廣東沿海洛氏角毛藻復合群物種多樣性的探究

翟夢怡 朱素英 陳作藝 李 揚

(華南師范大學生命科學學院, 廣州市亞熱帶生物多樣性與環境生物監測重點實驗室, 廣東省水產健康安全養殖重點實驗室, 廣州 510631)

廣東沿海洛氏角毛藻復合群物種多樣性的探究

翟夢怡 朱素英 陳作藝 李 揚

(華南師范大學生命科學學院, 廣州市亞熱帶生物多樣性與環境生物監測重點實驗室, 廣東省水產健康安全養殖重點實驗室, 廣州 510631)

為了澄清洛氏角毛藻復合群的物種多樣性, 并明確洛氏角毛藻和并基角毛藻的種間界限, 文章以廣東沿海為例, 建立了洛氏角毛藻復合群的22個單克隆培養株系, 利用光學顯微鏡和電子顯微鏡技術, 開展了基于生活史的連續形態學觀察; 結合基于核糖體大亞基編碼基因D1-D3區序列的分子系統學分析。結果表明: 文章支持近年研究的觀點, 認為“角毛基部并行融合”不是穩定特征, 不宜繼續作為并基角毛藻的標志特征; 發現洛氏角毛藻形態相似藻株聚類在2個分支上, 確認了洛氏角毛藻確實存在隱藏的物種多樣性。其中一類與目前認知的洛氏角毛藻最為接近, 而另一類在角毛孔紋、休眠孢子上存在明顯區別。經過對洛氏角毛藻歷史文獻的對比研究, 發現洛氏角毛藻的物種界定存在混亂和模糊的情況, 如休眠孢子形態, 及其初生殼面是否具有二叉狀分布結構等, 均存在相互矛盾或不一致的歷史報道。

洛氏角毛藻; 并基角毛藻; 物種多樣性; 休眠孢子; 廣東沿海

角毛藻屬(ChaetocerosEhrenberg)是硅藻門中物種多樣性最為豐富的大屬之一, 是浮游植物的重要組成[1,2]。洛氏角毛藻復合群(Chaetoceros lorenzianuscomplex)是指具有與洛氏角毛藻相似形態學特征的物種集合, 它是角毛藻屬的典型類群, 廣泛分布于全球近岸水域[2,3]。該復合群的共享特征有:(1)直鏈狀群體; (2)色素體多數; (3)角毛硬且直, 基本分布在同一平面上; (4)鏈端角毛異與鏈中角毛。目前該復合群包含3個物種: 洛氏角毛藻(C. lorenzianusGrunow)、并基角毛藻(C. decipiensCleve)和密特拉角毛藻(C. mitra(Bailey) Cleve)。

該復合群的3個物種之間存在較多相似特征,易出現混淆鑒定的情況。其中密特拉角毛藻因為具有相對柔軟、延伸不規則的角毛, 而較易區分于其他2個物種。洛氏角毛藻和并基角毛藻則因具有更多相似特征而難以區分, 因此存在較多分類學爭議, 它們也正是該復合群物種多樣性研究的焦點所在。在以往的認知中, 洛氏角毛藻和并基角毛藻之間的關鍵區別是: (1)洛氏角毛藻的“相鄰角毛基部不具有并行融合”, 而并基角毛藻則具有此類典型特征; (2)前者具有二叉分支結構的休眠孢子, 而后者未見休眠孢子的報道。其中, 硅藻學家對于“相鄰角毛基部并行融合”的認可和應用最為廣泛, 該特征被認為是并基角毛藻的標志特征, 并區別于其他相似物種[2—7]。然而, 近年來有學者對這一特征進行了針對性研究, 發現了更為有趣的現象。陳作藝等[8]在基于并基角毛藻單克隆培養株系的形態學和分類學研究中, 結合形態學和分子生物學數據,發現“相鄰角毛基部并行融合”并不是一個穩定特征, 認為其不能作為并基角毛藻的專屬特征。該研究基本廓清了并基角毛藻的形態特征, 但同時也模糊了洛氏角毛藻與并基角毛藻之間的種間界限。另一方面, 該研究還認為目前認知的洛氏角毛藻和并基角毛藻均存在遺傳多樣性, 推測有物種多樣性未被報道。基于上述原因, 本文選擇廣東沿海作為示范海域, 開展洛氏角毛藻復合群物種多樣性的初步探究。需要說明的是, 由于密特拉角毛藻是典型冷水種, 目前僅報道于高緯度海區[2], 而本文的研究海域設置在廣東沿海, 因此本文暫不涉及密特拉角毛藻, 研究重點聚焦于洛氏角毛藻和并基角毛藻。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

