【藻纪事】第五期：2020年11月-12月

对碱性湖泊的研究具有重要的生物，环境和经济价值，脂质生物标志物是研究此类湖泊了解其生物地球化学意义的媒介。南京大学地球科学与工程学院胡文瑄教授课题组回顾并比较了世界各地古代碱性湖泊的典型例子。脂质生物标志物证据，包括C₃₀-甾烷，Pr / Ph，Pr / n-C₁₇-Ph / n-C₁₈等，表明这些碱性湖泊正在减少，且趋向高盐化和分层化。正构烷烃，甾烷/庚烷，C₂₈-St / C_27-29-St％和C₂₈ / C₂₉-St值表明，藻类和细菌在碱性湖泊生物量中占比很高，而高等植物的占比较低。藻类主要是耐盐性绿藻，而不是蓝藻。不同的碱性湖泊在沉积环境上有一些细微的差异。碱性湖泊的古环境和生物量系统地共同发生变化。藻类/细菌的比例与盐含量的不断降低呈正相关，因为盐度的增加提高了耐盐性绿藻的竞争力。这些极端碱性环境中的变化太小，不足以引起绿藻/总藻类的比例以及蓝藻、光合自养生物和/或I型甲烷营养菌的丰度发生明显变化。脂质生物标志物数据表明，对盐湖和碱性湖泊生物量的主要控制因素是其地质年龄，其次是它们的盐度。油、气的形成受诸如有机物丰度，热成熟度，湖盆大小以及富含有机物的沉积物厚度等因素影响。

近几年，尽管太湖外源污染物总体减少，但蓝藻密度和总磷浓度却异常升高。在此背景下，南京大学环境学院杨柳燕教授课题组对太湖水华蓝藻（BFC）的磷释放潜力进行了研究。研究发现，BFC的磷释放潜力取决于它们不同的生理状态以及不同季节下的藻密度。此外，不同季节盛行风驱使下的水平漂移也是太湖BFC磷释放潜能存在时空差异的重要原因。BFC高水平的磷释放量显著促进了夏季西北太湖和冬季南部太湖的总溶解性磷和溶解性活性磷浓度的增加。总体而言，BFC的生理状态与水平漂移的协同作用决定了太湖BFC磷释放潜能的时空差异，而BFC释放磷的时空差异是引起太湖总磷特异性分布的重要因素。该研究为解释过去五年来太湖总溶解性磷浓度以及水华蓝藻密度的持续增加提供了新的见解。

中国海洋大学环境科学与工程学院赵建教授课题组研究了一种新型光催化材料——氧掺杂无金属石墨氮化碳（g-C₃N₄）对铜绿微囊藻及藻毒素的灭活、降解效能。与传统的光催化材料（如TiO₂）相比，基于C₃N₄的材料具有更高的可见光利用率，在环境净化与光催化失活方面具有广阔的应用前景。该研究结论表明，这种氧碳氮化物（m-g-C₃N₄）在可见光下可以有效抑制藻类的生长，其作用的主要机制是产生胞外羟基自由基、氧自由基对细胞膜造成损伤，同时材料与细胞膜直接接触造成的物理损伤也具有一定贡献。即使在有机物含量高（约20 mg C/L）的天然淡水中，材料对藻类的抑制作用依然有效。研究发现，氧掺杂强化了C₃N₄对可见光的利用以及电荷分离，因此提高了其光催化性能。此外，材料也能有效同步降解铜绿微囊藻细胞被破坏时释放的藻类毒素。基于以上研究结果，研究者们认为，无金属C₃N₄纳米材料有希望应用于有害藻华的控制，比如可以作为杀藻剂的添加剂、隔离网涂层等。

在工业生物技术领域，聚球藻（Synechococcus sp. PCC 7002）因生长速度快、易于基因操作以及对盐度、光强和温度的高耐受性，具备大规模培养以生产可再生生物燃料的潜力。英国科研人员将代谢建模与机器学习工具相结合，对Synechococcus sp. PCC 7002基因组水平的代谢模型（GSMM）进行了分析。具体方法为，用包含728个基因的iSyp 702的GSMM表征聚球藻的适应机制，用二次正则化实现多目标流平衡分析（FBA），然后应用机器学习技术（PCA，k均值聚类和LASSO回归）来识别功能上重要的基因和反应。研究结果表明，将代谢建模与机器学习相结合，不仅可以识别生物学上重要的基因转录和代谢流，而且还可以将这些特征更有效地与初始表达数据提供的促进/限制生长条件联系起来，从而可以阐明聚球藻应对光强和盐度波动的机制，而这种波动仅靠转录组学是无法检测到的。

