秦皇岛褐潮期超微型浮游生物丰度及多样性研究❋

2016-01-24 14:05邵红兵张耀元
关键词:多样性

马 玉, 汪 岷,2❋❋, 夏 骏, 宫 政, 宋 雪, 刘 倩, 李 岩, 姜 勇, 邵红兵,张耀元

(1.中国海洋大学海洋生物遗传学与基因资源利用教育部重点实验室, 山东 青岛 266003;2.中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所,山东 青岛 266003)



秦皇岛褐潮期超微型浮游生物丰度及多样性研究❋

马玉1, 汪岷1,2❋❋, 夏骏1, 宫政1, 宋雪1, 刘倩1, 李岩1, 姜勇1, 邵红兵1,张耀元1

(1.中国海洋大学海洋生物遗传学与基因资源利用教育部重点实验室, 山东 青岛 266003;2.中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所,山东 青岛 266003)

摘要:秦皇岛作为中国北方重要水产养殖基地,年年爆发褐潮,对当地生态环境造成巨大影响。针对微微型真核浮游生物、浮游病毒和浮游细菌三大类群,进行了褐潮前中2个时期丰度和群落结构及其主要影响因素的分析。本研究利用流式细胞仪技术对褐潮前期和褐潮中期秦皇岛近岸海域微微型真核浮游生物、浮游细菌和浮游病毒的丰度分布特征进行了研究;利用病毒宏基因组技术、18S rDNA V9区和16S rDNA V4~V5高通量测序技术对超微型浮游生物各个类群进行多样性研究。研究发现,褐潮中期微微型真核浮游生物丰度平均值为27.50×103个/mL,浮游细菌丰度平均值为1.97×105个/mL,浮游病毒丰度平均值为9.65×105VLP/mL。褐潮中期藻类DNA病毒含量提高(20.30%);不等鞭毛虫门为微微型真核浮游植物主要优势类群;变形菌门为浮游细菌主要优势类群。海水生态系统中超微型浮游生物的多样性及丰度对褐潮的发生具有较高敏感性,未来,针对海洋超微型浮游生物的研究,对进一步了解褐潮机制和寻求褐潮消解方法提供了新的角度和思路。

关键词:浮游病毒; 微微型真核浮游生物; 浮游细菌; 丰度; 多样性

引用格式:马玉, 汪岷, 夏骏, 等. 秦皇岛褐潮期超微型浮游生物丰度及多样性研究[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2016, 46(6): 142-150.

MA Yu, WANG Min, XIA Jun, et al. Studies on abundance and diversity of microplankton during brown tide around Qinhuangdao area[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(6): 142-150.

秦皇岛市位于河北省东部,濒临渤海,境内有洋河、戴河、新开河等河流经此入海,同时也是中国著名的水产养殖区,扇贝养殖尤为闻名。秦皇岛扇贝养殖区作为中国北方重要的扇贝养殖区之一,自1990年代至今,养殖面积已经超过4万km2。

超微型浮游生物包括浮游病毒、微微型真核浮游生物和浮游细菌等,是海洋中粒径小于5 μm的浮游生物的总称[1-2]。浮游病毒作为海洋中数量和物种最丰富的类群,具有控制宿主种群大小和遗传结构、参与影响物质循环的重要生态功能,而微微型真核藻类以及浮游细菌作为浮游病毒的宿主,其多样性和丰度也往往与病毒表现出一定的相关性[3]。微微型真核浮游生物(粒径<5 μm)在海洋真光层中数量众多[4],具有极强的光合作用能力,一直以来都是海洋物质循环和能量流动的主要推动力量之一[5]。褐潮是一种水体水华爆发引起的海水颜色变为红褐色的现象[6], 1985年首现于美国东海岸,并于近年来在世界各地逐渐扩展[7-11]。据国家海洋局统计公布(http://www.soa.gov.cn/),秦皇岛海域的主要褐潮藻为抑食金球藻,其浓度最高可达106个/mL[4],对养殖水体中的微微型真核生物和浮游细菌群落造成了巨大影响。超微型浮游生物作为海洋微食物环中的重要组成部分,与海洋物质循环和能量转换过程有着密切联系,对海洋生态环境、能量流动及海洋生物群落结构都起着极为重要的作用[12-13]。超微型浮游生物的时空分布和群落组成结构对于当地海域水体质量和水体生态环境检测具有重要的指示和检测作用[14-16]。目前为止,针对秦皇岛海域褐潮期间生物群落的研究主要针对微型浮游生物,超微型浮游生物的相关研究仍较缺乏[30]。