于2011—2016年在廣東沿海進行活體樣品的持續性采樣, 樣品采集的代表海域主要有汕頭、深圳、香港、珠海和湛江。利用浮游植物網(孔徑10 μm)進行水平拖網, 并盡快帶回實驗室。采集樣品時同步測定水溫、鹽度等參數。

1.2 單克隆培養株系的建立

在倒置顯微鏡(Mshot MI-12)下, 利用毛細管法挑取目標藻細胞, 并轉移至盛有L1培養液的48孔細胞培養板中[9], 待其繁殖至一定細胞密度后, 再轉移至盛有L1培養液的100 mL錐形瓶中, 以MC (Marine collection)序列進行編號。培養條件如下: 普通冷光源熒光燈為光源, 光照周期為12h∶12h, 光照強度約為50—80 μmol photons/(m2·s), 培養溫度為(22±2)℃。本文的研究目標設定為洛氏角毛藻和并基角毛藻, 因此在藻株分離純化過程中, 目標藻株的篩選依據是: 符合現存分類體系中洛氏角毛藻和并基角毛藻形態特征的種類(如前言所述)。本文共建立了22個目標藻株的單克隆培養株系(表1), 其中MC1109、MC1110引自陳作藝等[8], 是并基角毛藻的典型代表。

1.3 休眠孢子的誘導

吸取1 mL對數生長期藻液, 轉移到盛有L無氮培養液的100 mL三角瓶中培養[7], 培養條件是(22±2)℃、12h∶12h光循環、光照強度約為50—80 μmol photons/(m2·s)。每個藻株均誘導3次以上,并定期觀察有無休眠孢子產生。

1.4 形態學特征的觀察

光鏡(Light Microscope, LM)觀察: 吸取10 μL對數生長期藻液, 滴在載玻片上, 置于光學顯微鏡(Olympus BX53)下進行微分干涉(Differential interference contrast, DIC)的觀察, 并使用Olympus DP27數碼相機進行拍照記錄。光鏡下的主要觀察特征有: 群體類型、色素體分布和數量、窗孔特征、角毛形態和走勢、休眠孢子形態等。

掃描電鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)觀察: 吸取200 μL對數生長期藻液, 轉移至15 mL試管中, 加入等體積的濃硫酸(＞95%), 靜止10min后, 加入滅菌雙蒸水, 并多次水洗至中性[10]。用注射式濾器將藻細胞過濾到5 μm濾膜上, 自然干燥后, 噴金并置于掃描電鏡(Zeiss Utras55)下觀察和拍照。掃描電鏡下的主要觀察特征有: 唇形突結構、窗孔超微結構、角毛上刺和孔紋的特征、休眠孢子超微結構等。

表1 本文建立的洛氏角毛藻復合群株系信息Tab. 1 List and information of monoclonal strains in this study

透射電鏡(Transmission Electron Microscope,TEM)觀察: 用移液槍吸取10 μL酸化處理好的藻液,平鋪在微孔銅網上, 自然晾干后置于透射電鏡(Philips Tecnail0)下觀察和拍照。透射電鏡下的主要觀察特征有: 殼面及殼套的超微結構等。

1.5 基于LSU nrDNA D1-D3區的分子系統學分析

用離心法收集50 mL藻液進行總DNA的提取[11]。利用D1R-F[12]和D3B-R[13]對核糖體大亞基編碼基因(LSU nrDNA)的D1-D3區序列進行擴增。PCR產物送往上海英駿生物技術有限公司進行純化和測序。

從NCBI下載洛氏角毛藻和并基角毛藻的LSU序列, 運用BioEdit軟件進行序列比對和矩陣[14],共有670個堿基用于最終的分析。基于MrModeltest 2.3[15]計算, 選擇的最適模型和參數GTR+G,([AC=0.5647], [AG=1.9928], [AT=1.1435], [CG]=0.3347, [CT]=5.1623, [GT]=1.0000, gamma shape=0.2848, nucleotide frequencies: A=0.2648, C=0.1890,G=0.2966, T=0.2496)[16], 分別用RAxML-HPC2[17]和MrBayes 3.2[18]構建最大似然樹(Maximum Likelihood, ML)和貝葉斯推理(Bayesian inference, BI)。其中ML分析的自檢值(Bootstrap test)設定為1000,參照以往工作[7], 選用大西洋角毛藻C. atlanticusCleve(EF423454)為外群對照。

