秦皇岛近岸海域是我国有害藻华（Harmful Algal Blooms，HABs）高发区之一。为了探索秦皇岛海域HABs的暴发规律和暴发机制，人们对秦皇岛海域的浮游植物尤其是HAB物种开展了大量的研究。然而迄今在对秦皇岛海域浮游植物及HAB物种的调查研究中，绝大多数是通过基于显微镜的形态学方法进行物种鉴定，这会导致一些细胞较小、形态难以辨认的隐存种以及难以固定的物种等无法准确识别。同时，这些调查多集中于少数时间点或特定季节（多夏季），这样的采样策略会导致一些其他季节分布的浮游植物的遗漏。因此，由于物种鉴定技术的局限和采样策略的限制，人们对该海域HAB物种的多样性和动态了解仍然不够全面。针对这些问题，本研究于2022年至2023年间在秦皇岛近岸海域，进行了全年高频（每周一次）的时间序列样本采集，并进行了基于通用分子标记18S rDNA V4序列的宏条形码分析。该分析获得了秦皇岛近岸海域浮游植物尤其是HAB物种的多样性、时间动态变化、以及与环境因子和其他浮游生物之间的关系，研究结果表明秦皇岛海域存在大量HAB物种。其中亚历山大藻属（Alexandrium）和角毛藻属（Chaetoceros）是秦皇岛海域多样性较高且包括较多HAB物种的两个典型浮游植物属。本研究以秦皇岛近岸海域HAB物种为主要研究对象，对迄今针对HAB物种的多样性研究成果进行了统计分析，利用宏条形码分析方法解析了不同物种包括两个典型属在内的生物多样性、时间动态变化以及环境因子相关性。主要的研究结果如下：

（1）通过对秦皇岛海域浮游植物及HAB物种航次调查研究结果的整理和统计分析，发现秦皇岛海域以往航次调查由于采样方法和策略的局限可能会导致形态难以辨认和特定季节分布的物种有所遗漏。本研究通过对秦皇岛海域1998-2023年间完成的38个航次调查结果进行系统数据挖掘和整理分析，共统计到366种浮游植物物种，隶属于9门161属，主要以硅藻（195种）为主，甲藻（89种）次之。在这366种浮游植物物种中，有120种被鉴定为HAB物种，其中以硅藻（62种）最多，甲藻（46种）次之。在38个航次调查中，中肋骨条藻（Skeletonema costatum）出现次数最多，其次是新月筒柱藻（Cylindrotheca closterium）、丹麦细柱藻（Leptocylindrus danicus）、尖刺伪菱形藻（Pseudo-nitzschia pungens）和夜光藻（Noctiluca scintillans）等，这些藻同时也作为HAB物种存在。由于不同航次的采样时间、站位、方法都不同，调查到的浮游植物数目、种类也有所差异。尽管有研究报道各海域近几十年存在硅藻逐渐被甲藻取代的演替现象，但在本研究中并未发现明显规律。同时值得注意的是，38个针对秦皇岛附近海域浮游植物的航次调查多采用基于显微镜的形态学方法进行物种鉴定，并且采样多集中于特定季节，这可能会造成对秦皇岛浮游植物多样性认识的不够全面。因此，对秦皇岛海域浮游植物多样性的认识，以及HABs暴发机制的了解，还需要结合宏条形码分析等分子技术手段以及进一步采样的研究。

（2）利用基于18S rDNA V4的宏条形码方法对秦皇岛海域2022-2023全年连续50周采集的海水样本进行了分析。共获得4,148个注释为浮游植物的ASVs，注释到316个浮游植物（包括67种HAB物种），隶属于8门304属。与以往38个航次调查鉴定到的9门161属366种浮游植物相比，本研究首次鉴定到207种浮游植物（包括21个HAB物种），发现了以往研究中被忽略的较小的物种以及不同季节占优势的浮游植物物种，可见秦皇岛海域浮游植物尤其是HAB物种的多样性在以往研究中可能由于鉴定方法和采样策略被低估，也充分显示了全年、高频时间序列宏条形码分析方法在浮游植物多样性研究上的优势。同时值得注意的是，在本次时间序列采样项目的宏条形码分析中，未检测到以往研究中描述的257种浮游植物（包括74种HAB物种），推测可能是采样站位、分子标记分辨率以及数据库的限制，我们预计随着采样站位的进一步扩大、更高分辨率分子标记的应用以及分子标记数据库的完善，秦皇岛海域将会发现更多的浮游植物种类和HAB物种。此外，秦皇岛地区发现的许多HAB物种表现出较强的时间动态变化，大多数HAB物种在夏季表现出较强的偏好性。环境因素（尤其是温度）和种间相互作用可能是影响HAB物种多样性和动态的主要因素。

