北部湾首次记录到的大规模夜光藻赤潮期间浮游植物与细菌群落分析.pdf

黎慧玲，徐轶肖，吴淼，等.北部湾首次记录到的大规模夜光藻赤潮期间浮游植物与细菌群落分析J.海洋学报，2023，45(5)：3952，doi:10.12284/hyxb2023064Li Huiling，Xu Yixiao，Wu Miao,et al.Analysis of phytoplankton and bacterial community during the first recorded massive Noctiluca scintil-lans bloom in the Beibu Gulf,ChinaJ.Haiyang Xuebao，2023,45(5)：3952，doi:10.12284/hyxb2023064北部湾首次记录到的大规模夜光藻赤潮期间浮游植物与细菌群落分析黎慧玲1,2，徐轶肖1,2*，吴淼1,2，蓝文陆3，谢欢达1,2，黄鹄4(1.南宁师范大学 北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西 南宁 530001；2.南宁师范大学 广西北部湾智慧海洋牧场工程研究中心，广西 南宁 530001；3.广西壮族自治区海洋环境监测中心站 北部湾海洋生态环境广西野外科学观测研究站，广西 北海 536000；4.北部湾大学 广西北部湾海洋环境变化与灾害研究重点实验室，广西 钦州 535011)PO34摘要：北部湾位于南海西北部，最近 30 年赤潮暴发频率、持续时间和范围正经历显著增长。为了了解北部湾大规模夜光藻赤潮期间的浮游植物和细菌群落特征，于 2021 年 2 月 21 日在涠洲岛西部首次大规模夜光藻暴发海域采集海水样品，对环境因子、浮游植物和细菌群落进行了研究。结果表明：该海域水质符合一类海水水质标准，主要为绝对 P 限制状态，结合近年来其他研究指出的非赤潮期间，涠洲岛邻近及北部湾中部海域为贫营养及主要为 P 限制，可推断本次夜光藻赤潮属于一次非富营养化下发生的赤潮。海水中共鉴定出浮游植物 2 门 5 属 5 种，其中夜光藻（Noctiluca scintillans）为绝对优势种，其细胞密度为 2.001033.75103 cells/L。结合现场水色，可确定本次赤潮生物为红色异养型夜光藻。系统发育和遗传距离分析则表明本次赤潮原因种属于我国沿海常见的夜光藻株系。对海水样品细菌 16S rRNA 基因 V3V4 区高通量测序发现海水细菌群落操作分类单元（OTU）数量为 294414，以-变形菌纲（Alphaproteobacteria）和-变形菌纲（Gammaproteobacteria）为优势菌群；细菌群落结构受 COD、DO、DIN、P、N/P 多种环境因子的影响，其中 COD 为主要影响因子。研究结果可为明确北部湾大规模夜光藻赤潮期间的环境特征、微生物组成及海洋生态保护提供科学依据。关键词：夜光藻赤潮；浮游植物；细菌群落；环境因子；北部湾中图分类号：P735；Q178.53 文献标志码：A 文章编号：02534193(2023)05003914 1引言夜光藻（Noctiluca scintillans）隶属于甲藻门（Dino-phyta）、横裂甲藻纲（Dinophyceae）、夜光藻目（Noc-tilucales）、夜光藻科（Noctiluceae）、夜光藻属（Noc-tiluca）。根据颜色和营养模式的不同可将其分为红色异养型和绿色混合营养型两类，前者的分布范围很广，从北部到南部的温带水域都有分布，而后者主要生长在热带水域，如阿拉伯海和孟加拉湾1。夜光藻是世界上最常见的赤潮生物，因红色型夜光藻在受到潮汐或海浪的干扰时可产生生物荧光，形成“蓝眼泪”现象而广为人知2。当水体中夜光藻细胞密度超过3.01031.0104 cells/L 时，认为引发赤潮3。我国深受夜光藻赤潮影响，自 1933 年在浙江沿海首次报道 收稿日期:20220806；修订日期:20221202。