德國舟形藻(Navicula germanopolonica)-中國硅藻新紀錄種

李 聰，張 曼，呂緒聰，高云霓，董 靜，周傳江，李學軍

(河南師范大學水產(chǎn)學院，河南新鄉(xiāng) 453000)

藻類是養(yǎng)殖池塘水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，作為初級生產(chǎn)者，藻類不僅是調(diào)節(jié)水體溶解氧和營養(yǎng)鹽的重要參與者，同時也是養(yǎng)殖動物餌料來源，在池塘生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中扮演著不可或缺的角色。藻類的種類多樣性能反映水體營養(yǎng)狀況、富營養(yǎng)化程度和發(fā)展趨勢，然而目前有關(guān)藻類分類的研究多在天然水體展開，有關(guān)養(yǎng)殖池塘藻類分類的報道很少。

舟形藻是淡水水體常見的一類羽紋綱硅藻。舟形藻屬()隸屬于硅藻門(Bacillariophyta)羽紋綱(Pennatae)雙殼縫目(Biraphidinales)舟形藻科(Naviculaceae)，該屬主要依據(jù)硅藻類的系統(tǒng)演化和親緣關(guān)系、舟形藻的形態(tài)、細胞的超微構(gòu)造特征的研究結(jié)果進行分類。該屬種類眾多，是舟形藻科中種類最豐富的屬。根據(jù)Diatom Base網(wǎng)站2021年的最新統(tǒng)計，舟形藻屬約有5 000個物種。近年來，學者們圍繞舟形藻屬的分類開展了一系列的工作。例如，2012 年，劉妍等報道了大興安嶺1種中國新紀錄舟形藻屬物種烏普薩拉舟形藻[(Grunow)Peragallo]，并詳細地描述了其形態(tài)學特征。2015 年，吳維維等報道了采自西藏拉魯濕地的1種中國新紀錄種舟形藻屬硅藻植物三角舟形藻(Bahls)。2018年李家英等編纂的中國淡水藻志第二十三卷對中國舟形藻屬的研究成果進行了系統(tǒng)性歸納整理，共收編了165種。

2019年在對河南鄭州圖登農(nóng)場養(yǎng)殖水體中的藻類調(diào)查時發(fā)現(xiàn)了一種舟形藻屬種類。采用Lange-Bertalot等建立的分類系統(tǒng)對圖登農(nóng)場的藻類樣本進行種類鑒定，確定其為舟形藻屬下的中國新記錄種，即德國舟形藻(Witkowski & Lange-Bertalot)。本研究利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對德國舟形藻形態(tài)學特征進行了全面觀察和描述，并分析了該藻類生境的理化因子，以期為其他研究者的相關(guān)工作提供借鑒參考。

1 材料和方法

1.1 樣品采集地

藻類樣品采集自河南省鄭州市中牟縣西關(guān)村圖登農(nóng)場(114°2′5.22″E，34°44′31.78″N)養(yǎng)殖池塘(圖1)。該地屬于北溫帶大陸性季風氣候，氣候溫和，夏季氣溫在17～28 ℃，四季分明，為人工養(yǎng)殖場。該池塘集養(yǎng)殖和景觀功能為一體，是獨立封閉的水體生態(tài)系統(tǒng)。池塘用水為深層地下水，池塘四周邊坡為水泥基質(zhì)，池塘面積1 667 m，養(yǎng)殖品種為小龍蝦()。

a：樣品采集地位置；b：樣品生境照片

1.2 樣品采集

2019年5月，在鄭州市中牟縣西關(guān)村養(yǎng)殖池塘中進行藻類樣本采集。于池塘的南北兩側(cè)設(shè)置2個采樣點，定量樣本采集使用2.5 L有機玻璃采水器采集水面下0.5 m處的水樣，將采得的水樣傾入1 L樣本瓶中并加入1%的甲醛溶液固定樣本，冷藏運輸至實驗室進行藻類鑒定和計數(shù)。

1.3 藻類鑒定和計數(shù)

藻類群落樣本靜置48 h后濃縮至30 mL。充分搖勻后用吸管吸取0.1 mL水樣置于藻類計數(shù)框內(nèi)，蓋上蓋玻片。在顯微鏡下計數(shù)藻細胞個數(shù)并鑒定。假定藻類細胞是隨機分布的，計數(shù)的誤差為±10%。

為獲得便于觀察的硅藻外殼樣本，在實驗室取硅藻樣品10～15 mL放入離心管中3 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min后去掉上清液。將沉淀轉(zhuǎn)移到試管中，并加入10 mL濃硝酸，在通風櫥內(nèi)用酒清燈灼燒10～15 min。待樣品冷卻到70～80 ℃后，將樣本再次轉(zhuǎn)移到離心管中，于3 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min，棄去上清。在離心管中加入蒸餾水吹洗，再次離心，重復洗滌3次，直到樣本呈中性，從而獲得燒制好的硅藻外殼樣本。