本文针对秦皇岛海域褐潮期间(2012年4月,褐潮前期;2013年6月,褐潮中期)超微型浮游生物的分布、群落组成结构及影响因素进行了调查研究。本研究拟通过研究和分析该海域超微型浮游生物的时间变化,在流式细胞仪技术和高通量测序的基础上,针对微微型真核浮游生物、浮游病毒和浮游细菌三大类群,进行了褐潮前中2个时期丰度和群落结构及其主要影响因素的分析,以期为褐潮期生物多样性变化和影响,和合理开发利用当地养殖业提供基础资料,为海洋经济生态可持续发展提供科学依据。

1站位设定

秦皇岛市位于河北省,境内养殖业的发展使其近海海域富营养化严重,年年爆发褐潮(http://www.soa.gov.cn/)。综合考虑当地水文特点及养殖区域分布状况,在遵循代表性的基础上,于2012年4月(褐潮前期)和2013年6月(褐潮期)选取了S2、S6、F2、F6 4个站点进行水样采集,各站点分布见图1。

2样品采集及分析方法

2.1 样品采集

使用Niskin采水器采集表层海水。取3mL海水用多聚甲醛进行固定(终浓度1%),用于超微型真核浮游生物的分析研究;取5mL海水用戊二醛进行固定(终浓度0.5%),用于浮游病毒及浮游细菌的分析研究。以上样品均经液氮速冻,-80℃保存,用于丰度研究。

使用Niskin采水器采集表层海水,每站采水30L,4个站位共120L。使用筛绢过滤除去水中大型藻及杂质,经3、0.22μm滤膜过滤,保留过滤液。过滤液经过中型、小型切向流(切向流超滤系统,Millipore)浓缩至10mL,液氮速冻,-80℃保存,用于病毒多样性研究。每站分别取1L海水,使用筛绢过滤除去水中大型藻和杂质,经3、0.22μm滤膜(混合纤维素酯滤膜,Millipore)过滤,保留0.22μm滤膜,液氮速冻,-80℃保存,用于微微型真核生物和浮游细菌的多样性研究。

2.2 分析方法

2.2.1 超微型浮游生物丰度检测样品从-80℃冰箱中取出,37℃水浴解冻。取1mL微微型真核浮游生物样品,加入10mL内标荧光微球,混匀;分别取495μL病毒、浮游细菌样品,加入5μL SYBR Green-I染色剂(Molecular Probes,终浓度10-4),避光80℃水浴染色15min,加入1μm内标荧光微球。上述处理后样品均使用流式细胞仪(Beckman Coulter FC500-MPL;FSC:115.0,SSC:209.0)分别测定其丰度。

2.2.2 超微型浮游生物多样性检测

2.2.2.1 超微型浮游生物DNA提取微微型真核浮游生物、浮游细菌的DNA提取采用传统酚氯仿抽提法。病毒浓缩液中加入氯化钠和PEG8000于4℃环境中避光沉淀24h后,经超速冷冻离心机离心后去除上清液,加入SM buffer及氯化钾溶液吹溶悬浮沉淀,冰浴30min后冷冻离心,保留上清液,然后采用传统酚氯仿法进行抽提。

2.2.2.2 微微型真核生物多样性检测微微型真核生物DNA使用引物1380F/1510R[5]进行18S rDNA PCR扩增,产物经QIAquick试剂盒纯化后进行末端加A实验;使用引物Primer1/Primer2[5]进行18S rDNA V9区的PCR扩增,产物进行胶回收后送至测序公司进行Illumina Hiseq高通量测序。

2.2.2.3 浮游病毒多样性检测浮游病毒DNA送至测序公司进行拼接测序,首先针对DNA样品进行质量检测,质量合格的DNA样品依据Illumia标准流程进行建库测序。测序完成后,利用SOAPdenovo(version 1.06)[17-19]对测序后的数据进行拼接组装,得到contig数据后,使用MetaGenMark[20]预测得到ORF(Open Reading Frame,开放阅读框)序列。将得到的contigs和ORFs序列分别进行Blastx、Blastp[21-22]与Camera病毒数据库[23]比对(e值<1×e-10),得到物种信息。

2.2.2.4 浮游细菌多样性检测浮游细菌基因组送至测序公司使用Illumina Miseq对16S rDNA V4~V5区进行高通量测序。

2.2.3 环境因子分析测定秦皇岛市近岸养殖区水体盐度、营养盐等数据由本课题化学组提供数据,非养殖区水体盐度、营养盐等数据由船载SBE19-CTD测得。

2.2.4 数据分析用SPSS软件进行独立样本均值的差异性检验。

3结果

3.1 褐潮期环境因子变化

对比可得,褐潮期SiO2、PO4-P和NO3-N含量提高。其中,SiO2和NO3-N提高最多,均提高3倍以上,PO4-P仅有微小提升。NH4-N含量降低,从2.869 μmol/L落至1.958 μmol/L。NO2-N含量水平微降,但变化不大(见表1)。