浮丝藻（Planktothrix）是一种可形成水华的蓝藻，因其全球性分布和产毒性日益受到关注。在日本第二大湖泊霞浦湖（Lake Kasumigaura），近些年常发生浮丝藻水华，鉴于其生态学和生物分类学重要性，日本国立环境研究所的研究人员对分离自霞浦湖的阿氏浮丝藻（Planktothrix agardhii NIES-204）的完整基因组序列进行了测定。测定结果发现，P. agardhii NIES-2045S核糖体RNA基因与16S和23S核糖体RNA基因不相邻，其基因组结构与从地理上较远的站点分离出的另一种P. agardhii的基因组结构高度相似。此外，通过对P. agardhii NIES-204大量基因簇的鉴定，他们发现，相比其他浮丝藻藻株，其铜绿菌素合成基因簇与铜绿微囊藻的更相似，表明aer基因簇从铜绿微囊藻或其近缘种向P. agardhii NIES-204发生了水平迁移。浮丝藻藻株prenylagaramide基因簇编码的烯丙基转移酶在系统发育上被分成两个不同的类型，表明该酶存在功能上的差异。除了次级代谢产物基因簇，研究人员还鉴定了P. agardhiiNIES-204的无机氮、磷酸盐摄取以及伪空胞基因。

为了准确监测水环境样品中的蓝藻毒素，需要考虑可重复的分析程序和严格的质量控制。为此，加拿大研究人员对不同类型蓝藻毒素（鱼腥藻毒素、拟柱孢藻毒素、anabaenopeptins以及12种微囊藻毒素）在不同场景下的短期和长期储存稳定性进行了评估。通过对24-48h内经运输后的湖水样品人工加标来评估毒素短期存储的稳定性（湖水+毒素，湖水+毒素+硫酸氢钠，超纯水+毒素），中期存储稳定性的评估周期为14-28天，样品基质有超纯水、经氯处理的饮用水以及地表水（经过滤和未过滤），同时考虑了不同温度的影响。检测结果发现，在自来水（20°C）和未过滤的地表水（20°C或4°C）中，拟柱孢藻毒素和anabaenopeptins大量减少。不管基质类型如何，将样品保持冷冻状态后，蓝藻毒素的回收率通常保持在80-120％的范围内。在–20℃下将存储时间延长至365天后，大多数蓝藻毒素的下降幅度为10–20％，值得注意的是，含色氨酸的MC-LW和MC-WR具有较大的变化（减少了30％-50％）。地表水样品在-20℃长期储存后其蓝藻毒素也有明显的下降趋势（6％-23％）。鉴于上述测试结果，应尽量缩短保存时间来确保蓝藻毒素样品的完整性。

华中科技大学生命科学与技术学院罗亮教授和香港城市大学能源与环境学院王文雄教授、香港科技大学化学系唐本忠院士课题组合作，在有害藻华（HABs）控制材料领域取得重要进展。研究人员将自主研发的新型材料TVP-A引入HABs治理中，TVP-A是一种具有聚集诱导发射（AIE）特性的带正电荷的光敏剂，可以有效吸收白光以产生活性氧（ROS）。TVP-A具有良好的水溶性，并迅速吸附到漂浮在水体表层的藻类细胞上，通过对细胞核和叶绿体的氧化破坏触发藻类细胞死亡。低浓度的TVP-A仅需几分钟的阳光照射即可对藻类产生灭杀作用，使其适用于大多数天气条件下的大规模藻华控制。此外，TVP-A对鱼和哺乳动物细胞无毒，在藻华的光动力控制过程中，TVP-A的缓慢自降解可防止环境积累或对生态系统的二次污染。因此，研究者认为TVP-A是一种极佳的HABs绿色治理候选材料。

