论文:德国舟形藻-中国硅藻新纪录种

发表时间:2023/09/20 21:28:58  来源:淡水渔业 2022年3期  浏览次数:1550  
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德国舟形藻(Navicula germanopolonica)-中国硅藻新纪录种

李 聪,张 曼,吕绪聪,高云霓,董 静,周传江,李学军

(河南师范大学水产学院,河南新乡 453000)

藻类是养殖池塘水环境生态系统的重要组成部分,作为初级生产者,藻类不仅是调节水体溶解氧和营养盐的重要参与者,同时也是养殖动物饵料来源,在池塘生态系统的物质循环和能量流动中扮演着不可或缺的角色。藻类的种类多样性能反映水体营养状況、富营养化程度和发展趋势,然而目前有关藻类分类的研究多在天然水体展开,有关养殖池塘藻类分类的报道很少。

舟形藻是淡水水体常见的一类羽纹纲硅藻。舟形藻属()隶属于硅藻门(Bacillariophyta)羽纹纲(Pennatae)双壳缝目(Biraphidinales)舟形藻科(Naviculaceae),该属主要依据硅藻类的系统演化和亲缘关系、舟形藻的形态、细胞的超微构造特征的研究结果进行分类。该属种类众多,是舟形藻科中种类最丰富的属。根据Diatom Base网站2021年的最新统计,舟形藻属约有5 000个物种。近年来,学者们围绕舟形藻属的分类开展了一系列的工作。例如,2012 年,刘妍等报道了大兴安岭1种中国新纪录舟形藻属物种乌普萨拉舟形藻[(Grunow)Peragallo],并详细地描述了其形态学特征。2015 年,吴维维等报道了采自西藏拉鲁湿地的1种中国新纪录种舟形藻属硅藻植物三角舟形藻(Bahls)。2018年李家英等编纂的中国淡水藻志第二十三卷对中国舟形藻属的研究成果进行了系统性归纳整理,共收编了165种。

2019年在对河南郑州图登农场养殖水体中的藻类调查时发现了一种舟形藻属种类。采用Lange-Bertalot等建立的分类系统对图登农场的藻类样本进行种类鉴定,确定其为舟形藻属下的中国新记录种,即德国舟形藻(Witkowski & Lange-Bertalot)。本研究利用光学显微镜和扫描电子显微镜对德国舟形藻形态学特征进行了全面观察和描述,并分析了该藻类生境的理化因子,以期为其他研究者的相关工作提供借鉴参考。

1 材料和方法

1.1 样品采集地

藻类样品采集自河南省郑州市中牟县西关村图登农场(114°2′5.22″E,34°44′31.78″N)养殖池塘(图1)。该地属于北温带大陆性季风气候,气候温和,夏季气温在17~28 ℃,四季分明,为人工养殖场。该池塘集养殖和景观功能为一体,是独立封闭的水体生态系统。池塘用水为深层地下水,池塘四周边坡为水泥基质,池塘面积1 667 m,养殖品种为小龙虾()。

a:样品采集地位置;b:样品生境照片

1.2 样品采集

2019年5月,在郑州市中牟县西关村养殖池塘中进行藻类样本采集。于池塘的南北两侧设置2个采样点,定量样本采集使用2.5 L有机玻璃采水器采集水面下0.5 m处的水样,将采得的水样倾入1 L样本瓶中并加入1%的甲醛溶液固定样本,冷藏运输至实验室进行藻类鉴定和计数。

1.3 藻类鉴定和计数

藻类群落样本静置48 h后浓缩至30 mL。充分摇匀后用吸管吸取0.1 mL水样置于藻类计数框内,盖上盖玻片。在显微镜下计数藻细胞个数并鉴定。假定藻类细胞是随机分布的,计数的误差为±10%。