2 結果

2.1 基于形態特征的初步鑒定

本文以現存分類體系中洛氏角毛藻和并基角毛藻的形態特征為依據, 共建立了22個單克隆培養株系。根據它們的主要形態特征, 如群體類型、角毛走勢、角毛孔紋、是否具有休眠孢子等, 可將其劃分為以下4個類群。

類群一:包括株系MC1109、MC1110、MC1059和MC1060。多形成長而規則的直鏈狀群體(圖版Ⅰ-1、2)。角毛硬且直, 呈Brunel-I型, 相鄰角毛基部有并行融合(圖版 Ⅰ-1、2)。角毛孔紋橢圓形(圖版 Ⅰ-7、8)。未見休眠孢子。因具有典型的“相鄰角毛基部并行融合”特征, 本類群初步鑒定為并基角毛藻C. decipiens。

類群二:包括株系MC132和MC151。可形成長而規則的直鏈狀群體(圖版 Ⅰ-9)。角毛硬且直, 呈Brunel-I型, 相鄰角毛基部未見并行融合特征(圖版Ⅰ-9、10)。角毛孔紋橢圓形(圖版 Ⅰ-12、13)。未見休眠孢子。除了沒有“相鄰角毛基部并行融合”這一特征之外, 類群二與類群一的形態特征基本一致,因此初步鑒定為形似并基角毛藻C.cf.decipiens。

類群三:包括MC150、MC153、MC786、MC794、MC1000、MC1119和MC1120。直鏈狀群體(圖版 Ⅱ-1)。角毛硬且直, 呈Brunel-I型, 相鄰角毛基部未見并行融合特征(圖版 Ⅱ-1、2)。角毛孔紋呈水滴形(圖版Ⅱ-7、8)。休眠孢子的初生殼具有兩個錐狀突起, 上生二叉分支的樹狀結構, 次生殼具1—2個低突起(圖版 Ⅱ-2、5)。本類群未見“相鄰角毛基部并行融合”, 且具有二叉分支的休眠孢子, 因此初步鑒定為洛氏角毛藻C. lorenzianus。

類群四:包括MC5、MC84、MC93、MC97、MC98、MC108、MC125、MC152、MC169、MC176和MC702。直鏈狀群體(圖版 Ⅲ-1)。角毛硬且直, 呈Brunel-I型, 相鄰角毛基部未見并行融合特征(圖版 Ⅲ-1、4)。角毛孔紋呈橢圓形(圖版 Ⅲ-8、9)。休眠孢子的殼面光滑, 初生殼上有兩個駝峰狀突起, 次生殼也有1—2個突起(圖版 Ⅲ-2、6)。本類群未見“相鄰角毛基部并行融合”, 但休眠孢子未見二叉分支結構, 因此初步鑒定為形似洛氏角毛藻C. cf.lorenzianus。

2.2 基于LSU nrDNA D1-D3區的分子系統學分析

以大西洋角毛藻為外類群, 構建了基于LSU nrDNA D1-D3序列信息的ML和BI系統發育樹。兩者具有相似的拓撲結構, 繼而將兩者合并(圖1)。

圖1 基于核糖體大亞基LSU nrDNA部分序列的系統樹(以大西洋角毛藻為群外對照)Fig. 1 Molecular phylogenetic tree inferred from LSU rDNA(with C. atlanticus as outgroup)

圖1顯示, 本文的24個目標藻株與NCBI下載的6株洛氏角毛藻和并基角毛藻, 聚類成3個大的分支,并具有相當高的置信值(BPP=1, ML=99), 表明這30個株系呈現較好的單系起源。分支Ⅰ由本文的11個株系和一株分離自巴拿馬海灣(Gulf of Panama)的洛氏角毛藻(EF423437)構成, 該分支具有較高置信值(BPP=1, ML=98)。分支Ⅱ由本文的7個株系和一株分離自加拿大芬迪灣(Fundy Bay)的形似并基角毛藻(KC986068)構成, 也具有較高置信值(BPP=0.87, ML=99)。分支Ⅲ由本研究的6個株系,以及3株分離自意大利那不勒斯灣(Gulf of Naples)的洛氏角毛藻(EF423434、EF423435和EF423436)、1株分離自波福特海(Beaufort Sea)的并基角毛藻(JQ995413)構成, 置信值為(BPP=0.99, ML=92)。

