智利巴塔哥尼亚峡湾中，在Heterosigma akashiwo和Alexandrium catenella大量繁殖期间，沿海海水中的微生物群落

有害藻华微生物群落结构及关键物种研究

　　

作者名单：周彦荣、克里斯托瓦尔·A·冈萨雷斯（Cristobal A. González）、哈维拉·曼基安（Javiera Manquian）、卡伦·韦加拉（Karen Vergara）、贡萨洛·加贾多（Gonzalo Gajardo）、莱昂纳多·古兹曼（Leonardo Guzmán）、奥斯卡·埃斯皮诺萨-冈萨雷斯（Oscar Espinoza-González）、帕梅拉·卡博内尔（Pamela Carbonell）、卡洛斯·里克尔梅（Carlos Riquelme）、上池翔子（Shoko Ueki）、长井聪（Satoshi Nagai）、藤吉宗（So Fujiyoshi）、丸山文人（Fumito Maruyama）、柳水京子（Kyoko Yarimizu）、伊沙拉·乌哈尼埃·佩雷拉（Ishara Uhanie Perera）、雅克琳·J·阿库尼亚（Jacquelinne J. Acu?a）、张倩（Qian Zhang）、米尔科·A·霍尔克雷拉（Milko A. Jorquera） 福建省海岸生态与环境研究重点实验室，厦门大学，中国厦门361102

摘要

有害藻华（HABs）在智利沿海是反复出现的现象，其中自由生活的微生物群落及其相关微生物（统称为HAB全生物群）在有害藻华的发生、监测和预测中可能起着关键作用。本研究通过显微镜观察和rRNA宏条形码测序技术，调查了智利巴塔哥尼亚峡湾中Heterosigma akashiwo和Alexandrium catenella藻华期间相关的微生物群落。显微镜观察结果显示，H. akashiwo和A. catenella细胞分别与丰富的硅藻（Skeletonema）和有壳甲藻（Thalassiosira和Leptocylindrus）以及甲藻（Heterocapsa）共存。基于16S rRNA和18S rRNA的宏条形码测序结果表明，不同藻华期间以及不同海水粒径（1 μm和0.2 μm）下的微生物群落在丰富度、多样性和分类结构上存在显著差异。在18S rRNA分析中，H. akashiwo藻华主要由真核生物门鞭毛藻纲（Stramenopiles）、甲藻目（Raphidophyceae_X）和Heterosigma主导；而A. catenella藻华则主要由真核生物门泡囊藻门（Alveolata）和原生生物门Syndiniales（Dino-Group-I）在门、目和属水平上主导。在两种藻华及两种海水粒径的样本中，变形菌门（Proteobacteria，如Rhodobacteriales）、拟杆菌门（Bacteroidota，如Flavobacteriales）和蓝细菌门（Cyanobacteria，如Synechococcales）也是主要微生物类群。研究还表明，两种藻华中的16S rRNA和18S rRNA微生物群落之间存在高度且差异化的相互作用，其中细菌Blastopirellula和甲藻Dino-Group-I-Clade-1是A. catenella藻华中的关键物种。

