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硅藻门休眠孢子（cysts）群落的研究结合显微观察与18S rRNA基因代谢标记法，在台湾海峡表层沉积物中鉴定出86种孢子（54属15目），揭示陆源营养输入（DIN, DSi, TOC）与盐度显著相关，证明孢子群落可作为沿海富营养化的可靠生物指标。40种为有害藻华（HAB）优势物种，其浓度在主要河流入海口最高，提示未来HAB风险可能增加。
王照辉|林兰平|肖浩翔|张曼曼|张云宁|顾俊宁|肖丽娟
济南大学生命科学与技术学院，中国广州510632
摘要：
甲藻孢囊在藻华的引发和消退过程中起着关键作用。在这项研究中，我们采用了一种结合显微镜观察和18S rRNA基因宏条形码分析的方法，来分析中国东南部受藻华影响频繁的台湾海峡表层沉积物中的甲藻孢囊群落。这种综合策略显著提高了分类学分辨率，共鉴定出86种甲藻，属于54个属和15个目。我们通过用宏条形码数据补充形态学上难以识别的分类单元（如Biecheleria和Azadinium），并通过显微镜观察验证定量值，构建了一个相互补充的数据集。宏条形码分析检测到71个物种，而显微镜仅识别出35个分类单元，两种数据集之间仅有12个物种和10个属重叠。值得注意的是，这些共享的属占据了总丰度的绝大部分。孢囊群落主要受物理化学因素的影响，与陆地营养物质输入（如DIN、DSi、TOC）呈强正相关，与盐度呈负相关，从而突显了孢囊记录作为沿海富营养化可靠指标的重要性。此外，记录的物种中有40种是已知的藻华形成者，其中大多数能够产生孢囊，且孢囊浓度最高出现在主要河口附近。与代谢活跃的细胞相比，沉积物中的孢囊受到的环境驱动因素不同，这凸显了这两种方法所提供的互补生态学见解。这些发现反映了该地区富营养化和藻华的历史模式，并暗示未来有害藻华的风险可能增加。
引言
甲藻是海洋微藻中的主要群体，是许多有害藻华（HAB）物种的来源（Lundholm等人，2009年及以后）。许多甲藻的一个关键适应性特征是形成休眠孢囊，这些孢囊会沉降到海底沉积物中（Bravo和Figueroa，2014年）。孢囊具有抗性壁，使其能够存活数十年甚至一个世纪（Hu等人，2022年）。Deng等人（2025年）通过宏转录组分析证实了这种长期生存所需的代谢活动。当孢囊萌发时，会释放大量营养细胞到水中，直接引发藻华（Bravo和Figueroa，2014年）。因此，孢囊被广泛认为是藻华的“种子库”（Smayda等人，2003年；Anderson等人，2014年），其形成和萌发对藻华事件的开始和结束至关重要（Azanza等人，2018年；Kim等人，2020年；Castaneda-Quezada等人，2021年）。此外，有毒甲藻物种的孢囊还会导致底栖生物中藻毒素的积累（Neves等人，2015年）。尽管仅在大约20%的甲藻物种中确认了孢囊形成现象，但这一群体包括许多有害藻华形成者，如Alexandrium catenella/tamarense、Lingulaulax polyedra、Gymnodinium catenatum和Ostreopsis cf. ovata（Tang和Gobler，2015年；Liu等人，2020c；Roselli等人，2020年；Mohamed等人，2025年）。因此，研究孢囊的分布对于重建历史上的藻华和有毒事件以及预测未来的藻华爆发具有不可估量的价值（Joyce等人，2005年；Dai等人，2020年；Sidabutar和Srimariana，2021年；Wang等人，2022年）。
传统的甲藻孢囊鉴定方法依赖于显微镜观察，这一过程需要专门的分类学知识来区分不同分类单元之间的细微形态差异（Mohamed和Al-Shehri，2011年；Shang等人，2019年）。一个重要的挑战是缺乏将孢囊形态与其营养细胞形态联系起来的知识（Matsuoka和Fukuyo，2000年；Tang等人，2021年）。这些固有的局限性使得误鉴成为常见风险（Shang等人，2019年）。相比之下，利用高通量测序（HTS）的宏条形码技术简化了微生物的鉴定（Gran-Stadnicze?ko等人，2019年）。这种方法特别适用于单细胞微藻，因为它们通常具有较少的区分特征（Vaulot等人，1989年）和复杂的生命周期（Von Dassow和Montresor，2011年）。因此，宏条形码技术越来越多地被用于研究浮游植物的休眠阶段的多样性和分布，包括甲藻孢囊（例如Dzhembekova等人，2020年；Liu等人，2020a；Re?é等人，2024年；Wang等人，2025年），以及探索孢囊群落与未来藻华之间的相关性（Roux等人，2023年）。然而，宏条形码的准确性可能会受到基因拷贝数种间差异、引物偏倚和不完整参考数据库等因素的影响，这些因素可能阻碍物种水平的鉴定并扭曲自然环境中休眠阶段的真实组成（Zhu等人，2005年；Ouyang等人，2024年）。鉴于每种技术的互补优势和劣势，将显微镜观察与宏条形码技术相结合，是获得甲藻孢囊多样性和分布全面理解的最可靠策略。