2.3 結合形態特征與分子系統的物種確認

結合形態和分子生物學數據, 本文對目標株系進行了物種鑒定。

首先, 圖1顯示類群一(MC1109、MC1110、MC1059和MC1060)和類群二(MC132、MC151)聚為一支(Ⅲ , BPP=0.99, ML=92), 表現出較為保守的遺傳多樣性, 類群一和類群二的藻株具有完全一致的LSU D1-D3序列, 更加驗證了它們屬于同一物種。鑒于類群一具有典型的“相鄰角毛基部并行融合”特征, 可以確認為并基角毛藻。類群二雖然沒有這一特征, 但此前陳作藝等[8]已經報道了這一特征的不穩定性, 不能作為并基角毛藻的標志性特征。MC 1109和MC 1110是引自陳作藝等[8]的典型并基角毛藻, 與類群一和類群二的其他藻株具有完全一致的LSU D1-D3序列, 故本文認為類群一和類群二均為并基角毛藻。

其次, 類群三(MC150、MC153、MC786、MC794、MC1000、MC1119和MC1120)聚為一支(Ⅱ, BPP=0.87, ML=99), 具有典型的二叉分支結構的休眠孢子, 符合目前對于洛氏角毛藻的認知。鑒于其營養細胞與Grunow[19]報道的洛氏角毛藻一致,而休眠孢子則與Okamura[20]報道的休眠孢子手繪圖較為接近, 因此我們認為類群三應該是洛氏角毛藻。

最后, 類群四(MC5、MC84、MC93、MC97、MC98、MC108、MC125、MC152、MC169、MC176和MC702)聚為一支(Ⅰ, BPP=1.00, ML=98),其營養細胞符合洛氏角毛藻的特征, 但是其休眠孢子僅具有錐狀突起, 其上未見二叉分支結構, 但是與Subrahmanyan[21]報道的休眠孢子手繪圖較為接近。鑒于Okamura和Subrahmanyan對于洛氏角毛藻休眠孢子的描述不同, 而Okamura為洛氏角毛藻休眠孢子的首次記錄, 因此我們認為類群三是洛氏角毛藻。而類群四暫定為形似洛氏角毛藻。

2.4 形態學描述

并基角毛藻Chaetoceros decipiens Cleve (圖版 Ⅰ)

Cleve, Bihang till K Svenska Vet-Akad Handlingar 1: 11, Pl. I, fig. 5a amp; b, 1873.

常由2—10個細胞形成直鏈狀群體(圖版 Ⅰ-1、2、9), 每個細胞內含多個色素體。細胞寬環面觀呈矩形(圖版 Ⅰ-1、2、9)。相鄰細胞之間的窗孔呈長橢圓形(圖版 Ⅰ-1、2、9、10)。殼面觀呈橢圓形(圖版 Ⅰ-4)。殼套高度約占貫殼軸的三分之一(圖版 Ⅰ-1、2)。角毛硬且直, 均分布在同一個平面上, 呈Brunel-I型(圖版 Ⅰ-1、2、9)。鏈中殼面的相鄰角毛基部有或無并行融合, 融合區域或長或短(圖版 Ⅰ-1、2、9、10)。角毛上孔紋和刺交替排列成4—6排, 孔紋呈橢圓形(圖版 Ⅰ-7、8、12、13)。未見休眠孢子。

本文并基角毛藻的形態特征與陳作藝等[8]的描述基本一致。

生活類型: 海洋浮游生活。

分布: 標本采自深圳、珠海和汕頭。本種曾報道于北大西洋和戴維斯海峽[22,23]、北美西部沿岸海域[4]、美國羅德島州納拉干塞特灣[24]、加利福尼亞灣及下加利福尼亞灣海岸[3]、南墨西哥灣[25]、丹麥沿海[6]、日本海[26]和意大利那不勒斯灣[7]。

洛氏角毛藻C. lorenzianus Grunow (圖版 Ⅱ)

Grunow, Verhandlungen der Kaiserlich-K?niglichen Zoologisch-Botanischen Gesellschaft in Wien 13:137, Pl. 5, fig. 13, 1863.