3.2 超微型浮游生物褐潮前中期丰度变化

3.2.1 微微型真核浮游生物褐潮前中期丰度变化褐潮中期微微型真核浮游生物丰度高于褐潮前期,褐潮前期丰度为0.80×103~3.97×103个/mL之间,平均值为2.00×103个/mL;褐潮中期丰度为4.80×103~60.48×103个/mL之间,平均值为27.50×103个/mL。微微型真核浮游生物丰度峰值出现在褐潮中期,且高于褐潮前期(见图2)。

3.2.2 浮游病毒褐潮前中期丰度变化褐潮中期浮游病毒丰度略高于褐潮前期(见图3)。褐潮前期丰度为6.65×105~8.59×105VLP/mL之间,平均值为7.98×105VLP/mL;褐潮中期丰度为6.10×105~11.48×105VLP/mL之间,平均值为9.65×105VLP/mL。

3.2.3 浮游细菌褐潮前后丰度变化褐潮中期浮游细菌丰度高于褐潮前期,褐潮前期丰度为0.80×105~1.92×105个/mL之间,平均值为1.26×105个/mL;褐潮中期丰度为1.46×105~2.44×105个/mL之间,平均值为1.97×105个/mL。浮游细菌丰度峰值出现在褐潮中期,且高于其他季节(见图4)。

3.3超微型浮游生物褐潮前中期多样性分析

3.3.1 超微型真核浮游生物多样性分析SAR超类群主要包括囊泡虫类、不等鞭毛类和有孔虫。分析可得,褐潮前中期秦皇岛近海水域微微型真核浮游生物多样性变化不大,SAR超类群为主要组成部分(见图5)。褐潮前期SAR超类群多样性高于褐潮中期,分别为931和683种。SAR超类群多样性以囊泡虫类为主,褐潮前期788种,褐潮中期594种。其中,囊泡虫类在褐潮前中皆为优势类群,褐潮发生期,纤毛虫门、双鞭毛虫门、顶复门物种多样性均高于褐潮前期(见图6)。

3.3.2 浮游病毒多样性分析

3.3.2.1 宏基因组测序结果对4个站位2个季节的浮游病毒样品进行宏基因组测序,在利用SOAPdenovo(version 1.06)对所得数据进行组装拼接后,使用公司内部程序对数据进行优化统计,组装结果如表2所示。将组装好的contigs使用MetaGeneMark(MGM,http://exon.gatech.edu/GeneMark/metagenome/Prediction)进行开放阅读框(ORF,open reading frame)预测,然后进行Blastx和Blastp程序与camera病毒数据库比对(e值<1×e-10), 最后获得病毒的ORFs为2 618和2 774个。

3.3.2.2 浮游病毒多样性褐潮对秦皇岛近岸水体病毒多样性影响十分显著(见图7)。分析已知病毒多样性数可得,褐潮前期共有1 529种已知病毒,褐潮中期共有2 616种已知病毒。

褐潮前期,浮游病毒以有尾噬菌体目(Caudovirales)为主要组成部分,占比67.69%,有尾噬菌体以肌尾噬菌体科(Myoviridae)为主(25.77%);藻类DNA病毒(Phycodnaviridae)占比1.57%。褐潮中期,浮游病毒以有尾噬菌体目(Caudovirales)占比下降至47.44%,有尾噬菌体以肌尾噬菌体科(Myoviridae)为主(24.47%);藻类DNA病毒(Phycodnaviridae)占比大幅提高,达20.30%。

Note: ①Sample names; ②Contig; ③Length; ④Max length

3.3.3 浮游细菌多样性分析对养殖区褐潮期浮游细菌的16S rDNA V4~V5区测序结果进行分析。得到S2、S6、C2、C6、F2、F6样品OTUs的个数分别是749和927。BLAST比对之后发现,所得OTU主要为蓝藻门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、黏胶球形菌门(Lentisphaerae)8个门类。其中,褐潮前期主要为5个类群,分别为放线菌门、拟杆菌门、蓝藻门、疣微菌门和变形菌门;褐潮中期只要为8个类群,分别为放线菌门、拟杆菌门、蓝藻门、疣微菌门、厚壁菌门、黏胶球形菌门、浮霉菌门和变形菌门(见图8)。其中,变形菌门在褐潮前后均为最优势类群(见图9)。