马尾藻（Sargassum）水华亦被称之为“金潮”，在我国黄海，自2000年有报道以来，其暴发频次和规模均呈大幅上升态势。由于它能造成条斑紫菜（Pyropia yezoensis）的不良生长和低产，至2017年时，已使我国东部沿海地区水产养殖业蒙受巨大经济损失，对沿海经济生产和生态环境构成了新的威胁。华东师范大学河口海岸科学研究院刘东艳研究员课题组和上海海洋大学海洋生态与环境学院何培民教授课题组针对近年来在我国黄海和东海大规模暴发的马尾藻水华进行了调查研究。为了确定水华来源，研究人员在南黄海、东海以及韩国济州岛海域进行了历时三年的大规模采样。采自三个区域的藻类样品在形态上存在微小差异，遗传距离和ABGD（Automatic Barcode Gap Discovery）模型分析结果表明，这三个区域的藻类样品遗传多样性非常低，均为铜藻（Sargassum horneri）。来自12个站点的33个藻类样本被分为6个单倍型，而来自东海的样本比来自其他两个区域的样本具有更多的单倍型。结合早前的研究资料，研究人员判定，东海沿岸附着生长的铜藻是黄海“金潮”的主要来源。

作为浮游植物重要的营养来源以及对水柱中光合有效辐射的吸收，溶解性有机物（DOM）对水环境中浮游植物的丰度和组成有着重要影响。为阐明浮游植物群落动态与DOM之间的关系，北京师范大学资源学院江源教授课题组分别在旱季和雨季对我国东江流域110个点位的浮游植物群落和DOM进行了调查。调查数据的分析结果表明，浮游植物的生物量和群落组成与三种DOM（C2，C3，C4）显著相关，其中C3，C4（protein-like DOM）对浮游植物组成的影响尤为突出。来自农业废水的C2（humic-like DOM）既增加了浮游植物的生物量，也改变了浮游植物的组成，而陆源性的C1（humic-like DOM）对河流中浮游植物生物量没有促进作用。在两者关系中，存在突变点，即浮游植物丰度随着DOM组分浓度的变化迅速增加或减少。了解水体中DOM成分的变化及其对浮游植物群落动态的影响对水华防控以及水体生态系统的管理具有重要指导意义。

底栖甲藻对浅海环境初级生产和生态系统维持有重要贡献。但是，其中一些被认为是潜在的产毒物种，会对生态系统造成有害影响。印度研究人员首次报导了在阿拉伯海东部拉克沙德普水域（Lakshadweep waters）大规模暴发的慢原甲藻（Prorocentrum rhathymum）水华。该水华事件出现在拉克沙德普群岛的班加拉姆泻湖（Bangaram Lagoon）中。他们在丝状蓝藻和红海束毛藻（Trichodesmium erythraeu）构成的粘液状聚集物中观察到了大量慢原甲藻，同时在近岸区域，也有数量可观的慢原甲藻附着在新鲜的大型藻类叶状体上。调查结果表明，被冲刷到水柱中的大型藻类碎片充当了慢原甲藻向水柱转移的基质，而温暖的海面温度以及稳定的水柱条件有利于春季季风期班加拉姆泻湖中慢原甲藻水华的暴发。由于慢原甲藻能产生毒素，对浅海珊瑚礁生态系统具有潜在危害，因此研究者们呼吁，需要对该水域有害底栖藻类进行常规监测和综合研究，以了解这种有害藻华的发生频率及其对当地浅海生态系统的影响。

淡水面临着许多环境问题，包括富营养化，酸化，盐碱化和气候变化，所有这些都可能导致生态系统结构和功能受损，目前美国和欧盟都将底栖藻类作为评估和量化这些损害的一项指标。来自美国和欧盟的环境专家结合案例研究，个人经验和文献调研对欧盟和美国之间有关底栖藻类评估的概念和方法进行了比较。其中对核心法规（欧盟的《水框架指令》和美国的《清洁水法》）的比较是主线。其他比较包括基本概念、采样设计、操作方法、评价指标、评价基准、分类学解决方案，藻类群和度量选择，压力源评估以及压力源-响应关系等。通过比较发现，两者之间既存在许多共性，比如对硅藻的关注超过了其他藻类，同时也存在许多关键差异，比如与欧盟相比，美国多指标索引的使用更加广泛。这些总结和比较有益于世界其他国家和地区从中汲取经验，提高对当地水环境生态的评价水平。