常由2—5個細胞形成直鏈狀群體(圖版 Ⅱ-1),每個細胞內含多個色素體。細胞寬環面觀呈矩形或正方形, 窗孔呈橢圓形(圖版 Ⅱ-1、2、4), 殼面觀呈橢圓形(圖版 Ⅱ-6)。鏈端殼面中央處有一個唇形突, 外管短(圖版 Ⅱ-3)。殼面邊緣有圓弧形硅質肋,在角毛基部與相鄰殼面的硅質肋相接, 形成硅質翼(圖版 Ⅱ-4), 殼套基部有一圈凹槽(圖版 Ⅱ-3)。殼面中央區域有一環紋, 環紋四周有呈放射狀排列的肋紋, 肋紋之間散布有單個小孔(圖版 Ⅱ-3、4)。角毛硬且直, 呈Brunel Ⅰ型, 相鄰角毛基部未見并行融合特征(圖版 Ⅱ-1、4)。營養細胞的殼面長軸為18.9—21.7 μm, 貫殼軸高12.8—19.0 μm, 窗孔高7.5—12.0 μm。角毛上孔紋和刺交替排列成4—6排, 孔紋呈水滴形(圖版 Ⅱ-7、8)。鏈端角毛比鏈中角毛稍粗, 而且前者比后者的孔紋排列密度更高。鏈端角毛密度為每10 μm含7—14個; 鏈中角毛密度為每10 μm含6—11個。

休眠孢子生于母細胞中央至一端(圖版 Ⅱ-2),初生殼呈兩錐狀突起, 錐頂著生數量眾多的二叉分枝的樹狀結構。次生殼具1—2個低突起(圖版 Ⅱ-5)。

生活類型: 海洋浮游生活。

分布: 標本采自珠海湛江、汕頭和香港。本種曾報道于亞德里亞海[19]、美國羅德島州納拉干塞特灣[24]、加利福尼亞灣[3]、南墨西哥灣[25]、丹麥沿海[6]和日本海[26]。

形似洛氏角毛藻C. cf. lorenzianus Grunow (圖版 Ⅲ)

Subrahmanyan. A systematic account of the mar-ine plankton diatoms of the Madras coast p. 131, fig.198-199, 202-204, 206-209, 1946.

常由2—10個細胞形成直鏈狀群體(圖版 Ⅲ-1),每個細胞內含多個色素體。細胞寬環面觀呈矩形,窗孔呈橢圓形(圖版 Ⅲ-1、2、4), 殼面觀呈寬橢圓形。鏈端殼面中央有一個唇形突, 外管短。殼面邊緣有隆起的圓弧形硅質肋(圖版 Ⅲ-4), 鏈中殼面邊緣角毛基部, 有一個突起的硅質翼(圖版 Ⅲ-5)。殼面中央區域有一環紋, 環紋四周有放射狀排列的肋紋, 肋紋間沒有孔紋(圖版 Ⅲ-8)。殼套基部有一環凹槽(圖版 Ⅲ-3)。角毛硬, 呈Brunel Ⅰ型, 相鄰角毛基部未見并行融合特征(圖版 Ⅲ-1、4)。角毛上孔紋和刺交替排列成4—6排, 孔紋呈橢圓形(圖版 Ⅲ-8、9), 密度為每10 μm含11—17個。營養細胞的殼面長軸為17.2—37.0 μm, 貫殼軸高9.1—22.2 μm, 窗孔高6.4—15. 0 μm。

休眠孢子位于母細胞中央, 環帶與母細胞環帶相接觸, 上下殼面與母細胞殼面接觸或脫離(圖版Ⅲ-2)。初生殼上有兩個駝峰狀突起, 次生殼也有1—2個突起(圖版 Ⅲ-6)。休眠孢子的殼面光滑, 未見二叉分支的附屬結構。

生活類型: 海洋浮游生活。

分布: 標本采自湛江、深圳、珠海。本種曾報道于馬德拉斯沿海[21]。

3 討論

3.1 典型并基角毛藻的確認

1873年Cleve首次報道了并基角毛藻[22], 形態學描述中沒提及“角毛基部并行融合”這一特征, 但模式標本的手繪圖中, 這一特征清晰可見, 在此后的研究中, “角毛基部并行融合”被認為是并基角毛藻的標志性特征[2,3,24], 顯著區別與其他相似物種。

