基于分子探针技术的复合型凯伦藻赤潮种群特征及其互作机制研究

In recent years, harmful algal blooms caused by Karenia species occurred frequently in China, especially in the coastal areas of Zhejiang province and Fujian province, leading to severe economic loss in the fishery industry and also posing a toxic effect on seafood and human health. Usually, the bloom was caused by mono-species in a Karenia bloom; however recent studies suggested that multiple Karenia species were presented in a single bloom. In China coastal waters, we also observed that multi-species of the Karenia genus (K. mikimotoi, K. selliformis, K. papilionacae, and K. longicanalis) were co-occurred in a Karenia bloom in 2016, Hong Kong and another bloom in 2018, Fujian province. The proposal here was aimed to develop a molecular assay for the accurate identification and quantification of Karenia species in Chinese coastal waters, and to study the population composition, variation, succession of Karenia species during a bloom, meanwhile, their relationships with environmental variables will also be analyzed. Interspecific competition between Karenia species and their toxicity on typical marine organisms (Brachionus plicatilis, Artemia salina, Haliotis discus hannai, and Oryzias melastigma) would be studied in lab. The study will provide important information and detection method for prevention and management of the harmful algal blooms.

凯伦藻不仅是世界上最主要的有害赤潮生物之一，也是我国致灾最严重的有害藻类之一。最新研究发现，凯伦藻赤潮常由多种凯伦藻属种类形成复合型赤潮，本项目申请人在前期研究中发现，中国近海最近的几次凯伦藻赤潮也存在这一现象。鉴于凯伦藻种间相似度极高，即便专业分类人员也很难对赤潮样品尤其是固定样品进行准确的种类鉴定，本项目拟对我国海域的4种凯伦藻（K. mikimotoi、K. selliformis、K. papilionacae和K. longicanalis）建立特异性分子探针检测技术，以此为手段开展凯伦藻种群的组成、时空分布、演替规律、以及与环境因素的相关关系研究；同时，在实验室内进行凯伦藻种间相互关系和毒性效应研究，探究凯伦藻种间互作机制。本研究可系统揭示凯伦藻赤潮的种群结构特征和竞争关系，为复合型赤潮的发生机制研究提供理论基础。

自20世纪90年代，我国沿岸逐渐成为凯伦藻藻华的重灾区。中国近海最近的几次凯伦藻赤潮为多凯伦藻肇事种混合赤潮，但凯伦藻种间相似度极高，即便专业分类人员也很难对其准确鉴定，从而无法深入探究这一新型赤潮的形成机制和致灾机理。本项目以在我国沿海新分离的Karenia mikimotoi、Karenia selliformis、Karenia papilionacae和Karenia longicanalis为研究对象，建立种特异性的qPCR检测方法；系统研究了凯伦藻复合种群的种间关系、溶血活性和急性毒性效应；分析了凯伦藻复合种群多样性和演替规律及与环境因子的关系。研究结果表明：.1）4种凯伦藻的生长周期特征不同，凯伦藻混合种类增多，藻细胞生长越受抑制。两两混合组增长速率大于纯种培养，三种凯伦藻和四种凯伦藻混合培养组的三种混合组和四种混合组的生长均受到抑制。2）4种凯伦藻对卤虫均具有强毒性，随着混合种类的增加，凯伦藻藻液对卤虫毒性呈现减弱趋势。4种凯伦藻中，鞍形凯伦藻对海洋青鳉鱼幼鱼的毒性最强。其他3种凯伦藻分别与鞍形凯伦藻混合培养后对幼鱼的毒性均强于其单种藻液。凯伦藻通过抑制青鳉鱼组织抗氧化酶活性，破坏鳃和肠组织结构从而导致鱼死亡。3）建立了K. selliformis、K. papilionaca和K. longicanalis的特异性qPCR检测方法，对夏季珠江口海域表层海水样品中的3种目标凯伦藻进行检测。鞍形凯伦藻仅在一个站位中检测出，蝶形凯伦藻在多数站位中检出（丰度均值为163 cells/L），长沟凯伦藻在大部分站位中均检出（高值为29 cells/L）。与高通量测序技术结果相比，qPCR方法能在高通量检出站位外的更多站位中检测到目标凯伦藻，表明该方法具有较高特异性。4）调查了南海海域凯伦藻的多样性，2020年秋深圳海域浮游植物样品中，卡尔藻（Karlodinium spp.）为优势种（优势度为0.0295），2021年春季的样品中，塔卡藻（Takayama spp.）为优势种（优势度达为0.0499）；2020年7月珠江口浮游植物样品中，凯伦藻科种类OTU在每个站位均检出，占比为0.1%~3.8%。5）对3起凯伦藻赤潮进行跟踪，分离获得2个凯伦藻新种及其它已报导凯伦藻，进一步验证了我国近海海域的凯伦藻赤潮常为该属甚至该科种类的混合型赤潮。