4讨论

4.1 超微型浮游生物褐潮前中期丰度变化

微微型真核浮游生物包括微微型浮游植物和微微型浮游动物。其中,微微型浮游植物多样性丰富,是海洋初级生产力的主要组成部分,存在多种褐潮藻类[16,24]。本次研究检测发现,微微型真核浮游生物在褐潮中期的丰度高于褐潮前期,这与国内相关研究结果相吻合[26]。推测其是由于大量微型浮游植物被贝类摄食,微微型浮游植物获得更大生存空间导致的;同时由于养殖活动投放大量营养物质,水体富营养化严重,又促进了微微型真核生物的生长。伴随褐潮发生,SiO2、PO4-P和NO3-N浓度增加,NH4-N浓度降低,可能是微微型真核浮游藻类繁殖导致大量营养盐消耗造成的。

浮游病毒包括细菌病毒和藻类病毒,是海洋生态系统的重要组成部分,对海洋物质循环和能量流动及生物群落调控都具有重要意义[27]。本次研究发现,褐潮中期浮游病毒丰度高于褐潮前期。褐潮前期,微微型真核浮游生物和浮游细菌由于水体富营养化开始大量繁殖,带动了以其为宿主的浮游病毒的大量增殖,在褐潮中期达到峰值。浮游病毒作为海洋生态环境的重要指示物种,对其宿主及水体环境的变化具有较高敏感性,丰度随着宿主丰度升高而升高。

作为海洋生态系统的分解者和二次生产者,浮游细菌在海洋生态系统中物质循环、能量流动以及微食物环中扮演了十分重要的角色。褐潮中期,由于当地养殖活动的开展使得水体中有机物及营养盐浓度大量提高,为浮游细菌的生长繁殖提供了更有力的生态环境,浮游细菌丰度高于褐潮前期,与国内相关研究结果吻合[28-29]。

4.2 超微型浮游生物褐潮前后物种群落结构变化

4.2.1 微微型真核生物褐潮前后物种群落结构变化秦皇岛近海海域褐潮爆发始于2010年,最初在山海关养殖区海域被观察到,随后逐步扩大覆盖沿海各地。本文将真核浮游生物归类为4大类群:SAR超类群、变形虫、后鞭毛生物和泛植物;其中,SAR超类群主要包括囊泡虫类、不等鞭毛类和有孔虫,后鞭毛生物主要包括菌种总界和动物总界,泛植物则主要包括绿藻、红枣、灰胞藻等[15]。前人研究发现,秦皇岛养殖区褐潮藻的优势种为抑食金球藻(Aureococcusanophagefferens)[25],属于不等鞭毛虫门,曾在美国东海岸大量爆发并导致其养殖业绝迹,对扇贝有严重抑食的作用,严重危害秦皇岛水产养殖业的生存。微微型真核生物的群落多样性伴随褐潮频繁爆发而降低,使得褐潮中期微微型真核生物的多样性低于褐潮前期[30]。经多样性检测发现,褐潮中期秦皇岛近海海域不等鞭毛虫门多样性高于褐潮前期,且在褐潮发生期检测到抑食金球藻的存在,与国内外相关研究结果相吻合。目前,抑食金球藻仅在秦皇岛海域被发现,推测其是随轮船压舱水而来的外来物种[31-33]。其它各类微微型真核藻类在秦皇岛近海海域中分布较少,受褐潮影响较小,因此褐潮前后物种组成变化不大。此外,SAR超类群中囊泡虫类中的纤毛虫门在褐潮前中物种多样性均较高。褐潮期水体严重富营养化,纤毛虫作为微食物环的重要组成部分,其存在可以加速水体内有机磷的物质循环,促进藻类等的生长等[34-35];纤毛虫门在褐潮中大量存在,侧面验证了其在水体物质循环中的作用。

4.2.2 浮游病毒褐潮前后物种群落结构变化由于病毒缺乏稳定的保守序列作为通用标记基因进行分析,一般的测序方法很难完整测量环境中病毒的序列,因此病毒宏基因组学作为一种对环境病毒群落基因组进行测序和分析的方法,现在已经广泛得到了接受[36-38]。由于目前国际上对海洋病毒研究的相对匮乏,大部分海洋病毒的序列都是未知的,病毒的多样性样品并没有得到充分的采集[36]。由于病毒宏基因组学直接针对环境病毒群落基因进行测序分析的特性,很好的保证了环境中未识别病毒序列的保存于测量,进而保证了数据的可信度。由于病毒多样性库数据的缺乏,本文使用宏基因组技术对褐潮期浮游病毒多样性进行研究,其中存有大量未知病毒种,这也说明了海洋病毒多样性工作的待完善与大量的未知浮游病毒的存在[39-40]。

