張淵洲， 張健林， 楊清松， 凌 娟， 孫紅巖， 江玉鳳， 董俊德

(1. 中國科學院南海海洋研究所 中國科學院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室，廣州510301；2. 中國科學院大學，北京100049)

南海北部春季微微型浮游植物豐度的分布

張淵洲1, 2， 張健林1， 楊清松1, 2， 凌 娟1， 孫紅巖1， 江玉鳳1, 2， 董俊德1

(1. 中國科學院南海海洋研究所 中國科學院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室，廣州510301；2. 中國科學院大學，北京100049)

2014年5月在南海北部進行了采樣調(diào)查，利用流式細胞儀對微微型浮游植物的豐度進行測定，并對其分布特征與環(huán)境因子的相關(guān)性進行了分析。研究結(jié)果表明：調(diào)查海區(qū)聚球藻豐度平均值為1.1×104cells/mL，高值主要出現(xiàn)在沿岸帶和大陸架區(qū)域，向著遠海和深海逐漸降低；原綠球藻豐度平均值為1.4×104cells/mL，主要分布在25～100 m水層中；微微型真核浮游植物的豐度值總體較小，平均值為1.7×103cells/mL，分布特征為沿岸帶與大陸架較高，陸坡與遠海較低。微微型浮游植物的分布受到溫度、光照及營養(yǎng)鹽等因素的影響。

聚球藻; 原綠球藻; 微微型真核浮游植物; 流式細胞術(shù); 南海北部

海洋微微型浮游植物( picophytoplankton)包括原綠球藻(Prochlorococcus)、聚球藻(Synechococcus)和微微型真核浮游植物(picoeukaryotes)。這類光合自養(yǎng)生物盡管體積微小，粒徑在0.2～2 μm 之間[1]，但數(shù)量巨大，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中廣泛分布，被認為是生物量和初級生產(chǎn)力的主要貢獻者[2]，也是海洋微食物網(wǎng)( microbial food web)的基礎(chǔ)組成部分[3-4]，在碳、氮等生源要素的生物地球化學循環(huán)和能量代謝中起著重要的作用[5]。

流式細胞術(shù)(flow cytometry, FCM)具有快速準確的特點，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于海洋生物學研究[6]。此方法利用微微型浮游植物的色素自熒光，通過對細胞的光散射和熒光特征的多參數(shù)同步測定，對各個類群的微微型浮游植物進行定性和定量分析[7]。

南海是熱帶太平洋最大的邊緣海之一，地處東亞季風帶，北部背靠東亞大陸，具有寬闊的大陸架，中部的海盆深達5000 m；既有珠江等河流沖淡水的輸入，又有西太平洋的黑潮暖流經(jīng)呂宋海峽侵入[8]，環(huán)境特征復雜多樣，具有很高的生態(tài)系統(tǒng)多樣性[9]，但目前對該區(qū)域微微型浮游植物的研究仍相對少見。本研究利用流式細胞術(shù)對3類海洋微微型浮游植物在南海北部的豐度與分布特點進行調(diào)查，涵蓋了河口、沿岸帶、陸坡與開闊海區(qū)等多種區(qū)域，并結(jié)合溫度、營養(yǎng)鹽等參數(shù)，分析了微微型浮游植物分布與環(huán)境因子的關(guān)系，以期為南海微微型浮游植物的深入研究提供科學資料與依據(jù)。

1 材料及方法

1.1 樣品采集和理化參數(shù)的測定

2014年5月10日至29日乘“實驗3號”科學考察船在南海北部4個斷面共12個觀測站進行了采樣調(diào)查(圖1)。使用附有Niskin瓶的溫深鹽儀CTD(SBE 911 plus)采集水樣，采水層次為表層、25、50、75、100、200 m，淺水站位(站A1、D2、D3)加采10 m水層。水樣經(jīng)過20 μm篩絹過濾，取2 mL水樣3份于凍存管中，加入甲醛至其最終體積濃度為2%，避光固定15 min后在液氮中速凍保存直至流式細胞儀分析。溫度、鹽度等理化參數(shù)由CTD直接讀出。營養(yǎng)鹽(硝酸鹽、亞硝酸鹽、可溶性磷酸鹽)的采樣和測定分析均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[10]的要求進行。

