【藻纪事】第四期：2020年9月-10月

中国科学院海洋研究所徐奎栋研究组在真核微生物多样性与地理分布研究中取得一系列成果。该研究利用eDNA和Metabarcoding技术手段，解析了海洋水体与沉积物中真核微生物群落的连通机制，阐释了近岸到深海底栖真核微生物地理分布特征及源汇关系。真核微生物是海洋中数量最占优势、多样性最高且功能重要的真核生物类群。然而，真核微生物多样性的研究明显滞后于原核微生物。该研究开展了近岸到深海多个生境中真核微生物多样性及地理分布研究，基于大数据分析，获得了真核微生物地理分布模式的新认知。

国际有害藻华领域权威杂志《Harmful Algae》刊发了中国科学院海洋研究所唐赢中课题组关于甲藻南方卡尔藻通过吞噬营养对多种浮游动、植物和幼鱼进行微捕食（micropredation）并致死被捕食者的研究成果。该研究表明吞噬营养可能是藻华形成的驱动力，揭示了该物种在低密度藻华时造成鱼类死亡的机理，即主要是微捕食而非毒素导致了动物死亡，与广为人知的剧毒卡尔藻通过卡罗毒素致鱼死亡的机制显著不同。自2002年Nature发表微捕食是异养甲藻费氏藻致鱼死亡原因的推断以来，该研究再次证明了兼营自养和异养的混合营养浮游生物（mixoplankton）通过吞噬作用形成的微捕食成为鱼类等海洋动物死亡的主要原因，为全面认识甲藻吞噬营养和微捕食在有害藻华事件形成及其生态系统危害效应提供了新依据和新思路。

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）杜岩研究员团队发现涡旋影响北阿拉伯海冬季水华的观测证据：研究团队基于2018年“中国-巴基斯坦首次北印度洋联合航次”现场调查结果发现，当年冬季水华过程与气旋涡的泵吸和搅拌作用有极大关联。在气旋涡的影响下，海洋的温跃层及混合层呈现明显的抬升，上升流效应加强了表层营养物质的供应，并最终推动阿拉伯海冬季水华的发展。该研究揭示了2017-2018年冬季北阿拉伯海水华的发生机制，有助于深入理解海洋动力-生态过程的耦合效应。

由于人类活动和大型工程(如大坝和大型输水工程)的强烈干扰，河流藻华已成为一个全球性的环境问题。中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室夏瑞博士及团队以大型河流——汉江为研究对象，通过两个具有k倍交叉变异的梯度提升机（Gradient Boosting Machine, GBM）模型研究了汉江十年（2003-2014）期间的藻华。模型模拟结果表明GBMp（previous 10-day period）比GBMc（current 10-day）具有更高的预测准确性，汉江水华受汉江和长江前期水位以及汉江水位变化的显著调节，而汉江的营养物浓度通常高于阈值，非水华限制因素。这项基于机器学习的研究为河流水华的预警和风险管理提供了科学指导。

哈尔滨师范大学范亚文、刘妍团队，在对我国热带区域硅藻区系长期的分类研究中，发现并报道了分别隶属于异极藻属Gemphonema，鞍形藻属Sellaphora，长篦藻属Neidium 的3个新种，为我国硅藻分类学研究提供了基础资料。相关成果分别发表在国际期刊Phytotaxa，Diatom Research和Fottea, Olomouc上。

微囊藻群体的形成是其成为蓝藻水华优势种的关键因素之一，南京师范大学李建宏团队通过透射电子显微镜和Western blot技术，发现群体比单细胞微囊藻含有更多细胞表面蛋白，随后将Microcystis aeruginosa PCC7806的细胞表面蛋白在单细胞Synechocystis sp. PCC6803中进行表达，PCC6803由单细胞聚集成群体状态，由此推测细胞表面蛋白在微囊藻群体形成过程中可能发挥重要作用。

中国科学院水生生物研究所的研究人员首次纯化了微藻脂质代谢相关的膜蛋白、三酰基甘油生物合成的关键酶——溶血磷脂酸酰基转移酶CrLPAAT1，并对其进行了系统的生化研究。研究结果为解析微藻脂质代谢调控机制提供了一个全新的研究思路。之后，在对CrLPAAT1过表达藻株的深入研究中，他们发现了一种新的涉及调控碳分配的基因GNAT19，是目前已发现的为数不多的可以用于增强微藻生物量产量的靶基因，在生物技术上具有巨大应用潜力。