为获得便于观察的硅藻外壳样本,在实验室取硅藻样品10~15 mL放入离心管中3 000 r/min转速下离心5 min后去掉上清液。将沉淀转移到试管中,并加入10 mL浓硝酸,在通风橱内用酒清灯灼烧10~15 min。待样品冷却到70~80 ℃后,将样本再次转移到离心管中,于3 000 r/min转速下离心5 min,弃去上清。在离心管中加入蒸馏水吹洗,再次离心,重复洗涤3次,直到样本呈中性,从而获得烧制好的硅藻外壳样本。

硅藻外壳样本使用英国封片胶(Naphrax)固定,制成永久封片,在光学显微镜(尼康E100光学显微镜)上进行光镜拍照。取另一部分样本,进行电镜拍摄,具体步骤为:在铜制样品台上贴上导电胶,在胶上贴上圆形盖玻片,滴上5~10 μL处理后的样本,自然干燥;样本干燥后,在真空条件下喷金3 min,之后用扫描电子显微镜(JSM-7800F,日本电子)观察藻类形态,利用LIOO软件拍照,测量。标本存放于河南师范大学水产学院标本馆。标本鉴定见参考文献[12,15]。

1.4 水质指标测定

水质指标采样与藻类采样同步进行,用便携式水质分析仪(HACH)现场测定养殖池塘水体的温度、电导率(EC)、pH、溶氧(DO)含量。用2.5 L采水器采集1 L水样并密封保存,于36 h内参考《地表水环境质量标准》用分光光度计测定氨氮、磷、硝氮、亚硝氮、叶绿素a等含量。

2 结果

2.1 所采集硅藻标本的形态特征

所采集硅藻标本主要形态特征为:细胞长13~16 μm,宽3.5~4.5 μm。壳面椭圆披针形,两端呈楔形到圆形。中央区明显,致使其周围的线纹较短。近壳缝端略膨大呈珠状,远壳缝端呈钩状。壳面线纹在中间呈辐射状,且略有弯曲,在两端略汇聚,横线纹在10 μm内有14~17条(图2 a-e)。

图2 硅藻标本照片

将所采集的硅藻标本与1993年LANGE-BERTALOT正式发表的德国舟形藻()模式标本进行仔细对比,将形态特征差异列入表1。通过与德国舟形藻模式标本进行对比,结果表明两者形态特征都相符:一是两者的壳面结构都为椭圆披针形,两端略波状收缩,端部宽圆形或呈近截圆形;二是壳瓣大小相似(本研究种群长13~16 μm,宽3.5~4.5 μm;模式种群长9~20 μm,宽4~4.5 μm);三是线纹密度相符(本研究种群线纹密度为14~17条/10 μm,模式种群的为16~18条/10 μm);四是两者的中央区均明显且周围线纹较短;五是近壳缝端都略膨大呈珠状,且远壳缝端也相符,均呈钩状。综上所述,本研究将采自图登农场的硅藻标本种类鉴定为德国舟形藻。

本实验采集自图登农场的德国舟形藻与其它舟形藻属种类的主要差异不仅体现在壳面大小、外形、点条纹排列方式及密度,还体现在中壳缝和端壳缝的位置和形状等方面(表1)。主要区分点如下:与相比,壳面为线形,中央线纹形态适度辐射,中央区大且为圆形。与本物种的不同之处在于线纹密度较高,近壳缝端不明显,远壳缝端略斜,中部线纹不辐射。个体较大,线纹较密且适度辐射,中央区为大的圆形。与、、3个种相比,中部线纹形态均呈辐射状,末端为圆形。德国舟形藻个体较小,线纹密度与相近,与相比,线纹密度略高,但低于的线纹密度。此外,德国舟形藻的中央区小,为椭圆形。、的中央区小且为圆形,而的中央区大且为矩形。

表1 舟形藻属种类之间的区别特征

2.2 养殖池塘水质特性

郑州图登农场养殖池塘具体水质指标见表2。依据国家《渔业水质标准》(GB11607-89)可知该养殖池塘水体pH值在正常范围内,溶氧、硬度、碱度正常、磷等含量均小于水体富营养理化指标。氨氮和叶绿素a含量均超标,表明水体处于富营养型状态。综合分析该养殖池塘水质为富营养化水体。