圖1 南海北部采樣站位

1.2 流式細胞儀分析

深度冰凍的水樣在冰水浴中緩慢解凍，每個樣品取兩份0.5 mL的平行樣，加入直徑1 μm的黃綠色熒光微球 (PolySciences) 作為內(nèi)參，注入FACSCalibur流式細胞儀(Becton Dickinson)進行分析，激發(fā)光波長為488 nm。測定結(jié)果由CELLQUEST軟件(Becton Dickinson)獲取并進行分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Ocean Date View軟件分析溫鹽、營養(yǎng)鹽及3種微微型浮游植物的分布并繪制圖譜，并使用Minitab軟件分析微微型浮游植的豐度與理化參數(shù)的相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 理化參數(shù)

圖2A-D、圖3A-D分別表示南海北部調(diào)查站位水體溫度、鹽度以及營養(yǎng)鹽的水平和垂直分布。表層水溫分布范圍在24.1 ℃(站D3)至30.1 ℃(站B3)之間，從沿岸帶向開闊水域呈升高趨勢。受到?jīng)_淡水和黑潮分支的影響，116°E以東等溫線部分向南彎曲。表層的鹽度變化范圍較小，介于32.8‰(站A1)至34.2‰(站D1)之間，主要的低鹽度區(qū)域位于珠江沖淡水區(qū)。溫度的垂直分布呈現(xiàn)層化現(xiàn)象，隨著深度增加而逐漸降低；鹽度則隨著深度增加而逐漸升高。

表層硝酸鹽+亞硝酸鹽濃度在檢測限以下至0.51 μmol/L(站D3)之間，水平分布呈現(xiàn)區(qū)塊狀特征，珠江口和沿岸帶略高于大陸架和陸坡，而開闊海區(qū)則接近或低于檢測限。硝酸鹽+亞硝酸鹽躍層大多在50 m水層上下，其濃度隨深度而增大，呈現(xiàn)垂直層化分布。表層磷酸鹽濃度總體水平較低，變化范圍較小，在檢測限以下至0.23 μmol/L(站A3和C1)之間。垂直方向上，磷酸鹽濃度總體上呈層化分布，隨著深度增加而增大。

2.2 微微型浮游植物的分布

圖2 E-F、圖3 E-G分別表示微微型浮游植物豐度的水平和垂直分布。聚球藻豐度的總平均值為1.1×104cells/mL，最高值為8.9×104cells/mL(站D2的25 m水層)，次高值出現(xiàn)在站D3的表層(7.8×104cells/mL)。表層豐度值介于2.0×103cells/mL(站B3)至7.8×104cells/mL(站D3)之間，沿岸帶和大陸架區(qū)域的豐度值高于陸坡和開闊海區(qū)。垂直方向上，聚球藻主要分布于50 m以淺的水層，深層水體中豐度值相對較小(<3.9×103cells/mL)。主要的高值區(qū)為近岸的站D2和D3，其中站D2的整個水柱都具有較高的豐度值(>4.4×104cells/mL)。

原綠球藻豐度的總平均值為1.4×104cells/mL。所有調(diào)查站位的表層海水中均未檢測到原綠球藻， 25 m水層也只在站A3 (5.2×104cells/mL)、B1 (3.1×104cells/mL)、D1 (2.3×104cells/mL)和D3 (7.6×103cells/mL)檢測到。原綠球藻豐度的高值區(qū)主要在50 m水層中，平均值為4.3×104cells/mL，最高值(1.0×105cells/mL)出現(xiàn)在站B2，次高值出現(xiàn)在站C2(6.8×104cells/mL)和C1(6.5×104cells/mL)。不同于聚球藻，原綠球藻在100 m水層中仍有相當可觀的豐度值，在7.0×103至3.6×104cells/mL之間。

圖 2 南海北部表層(A)溫度(℃)、(B)鹽度、(C)硝酸鹽 + 亞硝酸鹽濃度(μmol/L)、(D)活性磷酸鹽濃度(μmol/L)、(E)聚球藻豐度(103cells/mL)及(F)微微型真核浮游植物豐度(103cells/mL)的水平分布

Fig 2 Horizontal distribution of (A) temperature(℃), (B) salinity, (C) concentration of nitrate plus nitrite (μmol/L), (D) concentration of soluble reactive phosphate (μmol/L), (E)Synechococcusabundance (103cells/mL) and (F) picoeukaryotes abundance (103cells/mL) in surface water in the northern South China Sea.