硅藻外殼樣本使用英國封片膠(Naphrax)固定，制成永久封片，在光學顯微鏡(尼康E100光學顯微鏡)上進行光鏡拍照。取另一部分樣本，進行電鏡拍攝，具體步驟為：在銅制樣品臺上貼上導電膠，在膠上貼上圓形蓋玻片，滴上5～10 μL處理后的樣本，自然干燥；樣本干燥后，在真空條件下噴金3 min，之后用掃描電子顯微鏡(JSM-7800F，日本電子)觀察藻類形態(tài)，利用LIOO軟件拍照，測量。標本存放于河南師范大學水產(chǎn)學院標本館。標本鑒定見參考文獻[12,15]。

1.4 水質(zhì)指標測定

水質(zhì)指標采樣與藻類采樣同步進行，用便攜式水質(zhì)分析儀(HACH)現(xiàn)場測定養(yǎng)殖池塘水體的溫度、電導率(EC)、pH、溶氧(DO)含量。用2.5 L采水器采集1 L水樣并密封保存，于36 h內(nèi)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》用分光光度計測定氨氮、磷、硝氮、亞硝氮、葉綠素a等含量。

2 結(jié)果

2.1 所采集硅藻標本的形態(tài)特征

所采集硅藻標本主要形態(tài)特征為：細胞長13～16 μm，寬3.5～4.5 μm。殼面橢圓披針形，兩端呈楔形到圓形。中央?yún)^(qū)明顯，致使其周圍的線紋較短。近殼縫端略膨大呈珠狀，遠殼縫端呈鉤狀。殼面線紋在中間呈輻射狀，且略有彎曲，在兩端略匯聚，橫線紋在10 μm內(nèi)有14～17條(圖2 a-e)。

圖2 硅藻標本照片

將所采集的硅藻標本與1993年LANGE-BERTALOT正式發(fā)表的德國舟形藻()模式標本進行仔細對比，將形態(tài)特征差異列入表1。通過與德國舟形藻模式標本進行對比，結(jié)果表明兩者形態(tài)特征都相符：一是兩者的殼面結(jié)構(gòu)都為橢圓披針形，兩端略波狀收縮，端部寬圓形或呈近截圓形；二是殼瓣大小相似(本研究種群長13～16 μm，寬3.5～4.5 μm；模式種群長9～20 μm，寬4～4.5 μm)；三是線紋密度相符(本研究種群線紋密度為14～17條/10 μm，模式種群的為16～18條/10 μm)；四是兩者的中央?yún)^(qū)均明顯且周圍線紋較短；五是近殼縫端都略膨大呈珠狀，且遠殼縫端也相符，均呈鉤狀。綜上所述，本研究將采自圖登農(nóng)場的硅藻標本種類鑒定為德國舟形藻。

本實驗采集自圖登農(nóng)場的德國舟形藻與其它舟形藻屬種類的主要差異不僅體現(xiàn)在殼面大小、外形、點條紋排列方式及密度，還體現(xiàn)在中殼縫和端殼縫的位置和形狀等方面(表1)。主要區(qū)分點如下：與相比，殼面為線形，中央線紋形態(tài)適度輻射，中央?yún)^(qū)大且為圓形。與本物種的不同之處在于線紋密度較高，近殼縫端不明顯，遠殼縫端略斜，中部線紋不輻射。個體較大，線紋較密且適度輻射，中央?yún)^(qū)為大的圓形。與、、3個種相比，中部線紋形態(tài)均呈輻射狀，末端為圓形。德國舟形藻個體較小，線紋密度與相近，與相比，線紋密度略高，但低于的線紋密度。此外，德國舟形藻的中央?yún)^(qū)小，為橢圓形。、的中央?yún)^(qū)小且為圓形，而的中央?yún)^(qū)大且為矩形。

表1 舟形藻屬種類之間的區(qū)別特征

2.2 養(yǎng)殖池塘水質(zhì)特性

鄭州圖登農(nóng)場養(yǎng)殖池塘具體水質(zhì)指標見表2。依據(jù)國家《漁業(yè)水質(zhì)標準》(GB11607-89)可知該養(yǎng)殖池塘水體pH值在正常范圍內(nèi)，溶氧、硬度、堿度正常、磷等含量均小于水體富營養(yǎng)理化指標。氨氮和葉綠素a含量均超標，表明水體處于富營養(yǎng)型狀態(tài)。綜合分析該養(yǎng)殖池塘水質(zhì)為富營養(yǎng)化水體。