分析发现,褐潮中期浮游病毒的多样性高于褐潮前期。褐潮爆发时,微微型真核浮游生物和浮游细菌由于优势种的大量增殖导致其物种多样性降低,对浮游病毒的抵抗能力减弱,导致褐潮中期浮游病毒多样性增加。褐潮前期,噬菌体为浮游病毒的主要组成部分。这是由于褐潮前期秦皇岛近海水体中浮游细菌含量较高,变形菌门和拟杆菌门占浮游细菌总量高达95%以上,为肌尾噬菌体科病毒的侵染、增殖提供了有利环境。伴随褐潮发生,以抑食金球藻为代表的微微型浮游植物急速增殖,挤压了浮游细菌的生存空间,成为近岸水体中超微型浮游生物的主要类群。超微型真核浮游植物的大量增加为噬藻体的增殖提供了基础,藻类DNA病毒的含量大幅提升,成为最优势病毒类群,从侧面指示和验证了褐潮期水体生物群落的更迭。

4.2.3 浮游细菌褐潮前后物种群落结构变化对比褐潮前期和褐潮中期的群落结构发现,褐潮中期浮游细菌的群落多样性最高。对比环境数据发现,褐潮中期秦皇岛近海的有机物浓度显著高于褐潮前期(P<0.01)。伴随褐潮爆发,大量褐潮藻的繁殖和病毒导致的消亡裂解产生大量有机物,带动了浮游细菌的大量增殖,浮游细菌物种多样性升高。本文在秦皇岛近海检测到8个门类的浮游细菌,与目前国内相关研究相符合[41-44],其中变形菌门为海洋浮游细菌的绝对优势类群。经检测,秦皇岛近海海域变形菌门中第一优势群是γ-变形菌纲,其次为α-变形菌纲,与其他海域结果相类似[41]。γ-变形菌纲是一种富营养海域的优势菌,可以利用不同类型、不同浓度的碳源迅速繁殖[41-44]。褐潮中期变形菌门的物种多样性较褐潮前期略高,是由于养殖活动导致的有机物浓度上升为变形菌门的生长繁殖提供大量的碳源,利于变形菌门的大量繁殖,因此变形菌门的相对丰度升高。细菌多样性伴随着氮盐和磷酸盐浓度的上升而增加,说明褐潮期浮游细菌参与了物质循环和能量流动。伴随褐潮发生,大量褐潮藻在增殖的同时其本身也会大量消亡,水体中有机物含量激增,大量的异养细菌参与物质循环和能量流动。变形菌门中的γ-变形菌纲和α-变形菌纲细菌具有较强的碳源利用能力,符合褐潮发生时的环境需要,因此成为了褐潮期养殖区海域细菌群落的优势类群。综上可知,浮游细菌在褐潮期通过对有机物的分解与二次利用,对褐潮生态环境进行了代偿与修复。

综上可知,海水生态系统中超微型浮游生物的多样性及丰度对褐潮的发生具有较高敏感性。本文选取了两个时间节点,对比了历经褐潮后水体中超微型浮游生物群落的变化,针对海洋超微型浮游生物的研究,对进一步了解褐潮机制和寻求褐潮消解方法提供了新的角度和思路。未来,将在此基础上持续对褐潮进行跟踪采样,以期获得更加详实丰富的数据。

参考文献:

[1]Sieburth J M, Smetacek V, Lenz J. Pelagic ecosystem structure: Heterotrophic compartments of the plankton and their relationship to plankton size fractions[J]. Limnology & Oceanography, 1978, 23(6): 1256-1263.

[2]宁修仁. 海洋微型和超微型浮游生物[J]. 海洋学研究, 1997, 15(2): 60-64.

Ning X R, Nanoplankton and picoplankton in marine[J], Donghai Marine Science, 1997, 15(2): 60-64.

[3]裴达, 程凯, 丁奕, 等. 富营养化水体中浮游病毒与浮游植物生长的关系[J]. 中国环境科学, 2007(6): 826-829.

Pei D, Cheng K, Yi D, etc. The relationship between virioplankton and phytoplankton in eutrophication water bodies[J].China Environmental Science, 2007(6): 826-829.

[4]张勇. 北戴河海域微微型浮游植物的时空分布[D]. 广州: 暨南大学, 2013.

Zhang Y. The Spatial and Temporal Distribution of Picophytoplankton in Behai Sea[D]. Guangzhou: Jinan University, 2013.

[5]Richardson A J, Schoeman D S. Climate impact on plankton ecosystems in the northeast Atlantic[J]. Science, 2004, 305(5690): 1609-1612.

[6]Bricelj V, Macquarrie S, Schaffner R. Differential effects ofAureococcusanophagefferensisolates ("brown tide") in unialgal and mixed suspensions on bivalve feeding[J]. Marine Biology, 2001, 139(4): 605-616.