微微型真核浮游植物的豐度總體較小，總平均值為1.7×103cells/mL。表層的豐度范圍在5.0×101cells/mL(站B3)至3.9×103cells/mL(站D3)之間，分布特征與聚球藻類似，高值出現(xiàn)在沿岸帶，向外海逐漸降低。3個豐度峰值分別出現(xiàn)在站D3的10 m(4.8×103cells/mL)，站D1的50 m(4.6×103cells/mL)和站B1的25 m水層(4.3×103cells/mL)。此外，站D3的25 m、站D1的25 m以及站A1表層和25 m的豐度值均大于3.0×103cells/mL，這些站位的整個水柱都具有較高的豐度值。

2.3 微微型浮游植物豐度與環(huán)境因子的關(guān)系

表1 春季微微型浮游生物豐度與環(huán)境因子間的Pearson相關(guān)系數(shù)

“**”表示P<0.01水平的顯著相關(guān)。

對微微型浮游植物豐度值進行對數(shù)轉(zhuǎn)換，分析其與環(huán)境因子的關(guān)系，結(jié)果如表1所示。聚球藻豐度與溫度呈正相關(guān)(P<0.001)，與鹽度及營養(yǎng)鹽濃度均呈負相關(guān)(P<0.001)；原綠球藻豐度與溫度呈正相關(guān)(P<0.001)，與營養(yǎng)鹽濃度呈負相關(guān)(P<0.01)，與鹽度則沒有顯著的相關(guān)性(P>0.05)；微微型真核浮游植物豐度與溫度和鹽度均沒有顯著的相關(guān)性(P>0.05)，與營養(yǎng)鹽濃度呈負相關(guān)(P<0.01)。

3 討論

本研究中，聚球藻的豐度值大多在103～105cells/mL，原綠球藻的豐度值大多在104～105cells/mL，與印度洋[11]、加勒比海[12]等海域的觀測值相近。微微型真核浮游植物的豐度值多為102～103cells/mL，與馬尾藻海的調(diào)查結(jié)果相似[13]。相對于原核的聚球藻和原綠球藻，真核微微型植物對營養(yǎng)的吸收和利用能力以及環(huán)境的耐受能力相對較差，在競爭中并不占優(yōu)勢，豐度值較低[14]。

對于光合自養(yǎng)生物，光照是影響其垂直分布的重要因素。在深層海水中光照強度明顯減弱，豐度值隨之降低。如圖3 E-F所示，聚球藻主要分布于50 m以上淺水層中，而原綠球藻在25～100 m水層中廣泛分布，反映出兩者不同的光適應(yīng)性。聚球藻通常存在于真光層上層，在真光層以下無法生長；原綠球藻具有更強的低光適應(yīng)性，能夠在深層海水中生存[15]。當光照強度超過飽和光強，則會對微微型浮游植物的生長產(chǎn)生抑制[16]。

圖 3 南海北部采樣站位(A)溫度(℃)、(B)鹽度、(C)硝酸鹽 + 亞硝酸鹽濃度(μmol/L)、(D)活性磷酸鹽濃度(μmol/L)、(E)聚球藻豐度(103cells/mL)、(F)原綠球藻豐度(103cells/mL)及(G)微微型真核浮游植物豐度(103cells/mL)的垂直分布

Fig 3 Vertical distribution of (A) temperature(℃), (B) salinity, (C) concentration of nitrate plus nitrite (μmol/L), (D) concentration of soluble reactive phosphate (μmol/L), (E) Synechococcus abundance (103cells/mL), (F) Prochlorococcus abundance (103cells/mL) and (G) picoeukaryotes abundance (103cells/mL) at the sampling stations in the northern South China Sea.