引言

智利是全球知名的鲑鱼和非养殖贻贝生产国，其大部分养殖中心位于生态敏感的巴塔哥尼亚地区（Bravo等人，2023年）。鲑鱼养殖通过释放营养物质导致水体富营养化，这是引发有害藻华（HABs）的因素之一（Qui?ones等人，2019年）。有害藻华是特定区域反复发生的自然现象，其特征是可能对人类有害的浮游植物的大量繁殖，同时影响生态系统服务供给（Sellner等人，2003年）以及智利巴塔哥尼亚地区人类居民的生计（Chávez等人，2019年；Barría等人，2022年）。由于极端气候事件、富营养化和海水升温，该地区曾发生过严重的有害藻华（所谓的“超级藻华”），导致养殖的鲑鱼和贝类死亡，例如2016年与极端厄尔尼诺现象相关的事件。根据气候预测，此类事件的强度和频率预计将增加（Soto等人，2019年；Mardones等人，2022年；Díaz和Figueroa，2023年）。因此，有必要监测并预测智利巴塔哥尼亚地区有害藻华的发生及其影响，特别是需要制定基于科学的有效法规、建立监测网络并开发预测模型以减轻其影响（Franks，2018年；Sandoval等人，2018年）。 就智利巴塔哥尼亚地区有害藻华的致病物种而言，峡湾系统由于近期及未来可能持续的气候条件，为有害藻华的发展提供了理想的环境（Mardones等人，2023年）。Alexandrium catenella是一种典型的有毒甲藻（Crawford等人，2021年），在巴塔哥尼亚峡湾及其他地区会大量繁殖。该物种能够适应海水物理化学性质的时空变化（如pCO₂/pH值），在受气候影响的峡湾环境中表现出较强的适应性（Mardones等人，2017年）。Heterosigma akashiwo也是巴塔哥尼亚峡湾中常见的浮游植物，其在藻华期间会导致鲑鱼和双壳类动物大量死亡（Flores-Le?ero等人，2022年；Díaz和álvarez，2023年）。研究表明，气候变化和局部水动力变化（如盐度波动和亚南极深水上升）也可能促进H. akashiwo在巴塔哥尼亚峡湾的大量繁殖（Díaz等人，2023年）。Mardones等人（2023年）最近在Comahue峡湾的研究也证实，该地区的极端气候事件（如严重干旱、降雨量减少、持续的高表层水温及富营养化）促进了有害藻华的发展和持续。在这种情况下，有害藻华物种（如A. catenella和H. akashiwo）相比其他浮游植物（如硅藻）更具优势，可能导致智利巴塔哥尼亚峡湾和河口的藻华更加频繁。 尽管传统上认为气候事件和海水物理化学性质是智利沿海有害藻华的主要驱动因素，但实际上还有生物因素（如共生和拮抗关系的浮游植物-细菌相互作用以及自由生活的细菌）也会影响有害藻华的发生（Gajardo等人，2023年；Kim等人，2024年）。最近的研究表明，海洋微生物组可能是预测浮游植物动态的潜在指标（Mudge等人，2025年）。因此，“有害藻华全生物组”（有害藻华物种及其相关微生物群）的概念被越来越多地用作监测和预测智利沿海水域中有毒有害藻华发生的可靠工具（Fujiyoshi等人，2023a；Gajardo等人，2023年）。此外，溶解氧浓度和叶绿素-a含量与附着细菌和自由生活细菌均有关联，这表明这两类细菌与有害藻华物种的相互作用机制不同（Fujiyoshi等人，2023a）。最近的研究通过实验室培养和两年实地监测发现A. catenella与属于Spongiibacteraceae科的细菌之间存在互惠关系（Yarimizu等人，2024年）。同时，基于实证动态模型的研究也表明，有毒硅藻Pseudo–nitzschia与甲藻Ceratium及硅藻Leptocylindrus之间存在因果关系（Perera等人，2025年）。尽管取得了这些进展，智利巴塔哥尼亚地区有害藻华全生物组的组成和动态仍不甚清楚，这限制了我们预测藻华事件及其对鲑鱼养殖业和峡湾生态系统影响的能力。 本研究旨在表征智利巴塔哥尼亚峡湾中Heterosigma akashiwo和Alexandrium catenella藻华期间，包括浮游植物、附着细菌和自由生活细菌在内的微生物群落的结构和组成。我们的目标是深入理解有害藻华期间的微生物相互作用，为这些脆弱生态系统的未来预测和管理策略提供支持。

地点和采样

本研究的海水样本采集和分析遵循了Yarimizu等人（2020年、2021年）制定的标准化方案，在2021年的H. akashiwo藻华期间采集了Comau峡湾（42°22’10” S, 72°27’18” W）和2022年的A. catenella藻华期间采集了Quitralco河口（45°48’01” S, 73°29’35” W）的海水样本（图1）。海水样本在10米深度处用直径10厘米的吸管采集，并收集到塑料篮中，直至体积约为5升。每次采样时...

沿海海水的物理化学性质

研究结果显示，H. akashiwo和A. catenella藻华期间海水的某些物理化学性质（如盐度、荧光强度、溶解氧浓度和密度）没有显著差异（p>0.05）（表1）。然而，在A. catenella藻华期间，海水中的营养物质浓度显著较高（NO₂为0.4 μM、NO₃为22 μM、PO₄^3–为1 μM、SiO₄^3–为27 μM）。

讨论

有害藻华事件反映了气候变化和人为干扰（如富营养化）的影响，在智利巴塔哥尼亚地区具有重要的社会经济、水产养殖、人类健康和生态系统意义（Díaz和álvarez，2023年）。尽管政府机构和相关行业持续监测水质、浮游植物组成和浓度，但迄今为止对影响有害藻华的生物因素的关注仍不足...

结论

本研究证实了自由生活细菌和附着在藻类上的细菌作为浮游植物动态潜在生物标志物的重要性。显微镜数据和rRNA宏条形码测序结果显示，H. akashiwo和A. catenella藻华期间的微生物群落存在明显差异。这两种藻华还伴随着更多的硅藻和甲藻。宏条形码测序技术不仅揭示了微生物群落在丰富度和多样性上的差异...

作者贡献声明

雅克琳·J·阿库尼亚（Jacquelinne J. Acu?a）：撰写、审稿与编辑、项目监督、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。 贡萨洛·加贾多（Gonzalo Gajardo）：撰写、审稿与编辑、项目监督、研究实施、资金获取、数据分析、概念构建。 张倩（Qian Zhang）：撰写初稿、项目监督、方法学设计、研究实施、数据管理、概念构建。 莱昂纳多·古兹曼（Leonardo Guzmán）：撰写、审稿与编辑、方法学设计...

<未引用参考文献>

数据可用性

DNA宏条形码分析的原始序列数据已存放在美国国家生物技术信息中心（NCBI）的Sequence Read Archive（SRA）中，访问号为PRJNA1223860。

资助信息

本研究得到了“可持续发展科学技术研究伙伴关系”（SATREPS）以及日本JICA和JST的支持，项目代码为JPMJSA1705。周彦荣和张倩感谢中国国家自然科学基金（项目编号42077386）、福建省自然科学基金（项目编号2023J01042）以及福建省创新创业计划的资助。作者们也感谢其他机构的财政支持...

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作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

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作者感谢编辑和两位匿名审稿人的批评意见和宝贵建议，这些意见提高了本文的质量。