《Marine Environmental Research》：Dinoflagellate cysts revealed by combining microscopy and metabarcoding in the Taiwan Strait in Southeast China: the potential risk of harmful algal blooms
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硅藻門休眠孢子（cysts）群落的研究結合顯微觀察與18S rRNA基因代謝標記法，在臺灣海峽表層沉積物中鑒定出86種孢子（54屬15目），揭示陸源營養輸入（DIN, DSi, TOC）與鹽度顯著相關，證明孢子群落可作為沿海富營養化的可靠生物指標。40種為有害藻華（HAB）優勢物種，其濃度在主要河流入海口最高，提示未來HAB風險可能增加。
王照輝|林蘭平|肖浩翔|張曼曼|張云寧|顧俊寧|肖麗娟
濟南大學生命科學與技術學院，中國廣州510632
摘要：
甲藻孢囊在藻華的引發和消退過程中起著關鍵作用。在這項研究中，我們采用了一種結合顯微鏡觀察和18S rRNA基因宏條形碼分析的方法，來分析中國東南部受藻華影響頻繁的臺灣海峽表層沉積物中的甲藻孢囊群落。這種綜合策略顯著提高了分類學分辨率，共鑒定出86種甲藻，屬于54個屬和15個目。我們通過用宏條形碼數據補充形態學上難以識別的分類單元（如Biecheleria和Azadinium），并通過顯微鏡觀察驗證定量值，構建了一個相互補充的數據集。宏條形碼分析檢測到71個物種，而顯微鏡僅識別出35個分類單元，兩種數據集之間僅有12個物種和10個屬重疊。值得注意的是，這些共享的屬占據了總豐度的絕大部分。孢囊群落主要受物理化學因素的影響，與陸地營養物質輸入（如DIN、DSi、TOC）呈強正相關，與鹽度呈負相關，從而突顯了孢囊記錄作為沿海富營養化可靠指標的重要性。此外，記錄的物種中有40種是已知的藻華形成者，其中大多數能夠產生孢囊，且孢囊濃度最高出現在主要河口附近。與代謝活躍的細胞相比，沉積物中的孢囊受到的環境驅動因素不同，這凸顯了這兩種方法所提供的互補生態學見解。這些發現反映了該地區富營養化和藻華的歷史模式，并暗示未來有害藻華的風險可能增加。
引言
甲藻是海洋微藻中的主要群體，是許多有害藻華（HAB）物種的來源（Lundholm等人，2009年及以后）。許多甲藻的一個關鍵適應性特征是形成休眠孢囊，這些孢囊會沉降到海底沉積物中（Bravo和Figueroa，2014年）。孢囊具有抗性壁，使其能夠存活數十年甚至一個世紀（Hu等人，2022年）。Deng等人（2025年）通過宏轉錄組分析證實了這種長期生存所需的代謝活動。當孢囊萌發時，會釋放大量營養細胞到水中，直接引發藻華（Bravo和Figueroa，2014年）。因此，孢囊被廣泛認為是藻華的“種子庫”（Smayda等人，2003年；Anderson等人，2014年），其形成和萌發對藻華事件的開始和結束至關重要（Azanza等人，2018年；Kim等人，2020年；Castaneda-Quezada等人，2021年）。此外，有毒甲藻物種的孢囊還會導致底棲生物中藻毒素的積累（Neves等人，2015年）。盡管僅在大約20%的甲藻物種中確認了孢囊形成現象，但這一群體包括許多有害藻華形成者，如Alexandrium catenella/tamarense、Lingulaulax polyedra、Gymnodinium catenatum和Ostreopsis cf. ovata（Tang和Gobler，2015年；Liu等人，2020c；Roselli等人，2020年；Mohamed等人，2025年）。因此，研究孢囊的分布對于重建歷史上的藻華和有毒事件以及預測未來的藻華爆發具有不可估量的價值（Joyce等人，2005年；Dai等人，2020年；Sidabutar和Srimariana，2021年；Wang等人，2022年）。
傳統的甲藻孢囊鑒定方法依賴于顯微鏡觀察，這一過程需要專門的分類學知識來區分不同分類單元之間的細微形態差異（Mohamed和Al-Shehri，2011年；Shang等人，2019年）。一個重要的挑戰是缺乏將孢囊形態與其營養細胞形態聯系起來的知識（Matsuoka和Fukuyo，2000年；Tang等人，2021年）。這些固有的局限性使得誤鑒成為常見風險（Shang等人，2019年）。相比之下，利用高通量測序（HTS）的宏條形碼技術簡化了微生物的鑒定（Gran-Stadnicze?ko等人，2019年）。這種方法特別適用于單細胞微藻，因為它們通常具有較少的區分特征（Vaulot等人，1989年）和復雜的生命周期（Von Dassow和Montresor，2011年）。因此，宏條形碼技術越來越多地被用于研究浮游植物的休眠階段的多樣性和分布，包括甲藻孢囊（例如Dzhembekova等人，2020年；Liu等人，2020a；Re?é等人，2024年；Wang等人，2025年），以及探索孢囊群落與未來藻華之間的相關性（Roux等人，2023年）。然而，宏條形碼的準確性可能會受到基因拷貝數種間差異、引物偏倚和不完整參考數據庫等因素的影響，這些因素可能阻礙物種水平的鑒定并扭曲自然環境中休眠階段的真實組成（Zhu等人，2005年；Ouyang等人，2024年）。鑒于每種技術的互補優勢和劣勢，將顯微鏡觀察與宏條形碼技術相結合，是獲得甲藻孢囊多樣性和分布全面理解的最可靠策略。