美国犹他大学学者Hanyan Li等利用DNA水平高通量测序、功能基因表达和PICRUST功能预测等技术手段，对美国盐湖城犹他湖中产毒/非产毒蓝藻的群落演替及其与氮、磷循环的联系进行了调查研究。通过筛选细菌群落、特定功能和监测水质变化，研究者们发现这些参数之间存在联系，蓝藻群落的变化是由环境因素和代谢动力学共同驱动的，尤其是湖泊中氮和磷的代谢。在营养胁迫条件下，湖中束丝藻和长孢藻的长期优势可能归因于它们的固氮(nif)以及磷亲和(pst)基因的激活。该研究为我们揭示了基因含量协同营养等环境因素对水体中蓝藻丰富度和多样性的影响机制。

台湾成功大学张嘉修课题组针对微藻应用的不同情况，讨论了最合适的AI算法（例如主动学习、半监督学习和元学习），以及AI算法在微藻培养、系统优化和供应链其他方面的应用，综述了目前的研究进展，并重点介绍了已进行的一些最新技术研究，为微藻研究与应用的数字化未来打开了新的思路。

上海理工大学彭滟、庄松林研究团队收集了斜生栅藻在氮胁迫培养下的太赫兹光谱，并使用太赫兹光谱分析了胞内组分（脂质、蛋白质、碳水化合物和β-胡萝卜素）的变化，证明了太赫兹光谱法监测氮胁迫下微藻脂质含量变化的有效性。使用太赫兹光谱技术研究微藻仍处于早期阶段，还有很大的探索空间。

为庆祝中国科学院南京地理与湖泊研究所成立80周年，由研究所和中国海洋湖沼学会联合主办的期刊《湖泊科学》，邀请国内长期从事湖泊和流域科学研究的多名学者，就不同分支领域的进展进行了系统回顾，内容涉及浅水湖泊湖沼学与太湖富营养化控制、湖沼学的内涵及我国湖沼学发展的挑战与思考、湖泊环境与工程学、湖泊水文水资源学、湖泊古生态学、湖泊水情遥感等多个方向。同时，还组织了有关知名专家就当前湖泊科学研究的热点话题和焦点问题发表他们的学术观点，如太湖40年来的物理水环境变化、沉积物环保疏浚决策、1960s以来白洋淀水文/环境/生态演变、中华鲟保护的困境与反思、蓝藻水华的认知与预测、富营养化湖/库天-空-地立体监控系统等。

上海师范大学生命科学学院王全喜团队在太湖流域发现一个新的硅藻藻种——太湖沙网藻，并对其特征进行了描述。这是中国首次报道沙网藻属的一个淡水成员，扩大了该属已知的地理和生态分布，增加了我们对中国淡水硅藻多样性的认识。

华东师范大学河口海岸学国家重点实验室刘东艳研究员团队在对黄海浒苔大规模爆发性增殖的生理学机制研究中取得重要研究成果。研究发现，与大多数海洋藻类不同，黄海浒苔的光合固碳途径除了经典的C3循环途径，还存在CO2浓缩机制与C4循环途径，将碳酸氢根离子转换为细胞内CO2，大大增加了浒苔的光合固碳能力。研究结果揭示了浒苔漂浮过程中，受高光辐射依然能够快速生长的生理学机制，并提出浒苔的多面光合作用模式是其在短时间内形成大规模生物量的重要生物学基础。相关成果发表于国际著名学术期刊《Nature》子刊《Communications Biology》上。

由华南师范大学生命科学学院束文圣团队、中国科学院水生生物研究所宋立荣课题组以及暨南大学生命科学技术学院韩博平课题组组成的联合研究团队，基于650个蓝藻基因组的系统发育和比较基因组分析，对蓝藻栖息地适应的进化机制进行了解释。研究结果表明：基因家族的扩展是陆地蓝藻应对波动环境的常见策略，而许多海洋藻株的基因组经历了收缩以适应营养不良的条件。数百个基因与特定生境密切相关，表明这些基因在特定生境中生物的生存和适应中的重要性。相当一部分促进蓝藻适应特定生境的基因是由基因水平转移贡献的，这种基因交换在陆生蓝藻中更频繁。这些结果进一步加深了我们对蓝藻适应不同环境的理解，突出了环境施加的生态约束在塑造蓝藻进化中的重要性。