陳作藝等[8]對并基角毛藻開展了針對性研究,認為“角毛基部并行融合”具有不穩定性, 這一特征不能作為并基角毛藻的專屬特征。本文對典型并基角毛藻(MC1109和MC1110)和本研究的類群一、類群二進行了比較, 發現以下主要結論。首先,除了“角毛基部并行融合”之外, 類群一(MC1059和MC1060)和類群二(MC132和MC151)與典型并基角毛藻具有完全一致的形態特征。其次, 類群一和類群二與典型并基角毛藻(MC1109和MC1110)具有完全一致的LSU nrDNA D1-D3序列, 表現出保守的遺傳多樣性。綜上所述, 本文支持陳作藝等[8]的研究結論, 認為“角毛基部并行融合”并不是穩定特征,不宜繼續作為并基角毛藻的標志性特征。

3.2 典型洛氏角毛藻現存的疑問

雖然本文初步認定了洛氏角毛藻, 以及一個形似洛氏角毛藻的物種, 但結合歷史報道, 關于洛氏角毛藻仍存在較多疑問。

洛氏角毛藻首次報道于亞德里亞海[19], 原始文獻僅提供了2個細胞的短鏈手繪圖(Grunow 1863, p.157, Pl. 5, fig. 13)。10年之后, Cleve[22]報道了并基角毛藻, 并與洛氏角毛藻進行了形態學比較。他認為兩者具有較為相似的形態學特征, 主要區別是:并基角毛藻的角毛孔紋較細密, 而洛氏角毛藻的角毛孔紋更加粗大。此后也有學者開展了角毛孔紋的對比分析[5], 通過對培養株系的連續形態學觀察,發現角毛具有粗大孔紋的物種, 其角毛基部通常無并行融合; 而角毛基部具有并行融合的物種, 其角毛孔紋多排列緊密。這一結論在一定程度上支持了Cleve的觀點。但是由于技術手段的缺陷, 當時并未給出明確的孔紋數據。角毛孔紋曾被認為是相似種類之間的有效區別依據[27,28], 但其是否可作為洛氏角毛藻和并基角毛藻之間的有效區分特征,目前由于基礎數據的缺乏, 還不能做出判斷。在今后的研究中, 需要針對洛氏角毛藻原始標本開展數據采集工作, 正本清源, 這對后續的種源廓清工作具有重要的背景價值。

此外, 休眠孢子也曾被做為洛氏角毛藻和并基角毛藻之間的重要區別特征[2,3,6,26]。但是本文經過對歷史文獻的收集, 也發現了一些疑問。洛氏角毛藻休眠孢子最早報道于日本, 其手繪圖(Okamura 1911, Pl. Ⅺ, fig. 31a-b)[20]顯示休眠孢子位于母細胞內, 初生殼有2個錐狀突起, 頂生多個二叉分支[20],但該休眠孢子的貫殼軸明顯延長, 與密特拉角毛藻的休眠孢子較為相似。由于該報道來自于自然樣品, 也未提供營養細胞的任何資料, 因此無法判斷其是否就是洛氏角毛藻的休眠孢子, 不能排除錯誤鑒定的可能。之后, Subrahmanyan[21]也提供了洛氏角毛藻休眠孢子的手繪圖(Subrahmanyan 1946, p.132, fig. 198)[21], 其殼面僅有錐狀突起, 未見末端的二叉分叉結構。但是與此同時, 目前沿用最為廣泛的資料來自于Hasle和Syvertsen描述的洛氏角毛藻休眠孢子(Hasle amp; Syvertsen 1997, p. 205, Pl. 42,fig.a)[2], 其貫殼軸較短, 與殼面長軸基本接近。然而Hasle和Syvertsen[2]提供的也是手繪圖, 沒有提供其他更為有效的信息參考。本文共觀察到2類休眠孢子, 類群三的休眠孢子在形態上更接近于Okamura[20]的報道, 類群四的休眠孢子則更為接近于Subrahmanyan[21]的報道。類群三和類群四的休眠孢子存在明顯的形態差異。鑒于休眠孢子在角毛藻分類學中重要應用價值, 以及這2個類群之間存在的顯著遺傳差異, 我們認為它們應該是2個不同的物種。從目前的認知體系判斷, 類群三更為接近洛氏角毛藻, 而類群四應該是新的分類單位。

