龙须菜规模栽培对真核浮游生物群落结构的稳定作用

浮游生物是海洋生态系统物质循环和能量流动的关键环节，是海洋生态系统的重要组成部分。浮游生物多样性及其群落结构对水体环境的变化非常敏感，是水体环境改变的指示因子，其种类和数量的动态变化不仅反映海洋生态环境的状态，同时也直接影响海洋经济生物的种类与数量变化。适当的生物多样性是生态系统服务功能的关键，不仅能够增加生态系统生产力、群落结构水平和生态系统水平的稳定性，而且有利于最大化的利用生态系统资源，加强生态系统的服务功能。因此，浮游生物多样性对于海水环境质量和海洋生态系统稳定具有重要意义。

2003 年以来，作为重要的工业和食品原料，大型海藻龙须菜在我国沿海大规模栽培，特别是适高温品种的培育成功使其在广东、福建、山东和其它沿海省份迅速发展起来。2012 年以龙须菜为主的江蓠属海藻的鲜重年产量近20 万吨。更有意义的是，大量研究表明龙须菜的栽培对海洋有害藻华微藻的生长具有显著的抑制效应。2012 年4月21 日至5月6 日，暨南大学杨宇峰教授团队应用传统显微镜形态学方法发现龙须菜栽培海区的浮游植物细胞密度显著低于非栽培海区，但栽培区的浮游植物物种多样性似乎高于非栽培区。

由于传统形态学方法对细胞微小、形态特征不明显的微微型浮游生物以及那些形态特征尚未被描述且未被分类的浮游生物鉴定的明显局限性，这种差别是否真实存在尚存疑问。对整个浮游生物群落的影响更是未知。基于此，经过谨慎的理论思考，并考虑到龙须菜栽培产业的长期发展和可能的生态效应，中国科学院海洋研究所唐赢中研究员提出了一个科学假设，即龙须菜规模栽培对整个真核浮游生物群落结构可能产生积极的稳定甚至促进作用，并与暨南大学杨宇峰教授课题组合作，应用分子生物学手段——二代高通量核酸测序技术和现场较大规模的采样结合的方法研究龙须菜规模栽培对真核浮游生物群落结构的影响。

Redundancy analysis biplot for the distribution of eukaryotic plankton communities with environmental variables.

研究人员通过高通量测序在51份环境样品中共鉴定出较此前传统显微镜方法得到的浮游植物和浮游动物种类高出3至5倍的浮游生物，并发现了一些细胞粒径小于5 μm甚至与细菌大小相当的真核微微型浮游生物以及若干新纪录种和最近才发现、描述的新种。最为重要的是，在2015年5月龙须菜生物量达到最大时，龙须菜栽培区（G区）和栽培区邻近的对照区（Cg）表层样品的申农-维纳指数均显著高于非栽培区（Co区），而G和Cg区的辛普森指数（群落优势度）均显著低于Co区。主坐标分析（PCoA）、主成分分析（PCA）、树状聚类分析等结果均表现出与上述趋势相一致的浮游生物群落结构差异。另外，龙须菜生物量、总氮和叶绿素a是影响浮游生物群落结构差异与变化的主要环境因子，说明龙须菜不仅通过化感作用，也通过吸收营养盐调控浮游生物群落的生产力和群落结构。不仅如此，在实验室构建的包括了9种浮游植物加上不同生物量的龙须菜的人工生物群落也得到了完全一致的结果。总之，野外研究结果证实龙须菜规模栽培可以显著稳定、提高真核浮游生物的物种多样性，维持浮游生物群落结构的稳定性，与前述假说完美的一致。研究还表明高通量测序方法是研究浮游生物尤其是细胞微小、形态差异不明显的浮游生物的高效手段。

该研究首次系统地研究了大规模龙须菜栽培对浮游生物多样性的作用，证实了龙须菜规模栽培在抑制有害藻华微藻生长从而控制微藻藻华爆发的同时，还能显著增加真核浮游生物群落的物种多样性。这一发现为龙须菜规模栽培作为一种有效的富营养化水体的生物修复、控制有害藻华、维持生态系统稳定的生态工程技术提供了有力的理论支持。

相关文章发表在Molecular Ecology，（DOI: 10.1111/mec.14496）。文章第一作者为中国科学院海洋研究所博士后柴召阳博士。

封面图片来源于Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Gracilaria)