基金项目:国家自然科学基金项目（41976155）；广西自然科学基金项目（2020GXNSFDA297001）；北部湾大学海洋科学广西一流学科（DRA003）；北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室研究生创新基金项目（NNNU-KLGIP-Z2201）。作者简介:黎慧玲（1997），女，广西壮族自治区阳朔县人，研究方向为区域环境演变与风险评价。E-mail:*通信作者:徐轶肖，女，研究员，主要从事海洋有毒有害微藻与海产品安全研究。E-mail:xuyixiao_第 45 卷 第 5 期海 洋 学 报Vol.45 No.52023 年 5 月Haiyang XuebaoMay 2023 该藻赤潮以来4，渤海、黄海、东海、南海等地陆续有该赤潮发生的报道1。迄今，中国近海暴发的夜光藻赤潮均属于红色异养型5。虽然夜光藻无毒，但它的暴发性增殖易造成水体缺氧并向周围环境释放高浓度的氨而导致大量鱼类和无脊椎动物死亡，同时由于其能捕食鱼类和桡足类的卵和幼虫，以及食物网中的小型浮游植物，易引起生态系统失衡1,6。北部湾位于南海西北部，是一个天然的半封闭浅水海湾，具有热带亚热带海洋性气候。自 2008 年广西北部湾经济区发展规划和 2009 年广西北部湾经济区重点产业园区布局规划等政策实施以来，广西北部湾经济区的工业和旅游业发展迅速，海洋生态环境问题也日益突出7。其中，北部湾有害赤潮的暴发频率、持续时间和范围过去 30 年来均显著增加89；赤潮原因种亦发生了明显的演变，从 2000 年之前的蓝藻门铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）转变为20012010 年期间的蓝藻、甲藻和硅藻共存，再到20112019 年的球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）8。然而，2021 年 2 月 14 日在北部湾海域首次暴发了面积高达 6 400 km2的大规模夜光藻赤潮，HY-1C/1D 卫星海岸带成像仪图像显示赤潮持续了 4 d，集中暴发区位于涠洲岛西南部海域（20.421.3N，107.9108.8E），距离涠洲岛约 31 km，夜光藻密度为 3.2105cells/L，目前本次赤潮未报道对近岸生产生活产生破坏的情况1012。浮游植物和细菌在夜光藻赤潮暴发过程中扮演着重要的作用，可提供所需的食物来源、参与赤潮消亡和生物化学地球循环等过程1314。环境因子如温度、营养盐和水流则是夜光藻种群数量变化的主要影响因素，其在不同水域具有各自的特点1516。目前，全球对有害藻华期间浮游植物和细菌群落及环境因子特征进行了大量研究，但在北部湾海域的相关研究仍非常有限。直到最近，因球形棕囊藻赤潮在北部湾反复暴发，人们才开始关注与该地区球形棕囊藻赤潮暴发密切相关的海洋微生物和浮游植物群落1718。2021 年 2 月暴发的特大规模夜光藻赤潮是北部湾海域新近发生的突出的海洋环境问题，对暴发期间的环境因素、浮游植物和细菌群落特点，以及它们与过去球形棕囊藻赤潮的区别仍不清楚。因此，为了解此次大规模赤潮暴发期间的环境因子状况、夜光藻种类归属及浮游植物和细菌群落特征，我们在夜光藻暴发时的涠洲岛西部海域，采集现场海水样品，对水体中的环境因子、浮游植物组成、夜光藻的 ITS 序列及细菌群落的 16S rRNA 基因序列进行了研究，结果可为明确北部湾大规模夜光藻赤潮暴发期间的环境特征、微生物组成及海洋生态保护提供科学依据。2材料与方法 2.1 采样站位HY-1C/1D 卫星海岸带成像仪图像显示 2021 年2 月 14 日在北部湾海域首次暴发了面积高达 6 400 km2的大规模夜光藻赤潮，集中暴发区位于涠洲岛西南部海域10,12。2 月 21 日我们在涠洲岛西部、西南部和西北部现场调研的时候，仍发现大量粉色水体，因此2 月 21 日在涠洲岛上述海域的 6 个站位分别采集了海水样品，对环境因子、浮游植物（1 000 mL）和细菌群落（500 mL）进行分析（图 1）。