[7]Cosper E M, Bricelj V M, Carpenter E J. Novel phytoplankton blooms: Causes and impacts of recurrent brown tides and other unusual blooms[M]. Berlin: Springer-Verlag, 1989.

[8]Monica B V, Lonsdale D J.Aureococcusanophageflerens: Causes and ecological consequences of brown tides in U.S. mid-Atlantic coastal waters[J]. Limnology & Oceanography, 1997, 42(5): 1023-1038.

[9]Lomas M W, Gobler C J.Aureococcusanophagefferensresearch: 20 Years and counting[J]. Harmful Algae, 2004, 3(4): 273-277.

[10]Gobler C J, Lonsdale D J, Boyer G L. A review of the causes, effects, and potential management of harmful brown tide blooms cased byAureococcusanophagefferens(Hargraves et Sieburth)[J]. Estuaries & Coasts, 2005, 28(5): 726-749.

[11]Mary Downes Gastrich, Catherine E. Wazniak. A Brown Tide Bloom Index based on the potential harmful effects of the brown tide alga,Aureococcusanophagefferens[J]. Aquatic Ecosystem Health & Management, 2002, 5(4): 435-441.

[12]Contreras-Coll N, Lucena F, Mooijman K, et al. Occurrence and levels of indicator bacteriophages in bathing waters throughout Europe.[J]. Water Research, 2002, 36(20): 4963-4974.

[13]王超, 李新辉, 赖子尼, 等. 连江浮游植物群落结构的初步研究[J]. 广东农业科学, 2010, 37(3): 168-172.

Wang C, Li X H, Lai Z N, et al. Preliminsry study on phytoplankton community structure of Lianjiang[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2010, 37(3): 168-172.

[14]Amaral-Zettler L A, Mccliment E A, Ducklow H W, et al. Correction: A method for studying protistan diversity using massively parallel sequencing of V9 hypervariable regions of small-subunit ribosomal RNA Genes[J]. Plos One, 2009, 4(7): e6372.

[15]Katz L A, Grant J R. Taxon-rich phylogenomic analyses resolve the eukaryotic tree of life and reveal the power of subsampling by sites [J]. Systematic Biology, 2015, 64(3): 406-415.

[16]焦念志. 海洋微型生物生态学[M]. 上海: 科学出版社, 2006.

Jiao N Z. Marine Micro Ecology[M]. Shanghai: China Science Publishing & Media LTD, 2006.

[17]Luo Rui-Bang, Liu Bing-Hang, Xie Yin-Long, et al. SOAPdenovo2: An empirically improved memory-efficient short-readdenovoassembler[J]. Gigascience, 2012, 1(1): 18.

[18]Li R, Zhu H, Ruan J, et al.Denovoassembly of human genomes with massively parallel short read sequencing[J]. Genome Research, 2010, 20(2): 265-272.

[19]Li R, Li Y, Kristiansen K, et al. Sequence analysis SOAP: Short oligonucleotide alignment program[J]. Bioinformatics, 2008, 24(5): 713-714.

[20]Wenhan Z, Alexandre L, Mark B. Ab initio gene identification in metagenomic sequences[J]. Nucleic Acids Research, 2010, 38(12): 991-998.

[21]Altschul S F, Madden T L, Schffer A A, et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST: A new generation of protein database search programs [J]. Nucleic Acids Research, 1997, 25(8): 3389-3402.

[22]Altschul S F, Gish W, Miller W, et al. Basic local alignment search tool[J]. Journal of Molecular Biology, 1990, 215(3): 403-410.

[23]Sun S, Chen J, Li W, et al. Community cyberinfrastructure for advanced microbial ecology research and analysis: The CAMERA resource[J]. Nucleic Acids Research, 2011, 39(Databaseissue): 546-551.

[24]Zubkov M V, Fuchs B M, Tarran G A, et al. High rate of uptake of organic nitrogen compounds byProchlorococcuscyanobacteriaas a key to their dominance in oligotrophic oceanic waters[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2003, 69(2): 1299-1304.

[25]Zhang Q C, Qiu L M, Yu R C, et al. Emergence of brown tides caused byAureococcusanophagefferensHargraves et Sieburth in China[J]. Harmful Algae, 2012, 19(9): 117-124.

[26]杨红生. 滤食性贝类对养殖海区环境影响的研究进展[J]. 海洋科学, 1998(2): 42-44.

Yang H S. Progress in studies on effect of filter-feeding bivalve on environment of mariculture area[J]. Marine Sciences, 1998(2): 42-44.