台湾海峡位于福建省和台湾岛之间，是一个连接东海和南海的过渡性亚热带季风区。该地区受到复杂的水文特征影响，包括上升流、沿海电流、淡水羽流和季风驱动的流动（Hong等人，2011年）。这里是众所周知的藻华热点区域，主要由Gymnodinium catenatum、Karenia mikimotoi和Prorocentrum donghaiense等甲藻引起（Tsai等人，2018年；Zhang等人，2020年；Gu等人，2022a）。以往对海峡中甲藻孢囊的研究主要集中在三沙湾、厦门湾和闽江口等沿海地区（例如Li等人，2003年；Fang等人，2003年，2004年）。例如，Liu等人（2021年）将Alexandrium pacificum的孢囊分布与其在水柱中的营养细胞动态和藻华模式联系起来。然而，这些先前研究的一个显著局限性是它们依赖于显微镜分析，这种方法容易遗漏形态模糊或孢囊较小的分类单元，这些孢囊在样品处理过程中可能会丢失。
本研究采用显微镜观察和宏条形码相结合的方法，分析了台湾海峡表层沉积物中的甲藻孢囊群落。研究目的包括：（1）利用这些互补技术表征孢囊的多样性和分布；（2）鉴定有害藻华（HAB）物种并描绘其空间模式；（3）根据孢囊群落数据评估未来HAB发生的潜在风险。
样本采集
台湾海峡是中国藻华频繁发生的区域，春季是藻华的高峰期（Zhang等人，2020年；Gu等人，2022a）。因此，我们在春季藻华高峰期进行了实地调查。2022年4月21日至26日期间，对台湾海峡的16个站点采集了表层沉积物样本，涵盖了4个横断面（TS0、TS1、TS2、TS4）和一个纵向剖面（TSC；见图1）。每个站点采集了三次表层沉积物样本。
显微镜分析揭示的孢囊群落
对沉积物样本的显微镜观察发现了35个孢囊分类单元，属于14个属，分类分布在5个目中：Peridiniales（20个分类单元）、Gonyaulacales（7个分类单元）、Gymnodiniales（4个分类单元）、Thoracosphaerales（3个分类单元）和Suessiales（1个分类单元）（表S2）。各站点的物种丰富度从4到15个分类单元不等（平均值：10个分类单元；图2A）。孢囊的总丰度在各站点之间差异很大（313-8,430个孢囊/克干重；平均值：2,636个孢囊/克干重），最高浓度出现在...
台湾海峡表层沉积物中的甲藻孢囊群落
宏条形码分析显示，在底栖和浮游数据集中，甲藻占藻类序列的80%以上。这种显著的代表性可能反映了基于rRNA基因的高通量测序方法本身的局限性，包括PCR扩增效率的变化、rRNA基因拷贝数的差异（已知甲藻的拷贝数远高于其他微藻）以及引物特异性（Zhu等人，2005年；Ouyang等人，2024年）。
结论
显微镜观察和DNA宏条形码技术的协同应用提供了对台湾海峡沉积物中甲藻孢囊群落的全面评估。宏条形码技术显著提高了物种丰富度的检测能力，尤其是对于小型和形态隐秘的孢囊。两种方法得出的群落特征一致，共享的属在数量上占主导地位，这证实了综合方法对于全面理解孢囊多样性至关重要。
CRediT作者贡献声明
王照辉：撰写初稿、获取资金、概念构思。肖浩翔：数据管理。林兰平：撰写初稿、数据管理。张云宁：数据管理。张曼曼：数据管理。肖丽娟：撰写、审稿与编辑、概念构思。顾俊宁：数据管理
未引用参考文献
Casta?eda-Quezada等人，2021年；Matsuoka等人，2006年；Smayda和Reynolds，2003年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
数据可用性
本研究的所有原始序列已存放在国家生物技术信息中心（NCBI）的序列读取档案（SRA）中，BioProject代码为PRJNA1278962。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42576227）的支持。数据和样本是在R/V “Haijian 203”号船上收集的，该船执行了由NSFC资助的开放研究巡航NORC2022-04项目（项目编号：42149904）。