綜上所述, 哪類休眠孢子才是洛氏角毛藻的休眠孢子？目前尚不能判斷。在后續的研究中, 首先需要在洛氏角毛藻營養細胞的模式標本采樣地建立其培養株系, 然后開展休眠孢子的誘導和比較研究。只有首先確定了什么是真正的洛氏角毛藻, 才能認識其休眠孢子的形態信息, 繼而廓清潛在的物種多樣性。

[1]Round F E, Crawford R M, Mann D G. The Diatoms:Biology and Morphology of the Genera [M]. Cambridge:Cambridge University Press. 1990, 747

[2]Hasle G R, Syvertsen E E. Marine diatoms [A]. In: Tomas C R (Eds.), Identifying Marine Phytoplankton [M].London: Academic Press. 1997, 5—387

[3]Hernández-Becerril D U. A morphological study ofChaetocerosspecies (Bacillariophyta) from the plankton of the Pacific Ocean of Mexico [J].Bulletin of the Natural History Museum (Botany series), 1996, 26(1): 1—73

[4]Cupp E E. Marine Plankton Diatoms of the West Coast of North America [M]. Scripps Institution of Oceanography.1943, 1—237

[5]Evensen D L, Hasle G R. The morphology of someChaetoceros(Bacillariophyceae) species as seen in the electron microscopes [J].Nova Hedwigia， Beiheft, 1975,53(4): 152—174

[6]Jensen K G amp; Moestrup ?. The genusChaetoceros(Bacillariophyceae) in inner Danish coastal waters [J].Opera Botanica, 1998, 133: 5—68

[7]Kooistra W H C F, Sarno D, Hernandez-Becerril D U,et al. Comparative molecular and morphological phylogenetic analyses of taxa in the Chaetocerataceae (Bacillariophyta) [J].Phycologia, 2010, 49(5): 471—500

[8]Chen Z Y, Li Y. Preliminary study on some taxonomic puzzles ofChaetoceros decipiensCleve [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 2017, 41(4): 914—922 [陳作藝, 李揚.并基角毛藻若干分類學疑問的初步探討. 水生生物學報, 2017, 41(4): 914—922]

[9]Guillard R R L, Hargraves P E.Stichochry sisimmobilisis a diatom, not a chrysophyte [J].Phycologia, 1993, 32(2):234—236

[10]Cheng Z D, Gao Y H, Liu S C. Nano-diatoms in Fujian Coast [M]. Beijing: Ocean Press. 1993, 91 [程兆第, 高亞輝, 劉師成. 福建沿岸微型硅藻. 北京: 海洋出版社.1993, 91]

[11]Lundholm N, Daugbjerg N, Moestrup ?. Phylogeny of the Bacillariaceae with emphasis on the genusPseudonitzschia(Bacillariophyceae) based on partial LSU rDNA[J].European Journal of Phycology, 2002, 37(1):115—134

[12]Scholin C A, Herzog M, Sogin M,et al. Identification of group-and strain-specific genetic markers for globally distributedAlexandrium(Dinophyceae). II. Sequence analysis of a fragment of the LSU rDNA [J].Journal of Phycology, 1994, 30(6): 999—1011

[13]Nunn G B, Theisen B F, Christensen B,et al. Simplicitycorrelated size growth of the nuclear 28S ribosomal RNA D3 expansion segment in the crustacean order Isopoda[J].Journal of Molecular Evolution, 1996, 42(2):211—223

[14]Hall T A. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for window 95/98/NT [J].Nucleic Acids Symposium Series, 1999,41(1): 95—98

[15]Nylander J A A. MrModeltest v2. Program distributed bythe author. Evolutionary Biology Center, Uppsala University, Uppsala, Sweden. 2004, 65

[16]Posada D, Crandall K A. Modeltest: testing the model of DNA substitution [J].Bioinformatics, 1998, 14(9):817—818

[17]Miller M A., Pfeiffer W, Schwartz T. Creating the CIPRES science gateway for inference of large phylogenetic trees [C]. In: Proceedings of the gateway computing environments workshop (GCE), New Orleans, LA. 2010,8

[18]Ronquist F, Teslenko M, Mark P,et al. MrBayes 3.2: efficient Bayesian phylogenetic inference and model choice across a large model space [J].Oxford Journals, 2012,3(4): 539—542

[19]Grunow A. About Some New and insufficiently known species and genera of diatoms [J].Negotiations the Imperial Royal Zoological-Botanical Society in Vienna, 1863,13(1): 137—162

[20]Okamura K. Some littoral diatoms of Japan [M]. Imperial Fisheries Institute, Department of Agriculture and Commerce. 1911