表2 养殖池塘水质指标

表3 养殖池塘藻类的丰度

3 讨论

3.1 舟形藻属的特征

本研究结合舟形藻属的亚显微结构分类特征对采集的标本进行鉴定。曾经所有特征不十分明显的两侧对称的具壳缝硅藻都被归到舟形藻属中。舟形藻属由BORY在1822年建立,并于1844年由KÜTZING纳入舟形藻科。1861年,DONKIN描述了舟形藻属多个种类,包括Donkin等,这表明舟形藻属是一种非常丰富的类群。1981年,MILLIE使用光学显微镜和扫描电子显微镜对舟形藻属进行了观察并对其形态学结构进行描述。随着观测技术的进步,尤其是电镜下可观察的微观结构特征越来越多。以前隶属于舟形藻属的部分类群依据独特的形态特征相继独立为新属。例如,鞍型藻属()、盘状藻属()、全链藻属()、暗额藻属()新属、交互对生藻属()、泥栖藻属()、岩生藻属()等。现今保留的舟形藻属区分于以上鞍型藻属,盘状藻属,全链藻属等。其代表性分类特征为细胞单个,罕有连成链状群体。舟状,多以壳面观出现,壳面外形多变,壳面通常呈线性披针形或披针形,两端可呈多种形状。壳面平坦或弯曲,壳缝直,丝状,有时会偏离中央,外裂缝中央末端(近壳缝端)简单或膨大形成孔状或钩状,极端(远壳缝端)简单或强烈的钩状。壳面横线纹单列或少有双列的,除极少数种类的线纹是肋纹状外,线纹基本都是由不同型的明显和不明显的点纹组成。横线纹平行或辐射状排列。壳环面观呈长方形,由几个开口的常常是平滑或平坦带组成。每个细胞具2个壳环带色素体,位于顶轴的各边,每个色素体包含1个伸长的蛋白核。本属硅藻通常情况是营养繁殖,当营养繁殖到一定阶段时会发生有性生殖。发生有性生殖时,2个母细胞的原生质分裂,各形成2个配子,2个配子结合形成1个复大孢子。我们将所采集的标本与原舟形藻属分出的各属仔细比对后发现,所采集的标本具有以下四点特征:一是壳面为近似舟状的椭圆披针型;二是近壳缝端略膨大呈珠状;三是远壳缝端呈钩状;四是壳面横线纹呈辐射状排列。因此,我们认为该种具有舟形藻属的典型特征,将其归入舟形藻属。

3.2 德国舟形藻的分布

本研究报道的德国舟形藻种群采集自富营养化的淡水养殖池塘中。1993年到2002年间,LANGE-BERTALOT等在波兰的格但斯克湾(18°39′33.75″N,54°22′39.42″E)西南沿岸浅层海底沉积物中以及流入海湾的淡水溪流中发现并报道了德国舟形藻的模式种群,该种群为水体中的优势种群。其水体生境特征属于淡水和微咸水水体。根据LANGE-BERTALOT对水质的分类办法,该地区磷酸盐、硝酸盐、氨态氮正常,亚硝酸盐超标,水体为富营养化状态。除了模式种的发现地,2004年COOK等在德国叙尔特岛(8°18′47.75″N,54°54′29.94″E)一个沙质滨海地点采集微型底栖植物时也发现并报道了德国舟形藻,其生境特征为沉积物中有机质含量低(0.1%~0.2% w/w),碳氮比为5~8,叶绿素a含量高,年变化范围为13~21 μg/L。本文报道的德国舟形藻相对丰度为0.4%,是小龙虾养殖池塘中的偶见种,氨氮含量较高,叶绿素a含量为23.3 μg/L,水体也处于富营养状态。因此,德国舟形藻种群可能喜欢生活在富营养化水体中;且该物种可能具有富营养化水体指示生物的潜在研究价值,但这一结论需要进一步的研究证实。

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