中国科学院南京地理与湖泊研究所秦伯强研究员在国际知名刊物PNAS上发表通讯文章，对天津大学环境科学与工程学院童银栋教授发表在Nature Geoscience上的文章观点提出异议。两位学者基于各自监测数据对目前我国入湖外源负荷的总体变化趋势进行了分析。秦伯强研究员认为，随着城镇人口同步增加以及城镇用水量的迅速上升，入湖污染物总量并未下降，童银栋教授在之后的回复中强调了监测方法以及数据一致性的重要性。两位学者的对话与讨论凸显了我国当下富营养化水体治理的复杂性和长期性，也为管理部门决策提供了有益参考。

11月11日，江苏省生态环境厅组织召开了2020年度太湖安全度夏应急防控工作总结会。省环境监测中心通报了今年以来太湖水情藻情，中科院南京地理与湖泊研究所及南京大学专家分别针对藻情和太湖治理形势进行了剖析，省水利、住房和城乡建设及气象部门、流域地方生态环境局、驻市环境监测中心对年度防控工作进行了总结汇报，省污染防治攻坚办前方指挥部工作组、第二专员办也进行了交流发言。省生态环境厅（省太湖办）二级巡视员费志良要求各地各部门继续强化责任意识和各项防控措施，确保按时完成年度治太目标任务，为明年更高水平实现“两个确保”打下基础。

11月5日，江苏省水利厅组织召开了2020年度太湖蓝藻水草打捞处置及湖泛防控工作总结会，省环境厅、省水文局、水科所、中科院南京地理与湖泊研究所及环湖各地蓝藻打捞处置责任单位参加了会议。会上，中科院地湖所朱广伟、陈开宁、尹洪斌三位研究员专家分别针对近些年太湖蓝藻、水草、底泥进行了总结分析，并提出前瞻性建议。省水文局、水科院对太湖水华情势进行了专业分析和讲解。随后，环湖各地区对今年蓝藻水草打捞处置情况进行工作汇报并充分交流。江苏省水利厅太湖湖泛防控工作领导小组办公室主任季红飞厅长对今年的工作成效给予了肯定。

10月19—31日，江苏省环境监测中心组织全省13个驻市环境监测中心在“江苏省太湖野外水质与蓝藻综合观测站”开展了2020年下半年水生生物样品集中分析工作。水生生物样品包括浮游植物、浮游动物、底栖动物和鱼类。在本次分析工作中，除了传统的镜检分析方法，还探索性地应用了环境DNA检测技术和“藻类人工智能分析系统”等新方法、新设备。

基于水动力扰动和生物操纵控制蓝藻水华的原理，成都市环境保护科学研究院王以尧团队将自主研发的移动曝气系统与生物操纵法相结合，在成都发生蓝藻水华的水体中开展了一系列中试实验。历时两年的中试结果显示，两种控藻技术的联用能很好地抑制蓝藻水华，改善水质，显著提升水环境质量。

着生藻类作为一种生活在水体基质上的附着生物，是水生生态系统的重要组成部分，为水生生态系统提供物质和能量，其数量和种类的变化反映了环境中水质和栖息地的变化。为此，南昌工程学院陈宇炜团队对鄱阳湖着生藻类的时空分布进行了全面调查，并计划对着生藻类与沉水植物的生态关系进行深入研究。

Algae-Hub藻类人工智能分析仪正式上线。其以藻类为对象，整合人工智能、5G通讯、精密制造、物联网和大数据等技术，集成了样品快速扫描、信息数字化、物种鉴定、计数统计等多重功能，可为高等院校、科研院所、水务集团等部门和环境监测、水文监测、海洋监测、水产养殖等领域提供藻类自动检测和数据分析的整体解决方案。

2020年9月25-27日，中国藻业协会微藻分会第六届学术年会于广东湛江举办。本届学术年会由中国藻业协会主办，中国藻业协会微藻分会、广东海洋大学承办，中国海洋湖沼学会海洋生物技术分会、青岛微藻产业学会协办。

波多黎各和美国威斯坦研究所联合开展的一项研究，发现海藻或可提供抗击新冠病毒的物质。蓝绿藻能够产生抑制传染病的特定机制的天然物质，最近发表的多项报告都提到了新冠病毒对从海洋藻类中提取的化学物质具有敏感性，能够被这些物质抑制。从长远来看，或可利用海藻研发出防治新冠肺炎的药物。

