发明和应用一个新装置于胶州湾真核浮游生物休眠体萌发的原位研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 史硕 |
| 答辩日期 | 2025-11-14 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院海洋研究所 |
| 导师 | 唐赢中 |
| 关键词 | 原位萌发监测 休眠体细胞 休眠孢囊 休眠体萌发收集器（Germlings Harvester, GEHA) 浮游生物 甲藻 |
| 学位名称 | 理学硕士 |
| 学位专业 | 海洋生态学 |
| 其他题名 | A Newly Developed Facility for In-situ Monitoring the Diversity of Germinated Resting-Stage Cells of Eukaryotic Plankton in Jiaozhou Bay |
| 英文摘要 | 浮游生物种类和个体数量繁多、分布广泛，是水生态系统中初级和次级生产力的重要基础，在碳、氮、磷、硫等化学要素的生物地球化学循环中发挥重要作用，也是水体生态系统物质循环和能量流动的关键环节。浮游生物在面临环境压力或其它诱发因素时会产生休眠体细胞（休眠孢囊、休眠孢子、休眠卵等）沉入沉积物以渡过不良环境（竞争压力、捕食、食物或营养限制、温度变动等），如甲藻、硅藻、绿藻、纤毛虫等。在适宜的环境条件下，沉积物中的休眠体通过萌发补充到水体中，直接影响甚至决定水体中浮游生物群落的组成、物种丰度和群落及种群动态。然而在众多研究中，对休眠体细胞萌发的实验大多集中在实验室内，由于缺乏原位监测浮游生物休眠体细胞萌发的可行方法、准确的鉴定策略及许多重要的浮游生物种类还未研究过其生活史，导致原位研究极少，国际上仅有几篇针对单个物种（如亚历山大藻Alexandrium、膝沟藻Gonyaulax、斯氏藻Scrippsiella、卡盾藻Chattonella）原位萌发监测的研究报道，在国内则尚未开展相关研究。本研究设计并制作了一种可原位监测沉积物中浮游生物休眠体萌发动态的装置——休眠体萌发收集器（Germlings harvester，GEHA），并于胶州湾下水应用。对GEHA获得的休眠体萌发种类，通过结合高通量测序技术、建立纯培养后的分子鉴定、单细胞测序（Sanger测序）和分子系统学分析等，获得胶州湾浮游生物休眠体的种类多样性和具有重要生态学和生物学意义的种类的全新认识。主要研究结果如下： （1）自主设计并制造了一种可原位监测沉积物中浮游生物休眠体萌发动态的装置GEHA：GEHA的整体制造是将四个有机玻璃桶固定于不锈钢固定支架，有机玻璃柱是中空结构，体积为4.5 L，在实际操作中其内部装入原位采集的沉积物和原位采集并经0.22 μm滤器过滤后的海水。其上部对称设置了两个进出水管，进出水管的端口设有螺纹，并用两层5 μm的筛绢包覆住，使用有机玻璃螺母固定于有机玻璃管上。装置顶部加装有机玻璃盖子，在加装盖子前加了一层橡胶垫片，封闭时用螺丝旋紧，底部设有配重（4 kg）。通过空白阴性对照及互通性验证表明GEHA可用于浮游生物休眠体细胞的原位萌发实验。 （2）GEHA原位萌发的休眠体具有很高的种类多样性并包含大量具有重要生态学意义的种类：对GEHA收集到的浮游生物休眠体原位萌发种类分别进行高通量测序、建立藻类纯培养并分子鉴定和萌发细胞的单细胞测序，鉴定到220种浮游生物，涵盖甲藻门（Dinoflagellata）（51种）、硅藻门（Bacillariophyta）（54种）、纤毛虫门（Ciliophora）（31种）、绿藻门（Chlorophyta）（18种，含3种大型绿藻）、淡色藻门（Ochrophyta）（16种）、定鞭藻门（Haptophyta）（9种）、变形虫门（Amoebozoa）（3种）和裸藻门（Euglenophyta）（2种）等重要门类。从GEHA中获得的原位萌发种类成功建立6种纯培养，通过单细胞测序成功鉴定2种，包括常见有害藻华甲藻红色赤潮藻（Akashiwo sanguinea）、Gymnodinium aureolum、Cryptoperidiniopsis brodyi等，因此通过建立纯培养后的分子鉴定和单细胞测序两种方法共鉴定出8种，其中7种在前述高通量测序中也被鉴定到。另外，还有超一半的基因序列不能准确鉴定其分类地位。在上述从GEHA萌发休眠体中鉴定的220种浮游生物中，包含有害种类44种（其中有害藻华原因种38种，1种纤毛虫红色中缢虫Mesodinium rubrum可形成赤潮，5种寄生性种类对宿主有危害）；产毒微藻种类14种，如红色赤潮藻（Akashiwo sanguinea）、剧毒卡尔藻（Karlodinium veneficum）、褐色马格里夫藻（Margalefidinium fulvescens）、巴西伪形藻（Pseudo-nitzschia brasiliana）、赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）、Vicicitus globosus等；可能产毒种类15种，如马山湾露西藻（Luciella masanensis）、球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）、抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）等；从未报道过产生休眠体的128种，如有害藻华原因种三叶原甲藻（Prorocentrum triestinum）、 Lebouridinium glaucum、巴西伪菱形藻（Pseudo-nitzschia brasiliana）、银河伪菱形藻（Pseudo-nitzschia galaxiae）、红色中缢虫（Mesodinium rubrum）；4个淡水种；在92种已报道过产休眠体的种类中至少有14种有害藻华原因种是首次在野外观察到休眠体萌发。 （3）对GEHA内原位萌发种类、GEHA外临近水体（GEHA投放处的表底层水样）中种类和原位沉积物中休眠体种类通过高通量测序鉴定的种类的比较：三类样品中鉴定的种类总共324种，其中GEHA内原位萌发种类220种、GEHA外临近水体种类157种、原位沉积物中休眠体种类135种、三类样品共有种类48种。此外，在鉴定的种类324种中，有106种首次在中国记录、135种首次在黄海记录、197种首次在胶州湾记录。推测三类样品鉴定种类数的差别与休眠体萌发时序、样品量、沉积物混合与否、测序深度造成的“优势种偏向”等因素有关。 （4）对注释存疑但具有潜在重要性的种类的分子系统学分析和鉴定：通过对存在较多有害藻华原因种和产毒种的目、科、属，如裸甲藻目（Gymnodiniales）、膝沟藻目（Gonyaulacales）、角毛藻属（Chaetoceros）、伪菱形藻属（Pseudo-nitzschia）、菱形藻属（Nitzschia）、骨条藻属（Skeletonema）、棕囊藻属（Phaeocystis）、卡盾藻属（Chattonella）和中缢虫属（Mesodinium）的分子系统学分析，并结合NCBI blast比对，准确鉴定88种，包括44种甲藻、2 种骨条藻（中肋骨条藻Skeletonema costatum和Skeletonema dorhnii）、3 种针胞藻（海洋卡盾藻Chattonella marina）、赤潮异弯藻Heterosigma akashiwo和Fibrocapsa japonica）、3 种棕囊藻（球形棕囊藻Phaeocystis globosa、心形棕囊藻Phaeocystis cordata和南极棕囊藻Phaeocystis antarctica）、红色中缢虫（Mesodinium rubrum）、Vicicitus globosus和Pseudochattonella verruculosa等；并在这些类群中共有46种只能鉴定到属水平。由于属内物种的近缘关系和相似的生物学特征，我们推测上述只能鉴定至属水平且没有被描述过的种类也可能包含较多潜在有害藻华原因种。 以上研究结果表明，新研发的休眠体萌发收集器GEHA 可用于浮游生物休眠体原位萌发的高效率检测。本研究中通过GEHA 与高通量分子条形码测序、纯培养建立和单细胞测序结合，从胶州湾海域检测到大量具有重要生态意义的浮游生物休眠体细胞种类的原位萌发，为休眠体细胞野外的存在及可在原位萌发提供了直接证据，尤其为若干重要有害藻华原因种的休眠体细胞（如甲藻的休眠孢囊）通过原位萌发为赤潮起始可能提供“种子”提供了野外证据。本研究的技术路线和研究结果对推进浮游生物和水生生态系统的基础生态学研究及有害藻华的监测、预警和预测都将产生重要的推动作用。 |
| 学科主题 | 海洋科学 |
| 语种 | 中文 |
| 目次 | 1.3.1 浮游生物休眠体细胞形成及萌发影响因素... 22 第2章 原位监测浮游生物休眠体萌发动态装置的设计、制造与现场实验... 27 2.1 原位监测浮游生物休眠体萌发动态装置的设计... 27 2.2 原位监测浮游生物休眠体萌发动态装置的制造... 28 2.3 原位监测浮游生物休眠体萌发动态装置的现场试验... 28 2.4 原位监测浮游生物休眠体萌发动态装置的效果评估... 31 第3章 原位监测胶州湾真核浮游生物休眠体细胞萌发种类... 35 3.2.5 对纯培养的分子鉴定和单细胞测序（Sanger测序）... 39 3.3.3 高通量检测到的原位萌发的浮游生物种类... 50 3.3.4 对纯培养的分子鉴定和单细胞测序（Sanger测序）结果... 65 3.4.1 胶州湾浮游生物休眠体细胞原位萌发种类... 71 3.4.3 原位萌发的首次报道产生休眠体细胞的种类... 73 图目录 图1‑1 中国近百年来以10年为间隔的近岸海域的赤潮记录及1980-2022年逐年记录的赤潮事件（上部的插图）[26] 15 图 1‑3 以往研究使用的原位萌发研究装置图[143,144,147] 25 图2‑1 休眠体萌发收集器（Germlings harvester，GEHA）结构示意图... 28 图2‑2 休眠体萌发收集器（Germlings harvester，GEHA）试验区... 29 图2‑3 休眠体萌发收集器（Germlings harvester，GEHA）使用示意图... 30 图 2‑4 休眠体萌发收集器（Germlings harvester，GEHA）下水试用... 31 图 3‑3 来自GEHA中原位萌发水体、GEH外临近水体表底层水样、原位沉积物的鉴定的物种的韦恩图... 43 图 3‑4 Gymnodiniales的系统发育树... 44 图 3‑5 Gonyaulacales和Amphidomataceae的系统发育树... 45 图 3‑7 Pseudo-nitzschia和Nitzschia的系统发育树... 47 图 3‑9 Raphidophyceae的系统发育树... 49 图 3‑10 Phaeocystis的系统发育树... 49 图3‑14 Scrippsiella的系统发育树... 67 图3‑16 Cryptoperidiniopsis的系统发育树... 69 表目录 |
| 页码 | 141 |
| 源URL | [http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/202847]  |
| 专题 | 中国科学院海洋研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 史硕. 发明和应用一个新装置于胶州湾真核浮游生物休眠体萌发的原位研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：海洋研究所
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