（3）利用基于18S rDNA V4的宏条形码方法对秦皇岛海域亚历山大藻属物种多样性、时间动态以及环境因子进行了分析。分析发现秦皇岛海域的亚历山大藻物种多样性较高且包含较多HAB物种。本研究通过宏条形码分析共注释到20个亚历山大藻ASVs，鉴定到7个和4组亚历山大藻属物种，其中包括6个已知的HAB物种。另外，亚历山大藻属物种相对丰度具有明显的时间分布模式，不同物种时间分布模式不同。总体上亚历山大藻属物种在6月丰富度最高，而在3月丰富度最低。温度作为最主要的环境因素影响着亚历山大藻属物种分布。

（4）利用基于18S rDNA V4的宏条形码方法对秦皇岛海域角毛藻属物种多样性、时间动态以及环境因子进行了分析。分析发现秦皇岛海域的角毛藻属物种多样性很高，135个角毛藻ASVs鉴定到16个和4组角毛藻属物种，其中包括6个HAB物种。另外，角毛藻属物种相对丰度具有明显的时间分布模式，不同物种时间分布模式不同。总体上角毛藻属物种在7月丰富度最高，而在4月丰富度最低。温度作为最主要的环境因素影响着角毛藻属物种分布。

综上所述，本研究的主要创新点是首次对秦皇岛近岸海域全年、高频时间序列采样，并利用基于18S rDNA V4的宏条形码方法对秦皇岛近岸海域的浮游植物尤其是HAB物种的组成和分布进行了深入分析，发现了以往研究中被忽略的较小的物种以及不同季节占优势的浮游植物物种，明确了温度等环境因子和物种间互作在塑造秦皇岛海域浮游植物群落中的关键作用。

第1章 绪论 1

1.1 浮游植物及有害藻华概述 1

1.1.1 浮游植物概述 1

1.1.2 有害藻华概述 2

1.2 浮游植物鉴定方法 3

1.2.1 基于形态学方法 3

1.2.2 基于生理生化指标方法 4

1.2.3 基于分子生物学方法 4

1.3 秦皇岛浮游植物研究进展 6

1.3.1 秦皇岛海域环境特征状况 6

1.3.2 秦皇岛有害藻华发生特点 7

1.3.3 秦皇岛有害藻华研究进展 8

1.4 本研究主要内容 9

1.5 本研究拟解决的科学问题 10

1.6 研究方法 11

第2章 秦皇岛海域浮游植物和有害藻华物种多样性历史研究 12

2.1 数据来源与分析 12

2.1.1 数据来源 12

2.1.2 数据分析 12

2.2 结果 13

2.2.1 秦皇岛海域浮游植物多样性 13

2.2.2 秦皇岛海域HAB物种组成 17

2.2.3 秦皇岛海域典型HAB物种 19

2.3 小结 22

第3章 秦皇岛海域浮游植物宏条形码分析 23

3.1 前言 23

3.2 材料与方法 24

3.2.1 样本采集、DNA提取、PCR扩增和测序 24

3.2.2 宏条形码分析 25

3.3 结果 27

3.3.1 宏条形码分析鉴定到的秦皇岛近岸海域浮游植物多样性 27

3.3.2 秦皇岛海域浮游植物时间动态分布 31

3.3.3 秦皇岛海域鉴定到的HAB物种 35

3.3.4 秦皇岛海域HAB物种与环境因子及其他浮游生物互作分析 37

3.3.5 秦皇岛海域亚历山大藻物种多样性及动态 40

3.3.6 秦皇岛海域角毛藻物种多样性及动态 45

3.4 讨论 53

3.4.1 秦皇岛高浮游植物多样性 53

3.4.2 浮游植物强烈的时间动态变化 55

3.4.3 环境因素和物种之间相互作用对浮游植物群落塑造的影响 56

3.5 小结 56

第4章 研究结论与展望 58

4.1 主要结论 58

4.2 主要创新点 59

4.3 研究展望 59

参考文献 61

附录一 秦皇岛海域历史航次调查表 74

附录二 秦皇岛海域历史航次浮游植物名录 77

附录三 秦皇岛海域历史航次HAB物种名录 89

附录四 本研究中秦皇岛海域鉴定到的316个浮游植物 95

附录五 秦皇岛海域报道过但在被研究中未被鉴定到的257个浮游植物 105

附录六 秦皇岛海域报道过但在被研究中未被鉴定到的74个HAB物种 120

附录七 2022-2023年秦皇岛海域样本名称及环境因子数据 129

致  谢 132

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果 133