比过于高变，许多物种的序列信息互相交错，无法准确区分，在种水平上鉴别浮游植物的能力较低。考虑NCBI数据库18S rDNA V4区参考序列数量较多，且对常见有害藻华原因种具有较强的区分能力，因此，本研究选用18S rDNA V4区作为浮游植物样品高通量测序的目标靶区。同时，针对室内构建的模拟浮游植物样品和自胶州湾采集的野外浮游植物样品，从提取基因组DNA的浓度、纯度和完整性三方面，对比分析了CTAB法、SDS法和Sucrose法三种基因组DNA提取方法的优劣，结果表明CTAB法更适用于海洋浮游植物样品基因组DNA的提取。
2．通过对2013~2014年度秦皇岛近海“褐潮区”浮游植物样品的高通量测序分析，揭示了褐潮区浮游植物群落的种类组成与动态变化特征，进一步确认了抑食金球藻是秦皇岛近海褐潮的主要原因种。本研究分别于2013年和2014年褐潮暴发期间，在褐潮区采集微型和微微型浮游植物样品22个，采用高深度的扩增子高通量测序方法对18S rDNA V4区进行了测序分析。平均每个样品获得有效数据超过20万条，发现了超过2,000个微型和微微型浮游植物的OTU(Operational taxonomic unit)，分属硅藻、甲藻、海金藻和绿藻等17个浮游植物类群。2013年和2014年褐潮暴发前后浮游植物优势类群的演替过程相似，褐潮暴发前的优势类群为甲藻、青绿藻、隐藻和硅藻，至褐潮暴发时海金藻成为第一优势类群，褐潮暴发后优势类群趋于多样化，主要包括甲藻、海金藻、金藻、隐藻和青绿藻等。褐潮发生时，抑食金球藻的OTU相对丰度均超过50%，进一步确认了抑食金球藻是秦皇岛近海褐潮的主要原因种。对比两年度的调查结果，发现2014年褐潮暴发时间比2013年提前了约一个月，而且2014年甲藻类在物种数和相对丰度上比2013年都更具优势。通过计算抑食金球藻与其他浮游植物之间的皮尔森相关系数，发现了许多与抑食金球藻具有相关性的OTU，其中一些属于稀有OTU(相对丰度< 0.01%)，为进一步揭示褐潮成因提供了新的视角。
3．自秦皇岛近海成功分离培养了一株抑食金球藻，通过多种手段进行了藻种鉴定确认，基于对中、美两国分离培养的多株抑食金球藻DNA序列分析和野外浮游植物样品的高通量测序结果，发现抑食金球藻存在遗传多态性。使用梯度稀释法，于2015年在秦皇岛近岸海域成功分离得到一株抑食金球藻藻株（MEL50），并通过挑取单细胞方法分离得到了一株单克隆培养株MEL51，基于形态学特征、色素组成和DNA序列等证据进行了藻种的鉴定确认。针对MEL 50、MEL 51以及美国抑食金球藻CCMP 1984和CCMP 1850四个藻株，构建了克隆文库，获得了核糖体18S rDNA V4区、28S rDNA D1D2区和ITS区的序列信息，分析结果表明抑食金球藻核糖体基因存在多态性，V4区更适合作为靶区进行抑食金球藻遗传多态性分析。针对18S rDNA V4区进行的浮游植物样品高通量测序结果表明，秦皇岛近岸海域的抑食金球藻在V4区存在多个基因型，中国株系MEL50和美国株系CCMP1984和CCMP1850都属于基因型I。
综上，本研究采用扩增子高通量测序方法，分析了2013年和2014年秦皇岛褐潮区微型和微微型浮游植物组成及其动态变化情况，进一步确认了抑食金球藻是秦皇岛近岸海域褐潮的主要原因种，挖掘并分析了与抑食金球藻相关的藻种。通过比对中、美两国抑食金球藻藻株的核糖体rDNA部分序列信息，以及对秦皇岛近海浮游植物样品的高通量测序结果，揭示了抑食金球藻的遗传多态性，为深入探索秦皇岛近海褐潮成因提供了基础依据。