红色中缢虫（Mesodinium cf. rubrum）是一种全球性分布且可形成水华的浮游纤毛虫，常在近岸和上升流区域引起赤潮。由于该物种在南非的周日河口（Sundays Estuary）一直存在，但从未观察到水华（> 1,000 cells ml^-1），因此南非研究人员对此现象进行了研究。研究结果表明，影响红色中缢虫的关键非生物环境因子是季节和盐度，在夏季和春季，红色中缢虫种群密度趋于高峰，并倾向分布于水柱盐度分层明显的多盐性盐度区域（> 18）。这反映了该物种的昼夜垂直迁移行为（DVM），表明其具有在白天利用表层最佳光照条件和在夜间利用底层上覆水丰富营养的能力。与红色中缢虫种群动态密切相关的浮游植物类群是褐藻门的针胞藻纲（Raphidophyceae）和隐藻门的隐藻纲（Cryptophyceae）。虽然红色中缢虫与同样可形成水华的河口优势种赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）生态位重叠，但红色中缢虫稍弱的竞争能力限制了它的丰度。红色中缢虫的混合营养觅食行为对隐藻种群形成了自上而下的控制，但由于作为食物的隐藻数量有限（平均<300 cells ml^-1），抑制了红色中缢虫水华的形成。该项研究证实了红色中缢虫的种群动态与盐度和DVM行为有关，并建议改变河口水动力条件来防止可形成HABs的单种浮游植物类群形成绝对优势。该研究结论有助于我们对入海河口HABs的了解和管理。

为了应对伊利湖的有害藻华（HABs），美国和加拿大共同制定了降低流域磷负荷的目标，并通过一系列模型来指导负荷的削减。尽管一些流域模型模拟了气候对营养负荷的影响，但并未将这种影响或不确定性扩展到HABs的预测中。为此，美国密西根大学的研究人员通过整合4个气候模型，3个流域模型（SWAT）和4个HAB预测模型，对伊利湖养分主要来源——莫米河（Maumee River）流域不同时期的营养负荷以及伊利湖的HABs进行了预测。结果表明，模型对当前（2002-2017年）和历史时期（1985-1999年）流域负荷、伊利湖HABs的模拟值与实际观测值有良好的吻合度，在流域内土地利用和集水区管理方法不变的前提下，气候对集水区的影响很可能导致莫米河流域未来（2051-2065年）的负荷减少；对这一系列模型不确定性来源进行的蒙特卡洛分析结果显示，与每个模型相关联的不确定性都是显著的，因此需要对上述三种模型进行改进以建立对未来预测的信心。

12月5日，科技基础资源调查专项“我国近海有毒有害藻类与藻毒素调查及开放数据库构建”项目2020年度进展会在青岛召开。中国科学院陈宜瑜院士，暨南大学齐雨藻教授、吕颂辉教授等专家与会指导，中国科学院海洋研究所于仁成研究员主持会议。项目负责人颜天研究员汇报了针对有毒有害微藻、休眠体、致灾大型海藻、藻毒素和环境要素，在中国近海重要赤潮区和绿潮区连续站点调查、分子标记适用性、藻华原因种的鉴定以及数据库建设等方面的总体进展和重要发现。随后专家组进行了质疑和研讨，充分肯定了项目已取得的成果和健康的运行状态，并提出了指导意见和建议。

11月20日至22日，由华南师范大学主办，中国海洋湖沼学会藻类学分会承办的第七届全国“藻类多样性和藻类分类”学术研讨会在广州顺利召开。本次研讨会设立2个分会场（藻类分类和多样性研究分会场、藻类生理与生态学研究分会场），各类报告共计54场，涵盖藻类分子多样性和分子系统学、藻类区系分类和进化、水域微藻群落结构特征、藻类多样性高通量分析等多方面内容。华南师范大学李扬教授主持会议，来自全国高校、科研院所和企业等近200名专家、学者和代表与会。