[27]Thingstad T F. Elements of a theory for the mechanisms controlling abundance, diversity and biogeochemical role of lytic viruses in aquatic systems[J]. Limnology & Oceanography, 2000, 45(6): 1320-1328.

[28]吴建平, 蔡创华, 周毅频, 等. 大亚湾网箱养殖区异养细菌和弧菌的数量动态[J]. 湛江海洋大学学报, 2006, 26(3): 21-25.

Wu J P, Cai C H, Zhou Y P, et al. Variations of vibrios and heterotrophic bacteria in the caged-culture waters in Daya Bay[J]. Journal of Zhanjiang Ocean University, 2006, 26(3): 21-25.

[29]马继波, 董巧香, 黄长江. 粤东大规模海水增养殖区柘林湾浮游细菌的时空分布[J]. 生态学报, 2007(2): 477-485.

Ma J B, Dong Q X, Huang C J. The temporal and spatial distribution of bacterioplankton in a large scale marineculture located in Zhelin Bay, Eastern Guangdong Province, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007(2): 477-485.

[30]孙辉. 秦皇岛扇贝养殖区浮游病毒丰度及多样性的研究 [D]. 青岛: 中国海洋大学, 2014.

Sun H, Effect of Aquaculture Activities on Abundance and Diversity of Virioplankton [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[31]江雪娇. 北黄海微微型浮游植物的丰度及微微型真核浮游生物分子多样性研究. [D].青岛: 中国海洋大学, 2009.

Jiang X J, Analysis of Picoplankton Abundance and Study of Genetic Diversity of Microeukaryotes in the North Yellow Sea. [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2009.

[32]陈纪新. 中国亚热带海域超微型浮游生物多样性研究 [D]. 厦门: 厦门大学, 2006.

Chen J X, Studies on Ultraplankton Diversity in Subtropical Coastal Waters of China Seas [D]. Xiamen: Journal of Xiamen University, 2006.

[33]鲍磊. 厦门西海域超微型真核浮游生物遗传多样性研究 [D]. 厦门: 厦门大学, 2006.

Bao L. Studies on Genetic Diversity of Eukaryotic Ultraplankton in Western Xiamen Waters [D]. Xiamen: Journal of Xiamen University, 2006.

[34]蔡后建. 原生动物纤毛虫对太湖梅梁湾水质富营养化的响应[J]. 湖泊科学, 1998(3): 43-48.

Cai H J. The reaponse of ciliated protozoans to eutrophication in Meiliang Bay of Taihu Lake [J]. Journal of Lake Science, 1998(3): 43-48.

[35]冯建社. 白洋淀的纤毛虫及与水质污染的关系[J]. 重庆环境科学, 1999, 21(05): 33-35.

Feng J S. Ciliata in Lake Baiyangdian and the relation [J].Chongqing Environmental Science, 1999, 21(05): 33-35.

[36]汪俭. 北黄海浮游病毒群落的宏基因组学研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2015.

Wang J, Metagenomic Analysis of Viral Communities in the North Yellow Sea. [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2015.

[37]Mya B, Peter S, Bjarne A, et al. Genomic analysis of uncultured marine viral communities[C]// Proc Natl Acad Sci, USA, 2002: 14250-14255.

[38]Suttle C A. Viruses in the sea [J]. Nature, 2005, 437(7057): 356-361.

[39]Bench S R, Hanson T E, Williamson K E, et al. Metagenomic characterization of Chesapeake Bay virioplankton [J]. Applied & Environmental Microbiology, 2007, 73(23): 7629-7641.

[40]Thomas S, Melodee P, Richardson P M, et al. Assembly of viral metagenomes from yellowstone hot springs [J]. Applied & Environmental Microbiology, 2008, 74(13): 4164-4174.

[41]张艳. 山东近岸海域水体细菌多样性研究 [D].青岛: 中国海洋大学, 2010.

Zhang Y. Diversity of Bacterial Communities in Coastal Areas of Shandong Province [D]. Qingdao: Ocean University of China, 2010.

[42]肖慧, 张艳, 张喆, 等. 青岛、威海水域夏冬季表层沉积物细菌多样性的初步研究[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版), 2009, 39(4): 641-646.

Xiao H, Zhang Y, Zhang Z, et al. A Preliminary study on the bacterial diversity in surface sediments from the coastal water of Qingdao and Weihai in summer and winter[J]. Periodical of Ocean University of China, 2009, 39(4): 641-646.

[43]刘欣, 肖天, 张文燕, 等. 胶州湾海域表层沉积物细菌多样性[J]. 海洋科学, 2010, 34(10): 1-6.