[21]Subrahmanyan R. A systematic account of the marine plankton diatoms of the Madras coast [J].Proceedings:Plant Sciences, 1946, 24(4): 85—197

[22]Cleve P T. On diatoms from the Arctic Sea [J].Bihang till K Svenska Vet-Akad-Handlingar, 1873, 1(1): 1—28

[23]Cleve P T. Diatoms from Baffins Bay and Davis Strait[J].K Svenska Vet-AkadHandlingar, 1896, 22(1): 3—22

[24]Rines J E B, Hargraves P E. TheChaetocerosEhrenberg(Bacillariophyceae) flora of Narragansett Bay, Rhode Island, USA [J].Bible Phycology, 1988, 79(3): 5—196

[25]Hernández-Becerril D U, Granados C F. Species of the diatom genusChaetoceros(Bacillariophyceae) in the plankton from the Southern Gulf of Mexico [J].Botanic Marina, 1998, 41(4): 505—519

[26]Shevchenko O G, OrlovaT Y, Hernández-Becerril D U.The genusChaetoceros(Bacillariophyta) from Peter the Great Bay, Sea of Japan [J].Botanic Marina, 2006, 49(3):236—258

[27]Lee S D, Park J S, Yun S M,et al. Critical criteria for identification of the genusChaetoceros(Bacillariophyta)based on setae ultrastructure. I. SubgenusChaetoceros[J].Phycologia, 2014, 53(2): 174—187

[28]Lee S D, Joo H M, Lee J H. Critical criteria for identification of the genusChaetoceros(Bacillariophyta) based on setae ultrastructure. II. SubgenusHyalochaete[J].Phycologia, 2014, 53(6): 614—638

PRELIMINARY STUDY ON THE SPECIES DIVERSITY OF CHAETOCEROS LORENZIANUS COMPLEX FROM GUANGDONG COASTAL WATERS

ZHAI Meng-Yi, ZHU Su-Ying, CHEN Zuo-Yi and LI Yang
(Guangzhou Key Laboratory of Subtropical Biodiversity and Biomonitoring, Guangdong Provincial key Laboratory of Healthy and Safe Aquaculture, College of Life Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

In order to understand the diversity ofChaetoceros lorenzianuscomplex and divideC. decipiensandC.lorenzianusclearly, Guangdong coast was chosen as a case studied area and a total of 22 monoclonal strains withinC.lorenzianuscomplex were established in this study. Using optical and electron microscopy, their morphology was observed through life cycle, including vegetative cells and resting spores. Hypervariable D1-D3 region of nuclear ribosomal large subunit encode gene for each strain was amplified and their molecular systematics was studied. Following conclusions were made based on the combination of morphology and molecular data. The results showed that the fusing setae base was not a steady feature and could not be considered as an exclusive characteristic forC. decipiens,which supporting the opinion from Chenet al. (2017). The strains with similar morphology withC. lorenzianuslocated into two clades, and it indicated the presence of unexplored species inC. lorenzianuscomplex. The strains in one clade shared most similar morphology with present-knownC. lorenzianus, and those in another clade were distinct in the morphologies of setae poroid and resting spore. When compared wtihC. lorenzianusdescriptions in previous studies,confusion and disorder forC. lorenzianusdelineation were found. For example, there were contradictory and competing descriptions on the shape of resting spore and the presence of dichotomous branches on the primary valve. In future studies, the re-examination on typeC. lorenzianusmaterials, including the vegetative cells and resting spores, is proposed to be conducted preferentially, and then the true diversity might be achieved.

Chaetoceros lorenzianus;Chaetoceros decipiens; Species diversity; Resting spore; Guangdong coastal waters

Q949.27

A

1000-3207(2017)06-1282-09

2016-11-28;

2017-04-05

國家自然科學基金(31570205和31370235); 廣東省科技計劃項目(2015A030401084)資助 [Supported by the National Natural Science Foundation of China (31570205, 31370235); Guangdong Province Science and Technology Program (2015A030401084)]

翟夢怡(1991—), 女, 廣東河源人; 碩士研究生; 主要從事藻類學研究。E-mail: zhaimengyi@m.scnu.edu.cn

李揚, E-mail: liyang@scnu.edu.cn

10.7541/2017.159

圖版 Ⅰ Plate Ⅰ

圖版 ⅡPla t e Ⅱ

圖版 ⅢPlate Ⅲ