黄海绿潮暴发早期优势种群演替规律及演替机制研究

The world’s largest green tide, which was mainly caused by Ulva prolifera, occurred annually from 2007 to 2014 along the coast of the southern Yellow Sea in China, where they negatively affect the ecology and economy of coastal environments. During the early blooming process of the green tides in the Yellow Sea, we found that the Ulva species composition and the type of the dominant species were different every year. The mechanism of the population succession of the Ulva macroalgae is still unclear. Therefore, in this project, this phenomenon will be revealed using the method of Ulva identify technique. Through the analysis of Ulva macroalgal adaptation and transcriptome sequencing expressed map, the ecological and molecular mechanism of population succession of the green tide algae in the Southern Yellow Sea will be exclaimed. Beside, to explore the variation of the dominant species Ulva prolifera between the two subtypes, we will conduct the hybrid experiment and genetic relationship analysis, the results will further reveal the blooming mechanism of the green tide in the Yellow Sea. The conduction of this proposal will supply scientific data to interpret the cause of the macroalgae blooms, and supply scientific methods to forecast the occurrence, scale and biomass of green macroalgal blooms in the Yellow Sea.

我们在长期监测黄海绿潮早期暴发过程中，发现漂浮绿潮藻种类逐年发生变化，且优势种浒苔的生态型也逐渐发生变化，这种演替机制以及生态隐患还不清楚。为此，本项目采用我国南黄海绿潮藻主要种类分子鉴定技术，查明南黄海绿潮藻主要种类及优势种浒苔生态亚型演替规律；开展南黄海绿潮藻主要种类生态适应性及转录组基因表达图谱分析，阐明南黄海绿潮藻主要种类演替生态及分子机制；并通过种间杂交实验及亲缘关系分析，探明我国黄海绿潮暴发优势种浒苔不同生态亚型转变趋势，为进一步深入揭示我国黄海绿潮暴发机制提供参考和证据。本项目的研究将为阐明我国黄海绿潮动态演变规律提供基础，为解译黄海绿潮发生过程和制定科学监控措施提供科学依据。

针对黄海绿潮连续13年大规模暴发，严重影响我国近海生态安全。本项目通过近10年的跟踪监测，发现扁浒苔是最早出现在南黄海早期漂浮绿潮的藻种，紧接着出现曲浒苔和缘管浒苔，最后才出现浒苔，且浒苔生物量不断增大，并成为最终漂浮至青岛的大规模暴发绿潮的主要优势藻种。2012年-2019年，扁浒苔和缘管浒苔数量减少，甚至完全消失于2013-2014年的南黄海早期漂浮绿潮中。浒苔自2012年开始，成为了最早出现的早期漂浮绿潮藻，且贯穿于整个早期漂浮绿潮藻的发生过程中。此外，2008-2015年，5S-I型浒苔数量由100%降低至0%，5S-II型浒苔数量则呈增长趋势，由0%增加至100%，2016-2019年，浒苔5S-I型保持在较低比例存在。.本项目研究了温度和光照强度对扁浒苔、浒苔、曲浒苔和缘管浒苔小苗与成体生长的影响。结果显示，扁浒苔为低温种，最适生长温度为10℃；曲浒苔为高温种，最适生长温度为25 ℃，但不耐高光强；缘管浒苔最适生长温度为20℃，也不耐高光强（最适光强为100-200μmolm-2s-1）；而浒苔耐高温、耐高光强特性最强，在20-30℃高温下、300-600μmolm-2s-1高光强下仍可以快速生长。通过对浒苔、扁浒苔、缘管浒苔及曲浒苔转录组研究，我们各获得Unigene 数109239个、92790个、101056个、85570个；代谢通路中，4种绿潮藻都具有完整的C4途径，说明了绿潮藻拥有极高的光合作用效率。差异基因量显示，相比于光照影响，绿潮藻对温度变化更为敏感；突出的胁迫基因主要与光合作用，抗氧化作用，光保护等相关。.本项目在国内首次建立了浒苔生活史类型鉴定与杂交技术。结果分析发现，日本浒苔AB298639.1与浒苔AB624461.1-QD2008进行杂交测试，既能正交也能进行反交，说明两者不存在因地理隔离而出现的生殖隔离。同时，我们发现浒苔可与缘管浒苔进行部分杂交，显示二者存在部分生殖隔离。总体说明黄海绿潮浒苔分子序列有进一步演变的趋势，浒苔种群内杂交是导致亚种演替的关键途径。