Liu X, Xiao T, Zhang W Y, et al. Diversity of bacterial community in sediments of Jiaozhou Bay[J]. Marine Sciences, 2010, 34(10): 1-6.

[44]Eilers H, Pernthaler J, Glockner F O, et al. Culturability and in situ abundance of pelagic bacteria from the North Sea[J]. Applied & Environmental Microbiology, 2000, 66(7): 3044-3051.

责任编辑高蓓

Studies on Abundance and Diversity of Microplankton During Brown Tide Around Qinhuangdao Area

MA Yu1, WANG Min1, XIA Jun1, GONG Zheng1, SONG Xue1,LIU Qian1, LI Yan1, JIANG Yong1, SHAO Hong-Bing1, Zhang Yao-Yuan1

(1.The Key Laboratory of Marine Genetics and Breeding, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2.Institute of Evolution and Marine Biodiversity, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Abstract:Microplankton, which is under 5μm and including picoeukaryotes, marine bacteria, and virioplankton, plays an important role in marine ecosystem and is thought to be a robust indicator for bio-assessment. Qinhuangdao is one of the biggest scallop cultivation area in northern China with brown tide blooming every year, and local environment has been significantly affected by the aquaculture activities. In Qinhuangdao scallop cultivation area (QSCA), investigation on microplankton is still scant, especially information about their temporal variation and distribution along brown tides still need pay more attentions. To better understand the environmental influences of brown tide, microplankton communities were investigated in two time spots (June and April) in QSCA. In present study, the abundance of microplankton has been revealed by flow cytometry technique and the results show that the microplankton abundance varied along the blooming and was higher during tide than that of before tide, which was 27.50×103cell/mL for picoeukaryotes, 1.97×105cell/mL for marine becteria, and 9.65×105VLP/mL for virioplankton on average, which exhibits the obvious response of microplankton to the brown tide. Meanwhile, the diversity of microplankton has been studied by metagenomics (for virioplankton) and by high-through sequencing technology (18S rDNA V9 for picoeukaryotes; 16S rDNA V4~V5 for bacteria). During the study period, the species from Myoviridae are the main contributors to the virioplankton all the time. Percentage of speceies from Caudovirales decreased a lot (67.69% before the tide, 47.44% during the tide), while those of Phycodnaviridae rose up clearly (1.57% before the tide, 20.30% during the tide). Four super groups were indentified from picoeukaryotes, which is SAR, Plantae, Amoebozoa, and Opisthokonta. In both samples, SAR (including alveolates, heterokonta, and ciliates, etc.) were the dominate super group of picoeukaryotes but their genetic diversity decrease clearly along the brown tide (931 species before the tide, 683 species during the tide), however the diversity of Heterokonta was increased andAureococcusanophagefferenswas detected. Besides, ciliates, as an important element of microbial food loop, showed a huge abundance in the study area along the brown tide. During the research, the diversity of marine bacteria increase dramatically and the Proteobacteria was the dominant component, in which γ proteobacteria and α proteobacteria contributed most. These results suggest that there was a clear temporal distribution pattern in the microplankton community in QSCA. And, present study only supply a basic and detailed data with two time spots and fixed area. For better understanding the variation of microplankton community along brown tide in aquaculture area, further studies on extend time period and lager scales are welcome and necessary to verify our findings.

Key words:virioplankton; picoeukaryotes; marine bacteria; abundance; diversity

基金项目:❋ 国家自然科学基金项目(31500339; 41076088); 中国博士后科学基金项目(2015M570612);中国海洋大学中央高校基本科研业务费项目(201562018);国家海洋公益性行业科研专项基金项目(201205031)资助

收稿日期:2016-01-11;

修订日期:2016-02-16

作者简介:马玉(1991-),女,硕士生。E-mail:994458084@qq.com ❋❋通讯作者: E-mail:mingwang@ouc.edu.cn

中图法分类号:Q14

文献标志码:A

文章编号:1672-5174(2016)06-142-09

DOI:10.16441/j.cnki.hdxb.20150426

Supported by the National Nature Science Foundation of China(31500339; 41076088); China Postdoctoral Science Foundation(2015M570612);Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ocean University of China(201562018);Public Science and Technology Research Funds Projects of Ocean (201205031)

猜你喜欢
多样性
浅议单元导语教学策略
试论初中体育教学方法多样性研究
论遵循社会规律与坚持包容性发展的内在逻辑
浅谈小学数学作业设计的有效性
浅析阿拉伯语初级阶段听力教学材料的选择
利用网络教学多样性 开展有效教学
由古典戏曲看“代言体”在中国的前世今生
浅谈新时期群文辅导工作的特征
舞蹈表演的表现形式多样性研究
水磨地区蕨类植物多样性调查分析