俄罗斯门捷列夫化工大学用壳聚糖、藻酸盐两种生物聚合物（分别从藻类和甲壳动物的壳中提取）和银纳米颗粒（由在富含银离子的环境中生长的蘑菇制成）合成了一种生物相容性高且抗菌效果显著的止血新材料，像一块5cm厚的多孔海绵，不仅可以有效止血，还具有明显抗菌活性。

2020年3月以来，博茨瓦纳西北部地区发生不明原因的大象死亡事件，且许多是在水坑附近发现的。2020年9月4日，津巴布韦野生动物保护部门在西部的森林中发现22头非洲象尸体，死亡原因不明。博茨瓦纳野生动物和国家公园管理局首席兽医官吕本·姆马迪21日在记者会上说，在送往实验室的样品中检测出了蓝藻毒素。

Algae-Hub与《湖泊科学》合作，推出藻类数据发表共享平台。Algae-Hub一直致力于收集形态、分子、生理等多项表征数据，并搭建分享和鉴定等综合服务的数据平台，让藻类学同行沟通更便捷、研究更高效。

以色列特拉维夫大学可再生能源实验室开展了一项研究，通过植物对太阳光的利用来发电。他们已经成功使用一种水生植物制造出氢气，并希望最终能成功利用植物来发电。

南京水利科学研究院陈求稳团队研究了太湖蓝藻中6类抗生素耐药基因（ARGs）的发生和时空分布规律。结果表明，蓝藻中ARGs以四环素和磺胺类抗性基因为优势基因，其丰度在水华期显著高于非水华期，蓝藻胞外DNA（eDNA）中ARGs的贡献和持久性高于胞内DNA （iDNA）且在低温下更稳定。温度和蓝藻细胞浓度的升高提高了蓝藻中ARGs细菌同化的共轭转移效率，蓝藻可以作为在水生环境中获取和传播ARGs的重要储库和来源。

Mychonastes homosphaera是长江中下游富营养化湖泊（巢湖，鄱阳湖）常见的优势超微真核藻，但其对富营养化湖泊的适应及进化机制尚未得到阐明。中国科学院南京地理与湖泊研究所史小丽研究团队基于流式细胞分选技术及划线分离法，成功获得M.homophaera藻株，并对分离自典型富营养化湖泊巢湖的超微真核藻M.homophaera的核基因组及其细胞器进行PacBio三代测序，首次完成湖泊超微真核藻全基因组测序工作，并揭示了M.homophaera对富营养化湖泊的适应及进化机制。

中国科学院水生生物研究所毕永红团队就过氧化钙在微囊藻水华防控中的应用做了有益探索。实验结果表明，不同条件下过氧化氢的释放量、除磷效果以及对藻体的灭杀效果均较理想，不仅能有效控制微囊藻水华，且有助于防止富营养化的发生，为蓝藻水华防控提供了一个新的技术手段。

中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究了1961-2013年间中国61个不同水域，170个湖泊SDD的综合数据。研究表明辐射降低和透明度下降使得中国湖泊水下变暗，水下变黑意味着饮用水的水质下降，大型植物和底栖藻类的衰退，以及底栖初级生产，渔业生产和生物多样性下降。

深圳华大生命科学研究院联合德国、丹麦与比利时等团队报道了一种生活在深海的单细胞浮游绿藻Prasinoderma coloniale CCMP 1413。该研究首先获得了一个无任何gap的染色体级别基因组，结合基因组、转录组、核糖体RNA数据的多重系统发育分析，确定该物种属于绿色植物最早分化出来的一个新门类——华藻门（Prasinodermaphyta），揭示了绿色植物起源和演化的关键节点，彻底改变了绿色植物的分类，同时将现在植物界14个门类改写为15个门类。

中国科学院南京地理与湖泊研究所邓建明研究了1992-2017年冬季气候条件和营养水平对太湖春季浮游植物群落的影响，结果表明，冬季和春季风速和日照时间是影响太湖春季浮游植物群落的重要影响因素。浮游植物冬季产生的“气候记忆”效应，在次年春季起作用，这一现象不仅发生在北温带冬季有冰覆盖的浅湖，也发生在冬季无冰覆盖的亚热带湖泊。

西交利物浦大学博士研究生张小凯研究了重金属作为微量元素对太湖藻类生长的影响，研究发现，作为市面上很多杀藻剂主要成分的铜在一定浓度下会刺激藻类生长，并不能起到抑制作用。研究成果指出，太湖蓝藻治理除了减氮控磷，还需控铜。