现场观察到水体呈粉红色（图 2），结合海水样品的显微镜观察，可确定该赤潮原因种为红色异养型夜光藻。10913 E10906108590510 kmS2S1N斜阳岛涠洲岛S3S5S6S42104N2057图 1 采样站位Fig.1 The location of sampling stations 图 2 涠洲岛西部海域夜光藻赤潮现场图Fig.2 The Noctiluca scintillans bloom in the western watersof Weizhou Island 2.2 环境因子测定NO2NO3NH+4PO34调查项目包括 pH、盐度、化学需氧量（COD）、溶解氧（DO）浓度、亚硝酸盐（-N）浓度、硝酸盐（-N）浓度、氨盐（-N）浓度、活性磷酸盐（-40海洋学报 45 卷 PO34NO2NO3NH+4P）浓度、叶绿素 a（Chl a）浓度、总氮（TN）浓度、总磷（TP）浓度。样品的采集、运输、贮存及分析均严格参照海洋监测规范（GB/T 173782007）19进行，具体分析方法为：pH、盐度、DO 浓度分别采用 pH 计、盐度计、碘量法进行现场测定，COD、-P 浓度、Chl a浓度的分析方法分别为碱性高锰酸钾法、磷钼蓝分光光度法、分光光度法；-N 浓度、-N 浓度、-N 浓度测定分别采用萘乙二胺分光光度法、镉柱还原法、次溴酸盐氧化法；TN 浓度和 TP 浓度测定采用过硫酸钾氧化法。采用富营养化指数法（E）对海水水质进行分析评价，计算公式如下：E=化学需氧量无机氮活性磷酸盐4 500106,（1）NO2NO3NH+4式中，E 为富营养化指数，E 值越大，富营养化越严重；无机氮（DIN）浓度为-N、-N、-N 三者浓度之和，单位均为 mg/L。根据近岸海域环境监测规范（HJ 4422008）20，参照 E 值可将海水水质营养状况分成 5 类：当 E1 时，海水处于贫营养化；当 E1 时，海水达到富营养化，其中 1E2 为轻度富营养化，2E5 为中度富营养化，5E15 为重富营养化，E15 为严重度富营养化。PO34SiO23浮游植物在生长过程中需要吸收一定比例的生源要素，以 DIN 浓度为 1 mol/L（0.014 mg/L），-P浓 度 为 0.1 mol/L（0.003 1 mg/L），-Si 浓 度 为2 mol/L（0.056 mg/L）作为最低阈值，当海水中的某种营养盐浓度低于相应的最低阈值时，表明该种营养盐为绝对限制因子2122；而当海水中的某种营养盐含量高于最低阈值时，则根据 Justi等23建立的浮游植物对不同营养盐吸收的化学计量关系（摩尔比）评估其潜在限制情况：（a）潜在 N 限制，N/P1；（b）潜在 P 限制，N/P22、Si/P22；（c）潜在 Si 限制，Si/P10、Si/N6 mg/L，COD2 mg/L，DIN 浓度0.2 mg/L，-P 浓度0.015 mg/L。富营养化指数变化范围为0.0090.140，均小于 1，表明研究区域属于贫营养化状态。S1S6 站位的 DIN 浓度均高于 0.014 mg/L，不存在绝对 N 限制；但除了 S1 站外，其余 S2S6 站位的-P 浓度均低于 0.003 1 mg/L，处于绝对 P 限制。S1站位 N/P 摩尔比为 39.5，虽然本研究未测量硅酸盐浓度，但由于 N/P 大于潜在 P 限制标准（N/P22，Si/P22）23，S1 站位很可能存在潜在 P 限制。因此，本次采样时夜光藻赤潮发生海域主要为绝对 P 限制。3.2 浮游植物群落结构 3.2.1 浮游植物组成与密度在北部湾特大规模夜光藻赤潮期间从涠洲岛西部海域 S1 和 S3 站位鉴定出浮游植物 2 门 5 属 5 种（表 2），具体有甲藻门的夜光藻属夜光藻、扁甲藻属钟扁甲藻（Pyrophacus horologicum）、角藻属叉角藻（Ceratium furca）和硅藻门的盒形藻属异角盒形藻（Biddulphia heteroceros）、海 线 藻 属 菱 形 海 线 藻（Thalassionema nitzschioides