臺灣海峽位于福建省和臺灣島之間，是一個連接東海和南海的過渡性亞熱帶季風區。該地區受到復雜的水文特征影響，包括上升流、沿海電流、淡水羽流和季風驅動的流動（Hong等人，2011年）。這里是眾所周知的藻華熱點區域，主要由Gymnodinium catenatum、Karenia mikimotoi和Prorocentrum donghaiense等甲藻引起（Tsai等人，2018年；Zhang等人，2020年；Gu等人，2022a）。以往對海峽中甲藻孢囊的研究主要集中在三沙灣、廈門灣和閩江口等沿海地區（例如Li等人，2003年；Fang等人，2003年，2004年）。例如，Liu等人（2021年）將Alexandrium pacificum的孢囊分布與其在水柱中的營養細胞動態和藻華模式聯系起來。然而，這些先前研究的一個顯著局限性是它們依賴于顯微鏡分析，這種方法容易遺漏形態模糊或孢囊較小的分類單元，這些孢囊在樣品處理過程中可能會丟失。
本研究采用顯微鏡觀察和宏條形碼相結合的方法，分析了臺灣海峽表層沉積物中的甲藻孢囊群落。研究目的包括：（1）利用這些互補技術表征孢囊的多樣性和分布；（2）鑒定有害藻華（HAB）物種并描繪其空間模式；（3）根據孢囊群落數據評估未來HAB發生的潛在風險。
樣本采集
臺灣海峽是中國藻華頻繁發生的區域，春季是藻華的高峰期（Zhang等人，2020年；Gu等人，2022a）。因此，我們在春季藻華高峰期進行了實地調查。2022年4月21日至26日期間，對臺灣海峽的16個站點采集了表層沉積物樣本，涵蓋了4個橫斷面（TS0、TS1、TS2、TS4）和一個縱向剖面（TSC；見圖1）。每個站點采集了三次表層沉積物樣本。
顯微鏡分析揭示的孢囊群落
對沉積物樣本的顯微鏡觀察發現了35個孢囊分類單元，屬于14個屬，分類分布在5個目中：Peridiniales（20個分類單元）、Gonyaulacales（7個分類單元）、Gymnodiniales（4個分類單元）、Thoracosphaerales（3個分類單元）和Suessiales（1個分類單元）（表S2）。各站點的物種豐富度從4到15個分類單元不等（平均值：10個分類單元；圖2A）。孢囊的總豐度在各站點之間差異很大（313-8,430個孢囊/克干重；平均值：2,636個孢囊/克干重），最高濃度出現在...
臺灣海峽表層沉積物中的甲藻孢囊群落
宏條形碼分析顯示，在底棲和浮游數據集中，甲藻占藻類序列的80%以上。這種顯著的代表性可能反映了基于rRNA基因的高通量測序方法本身的局限性，包括PCR擴增效率的變化、rRNA基因拷貝數的差異（已知甲藻的拷貝數遠高于其他微藻）以及引物特異性（Zhu等人，2005年；Ouyang等人，2024年）。
結論
顯微鏡觀察和DNA宏條形碼技術的協同應用提供了對臺灣海峽沉積物中甲藻孢囊群落的全面評估。宏條形碼技術顯著提高了物種豐富度的檢測能力，尤其是對于小型和形態隱秘的孢囊。兩種方法得出的群落特征一致，共享的屬在數量上占主導地位，這證實了綜合方法對于全面理解孢囊多樣性至關重要。
CRediT作者貢獻聲明
王照輝：撰寫初稿、獲取資金、概念構思。肖浩翔：數據管理。林蘭平：撰寫初稿、數據管理。張云寧：數據管理。張曼曼：數據管理。肖麗娟：撰寫、審稿與編輯、概念構思。顧俊寧：數據管理
未引用參考文獻
Casta?eda-Quezada等人，2021年；Matsuoka等人，2006年；Smayda和Reynolds，2003年。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
數據可用性
本研究的所有原始序列已存放在國家生物技術信息中心（NCBI）的序列讀取檔案（SRA）中，BioProject代碼為PRJNA1278962。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本研究得到了國家自然科學基金（編號：42576227）的支持。數據和樣本是在R/V “Haijian 203”號船上收集的，該船執行了由NSFC資助的開放研究巡航NORC2022-04項目（項目編號：42149904）。