溫度是另一個重要的限制因子。在適宜的范圍內(nèi)，微微型浮游生物豐度與溫度呈正相關(guān)，不同種類對溫度的適應(yīng)性也不盡相同。原綠球藻的生長受到高溫的抑制[17]，而聚球藻具有更廣的溫度耐受范圍，更為適應(yīng)熱帶海域表層水溫。在表層海水中未檢測到原綠球藻，這也可能與原綠球藻的溫度耐受性和光適應(yīng)性等因素有關(guān)。

原綠球藻目前只在海洋中發(fā)現(xiàn)，而聚球藻在海水和淡水中都有發(fā)現(xiàn)，后者具有更寬的鹽度耐受范圍[18-19]。盡管鹽度對于微微型浮游植物的分布具有一定影響，但本研究海域鹽度變化范圍較小(32.8‰～34.8‰)，不是主要的限制因子。

南海是貧營養(yǎng)的熱帶邊緣海，海盆區(qū)域表層的氮磷比較低[20]。從相關(guān)性分析的結(jié)果看，微微型浮游植物豐度與硝酸鹽和磷酸鹽濃度呈負相關(guān)，一方面這可能與它們對營養(yǎng)鹽的高效利用能力有關(guān)[21]，在貧營養(yǎng)條件下往往更具競爭優(yōu)勢；另一方面深層海水中營養(yǎng)鹽濃度較高，但其低溫和低光照條件卻不利于微微型浮游植物生長，此時溫度和光照條件成為影響其垂直分布的主要因素。但值得注意的是，近岸海域常常受到?jīng)_淡水和粵東上升流等影響[22]，營養(yǎng)鹽濃度高于開闊海區(qū)；在貧營養(yǎng)鹽的上層海水中，聚球藻、微微型真核浮游植物的水平分布也呈現(xiàn)出類似的特征，反映出營養(yǎng)鹽對其生長的促進作用，這也與寧修仁等[23]在鄰近海域的研究相吻合。原綠球藻豐度的高值主要出現(xiàn)在貧營養(yǎng)的開闊海區(qū)，表明其對貧營養(yǎng)條件有更強的適應(yīng)性[24]。受到表層強光照和營養(yǎng)鹽的限制，豐度的峰值常常出現(xiàn)在次表層。

微微型浮游植物的分布通常是所在海域溫鹽分布、營養(yǎng)鹽分布及浮游動物攝食壓力等多種因素綜合作用的結(jié)果，且不同時間和區(qū)域影響其分布的因子也不盡相同。南海北部生態(tài)環(huán)境復雜多樣，也造成了微微型浮游植物豐度分布的多種差異。在陸源輸入和上升流等影響下，近岸海域具有低溫、高營養(yǎng)鹽的特征，微微型浮游植物豐度較高[25]。春季處于東北季風與西南季風的轉(zhuǎn)換期[26]，海水層化現(xiàn)象使得開闊海域上層水體中營養(yǎng)鹽無法得到有效補充，限制了微微型浮游植物的生長；黑潮水體具有高溫、高鹽、低生產(chǎn)力的特征，一定程度上也降低了開闊海區(qū)微微型浮游植物的豐度[27]。

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The abundance distribution of picophytoplankton in the northern South China Sea in spring

ZHANG Yuan-zhou1, 2, ZHANG Jian-lin1, YANG Qing-song1, 2,LIN Juan1, SUN Hong-yan1, JIANG Yu-feng1, 2, DONG Jun-de1

(1. Key Laboratory of Tropical Marine Bio-resources and Ecology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The abundance and the distribution of picophytoplankton in the northern South China Sea were investigated by flow cytometry during May 2014. Results showed that in the study area, the average abundance ofSynechococcuswas 1.1×104cells/mL, most of the high values appeared in the coastal and continental shelf areas and decreased towards outer and deeper sea; the layer of highProchlorococcusabundance extended from 25 m to 100 m, with an average value as high as 1.4×104cells/mL; the abundance of picoeukaryotes was apparently lower, with an average value of 1.7×103cells/mL, it was slightly higher in coast and continental shelf than in continental slope and open sea. The distribution of picophytoplankton was markedly driven by factors such as light, temperature and nutrients.

Synechococcus;Prochlorococcus; picoeukaryotes; flow cytometry; northern South China Sea

2015-01-28；

2015-03-12

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃2012AA092104， 2013AA092901， 2013AA092902)；國家自然科學基金(41276113， 41276114， 40776069)；中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項A (XDA10020202)

張淵洲，碩士研究生，主要從事海洋微生物分子生態(tài)學研究，E-mail：zhangyuanzhou12@mails.ucas.ac.cn；

董俊德，研究員，主要從事微生物海洋學、海洋生態(tài)學研究，E-mail：dongjunde@vip.163.com。

Q948.8

A

2095-1736(2015)05-0058-05

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2015.05.058