表2 養(yǎng)殖池塘水質(zhì)指標

表3 養(yǎng)殖池塘藻類的豐度

3 討論

3.1 舟形藻屬的特征

本研究結(jié)合舟形藻屬的亞顯微結(jié)構(gòu)分類特征對采集的標本進行鑒定。曾經(jīng)所有特征不十分明顯的兩側(cè)對稱的具殼縫硅藻都被歸到舟形藻屬中。舟形藻屬由BORY在1822年建立，并于1844年由KüTZING納入舟形藻科。1861年，DONKIN描述了舟形藻屬多個種類，包括Donkin等，這表明舟形藻屬是一種非常豐富的類群。1981年，MILLIE使用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡對舟形藻屬進行了觀察并對其形態(tài)學結(jié)構(gòu)進行描述。隨著觀測技術(shù)的進步，尤其是電鏡下可觀察的微觀結(jié)構(gòu)特征越來越多。以前隸屬于舟形藻屬的部分類群依據(jù)獨特的形態(tài)特征相繼獨立為新屬。例如，鞍型藻屬()、盤狀藻屬()、全鏈藻屬()、暗額藻屬()新屬、交互對生藻屬()、泥棲藻屬()、巖生藻屬()等?，F(xiàn)今保留的舟形藻屬區(qū)分于以上鞍型藻屬，盤狀藻屬，全鏈藻屬等。其代表性分類特征為細胞單個，罕有連成鏈狀群體。舟狀，多以殼面觀出現(xiàn)，殼面外形多變，殼面通常呈線性披針形或披針形，兩端可呈多種形狀。殼面平坦或彎曲，殼縫直，絲狀，有時會偏離中央，外裂縫中央末端(近殼縫端)簡單或膨大形成孔狀或鉤狀，極端(遠殼縫端)簡單或強烈的鉤狀。殼面橫線紋單列或少有雙列的，除極少數(shù)種類的線紋是肋紋狀外，線紋基本都是由不同型的明顯和不明顯的點紋組成。橫線紋平行或輻射狀排列。殼環(huán)面觀呈長方形，由幾個開口的常常是平滑或平坦帶組成。每個細胞具2個殼環(huán)帶色素體，位于頂軸的各邊，每個色素體包含1個伸長的蛋白核。本屬硅藻通常情況是營養(yǎng)繁殖，當營養(yǎng)繁殖到一定階段時會發(fā)生有性生殖。發(fā)生有性生殖時，2個母細胞的原生質(zhì)分裂，各形成2個配子，2個配子結(jié)合形成1個復大孢子。我們將所采集的標本與原舟形藻屬分出的各屬仔細比對后發(fā)現(xiàn)，所采集的標本具有以下四點特征：一是殼面為近似舟狀的橢圓披針型；二是近殼縫端略膨大呈珠狀；三是遠殼縫端呈鉤狀；四是殼面橫線紋呈輻射狀排列。因此，我們認為該種具有舟形藻屬的典型特征，將其歸入舟形藻屬。

3.2 德國舟形藻的分布

本研究報道的德國舟形藻種群采集自富營養(yǎng)化的淡水養(yǎng)殖池塘中。1993年到2002年間，LANGE-BERTALOT等在波蘭的格但斯克灣(18°39′33.75″N，54°22′39.42″E)西南沿岸淺層海底沉積物中以及流入海灣的淡水溪流中發(fā)現(xiàn)并報道了德國舟形藻的模式種群，該種群為水體中的優(yōu)勢種群。其水體生境特征屬于淡水和微咸水水體。根據(jù)LANGE-BERTALOT對水質(zhì)的分類辦法，該地區(qū)磷酸鹽、硝酸鹽、氨態(tài)氮正常，亞硝酸鹽超標，水體為富營養(yǎng)化狀態(tài)。除了模式種的發(fā)現(xiàn)地，2004年COOK等在德國敘爾特島(8°18′47.75″N，54°54′29.94″E)一個沙質(zhì)濱海地點采集微型底棲植物時也發(fā)現(xiàn)并報道了德國舟形藻，其生境特征為沉積物中有機質(zhì)含量低(0.1%～0.2% w/w)，碳氮比為5～8，葉綠素a含量高，年變化范圍為13～21 μg/L。本文報道的德國舟形藻相對豐度為0.4%，是小龍蝦養(yǎng)殖池塘中的偶見種，氨氮含量較高，葉綠素a含量為23.3 μg/L，水體也處于富營養(yǎng)狀態(tài)。因此，德國舟形藻種群可能喜歡生活在富營養(yǎng)化水體中；且該物種可能具有富營養(yǎng)化水體指示生物的潛在研究價值，但這一結(jié)論需要進一步的研究證實。