外來入侵海洋紅藻牛島薄膜藻Haraldiophyllum udoense的形態(tài)觀察及rbcL基因序列分析*

于雅楠 卞 瑤, 2 董 浩 王宏偉, 2

外來入侵海洋紅藻牛島薄膜藻的形態(tài)觀察及L基因序列分析*

于雅楠1卞 瑤1, 2董 浩1王宏偉1, 2①

(1. 遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 遼寧大連 116081; 2. 遼寧省植物生物技術(shù)重點(diǎn)實驗室 遼寧大連 116081)

為統(tǒng)計大連海域紅藻的物種多樣性, 在2016年5月至2021年5月進(jìn)行標(biāo)本采集時, 發(fā)現(xiàn)了紅葉藻科入侵海藻牛島薄膜藻M. S. Kim et J. C. Kang, 對其形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的觀察, 并對L基因序列進(jìn)行了分析。結(jié)果表明: ①藻體直立; 呈暗紅色或紅褐色; 高7～30 cm, 寬6～25 cm; 葉片狀, 薄膜質(zhì); 藻體除基部和生殖結(jié)構(gòu)外為單層細(xì)胞。②L基因序列分析的結(jié)果顯示本研究的6個樣本間無堿基差異, 與產(chǎn)自韓國的牛島薄膜藻無堿基差異。牛島薄膜藻是在我國海域首次發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)錄種, 同時薄膜藻屬Zinova為我國新紀(jì)錄屬, 認(rèn)為船舶壓艙水及海水流動是該種入侵的主要原因。本研究結(jié)果將豐富我國紅葉藻科海藻的多樣性, 同時為外來海藻的入侵途徑及對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的影響提供新資料。

牛島薄膜藻; 外來入侵; 新紀(jì)錄; 形態(tài)觀察; 分子分析

牛島薄膜藻M. S. Kim et J. C. Kang隸屬于紅藻門Rhodophyta、仙菜目Ceramiales、紅葉藻科Delesseriaceae、薄膜藻屬Zinova, 目前該屬在全世界共報道了8個種, 模式種為(Kylin) Zinova (Paiano, 2020)。最早Kylin (1925)提出屬的三個種Kylin、Kylin、Harvey果胞系發(fā)育過程相同, 但與屬模種不同, 前者有兩組不育細(xì)胞, 后者只有一組不育細(xì)胞。之后有學(xué)者根據(jù)這種生殖結(jié)構(gòu)的不同, 建立薄膜藻屬Zinova, 將Kylin、Kylin、Harvey移入該屬, 產(chǎn)自大西洋的(Kylin) Zinova為該屬模式種(Wynne, 1983)。Nam等(1996)最先在韓國濟(jì)州牛島發(fā)現(xiàn)了牛島薄膜藻但錯認(rèn)為屬模種, 隨后Kim等(2011)基于形態(tài)觀察和L基因序列分析確定該種為一新種, 命名為牛島薄膜藻M. S. Kim etJ. C. Kang。該種主要分布于韓國西、南部及濟(jì)州島。

海洋運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展使得外來物種的傳播與入侵愈發(fā)嚴(yán)峻(劉艷等, 2013), 已成為海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害之一(楊圣云等, 2001)。近年來一些大型有害藻類在大連海域被發(fā)現(xiàn), 如舌狀酸藻死亡后會分泌硫酸, 可導(dǎo)致其他藻類的死亡和水質(zhì)污染(邱政, 2010); 硬毛藻屬新紀(jì)錄種強(qiáng)壯硬毛藻在大連海參養(yǎng)殖池中大量繁殖, 可將海參纏繞致死, 給海參養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大損失(遲永雪等, 2009); 在黑石礁海域發(fā)現(xiàn)的具孔斯帕林藻, 藻體較大并在該地大量繁殖, 遮蓋小型藻類, 影響其光合作用和發(fā)育繁殖, 可能會對該海域藻類物種多樣性產(chǎn)生影響(宋學(xué)文等, 2018)。

2016年5月在遼寧省大連市黑石礁、付家莊、金石灘等海域發(fā)現(xiàn)了牛島薄膜藻, 目前我國暫無關(guān)于該種的報道, 同時薄膜藻屬也未見報道。在本研究中, 對其進(jìn)行詳細(xì)的形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察和分子分析, 明確該種的分類地位, 討論該種入侵途徑。本研究結(jié)果將豐富我國紅葉藻科海藻的多樣性, 同時為外來海藻的入侵途徑及對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的影響提供新資料。

1 材料與方法

1.1 樣本的采集和處理

海藻樣本于2016年5月至2021年5月采自遼寧省大連市黑石礁、付家莊和金石灘, 樣本處理參照李芳(2016)、宋學(xué)文等(2018)的方法, 對采集的樣本進(jìn)行編號, 新鮮藻體用于制作冰凍切片觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu), 一部分進(jìn)行硅膠干燥處理用于提取DNA, 藻體形態(tài)完好的制成臘葉標(biāo)本, 保存于遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院植物標(biāo)本館(LNU)。使用解剖鏡和顯微鏡(Olympus BH2)對藻體形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并用Nikon HFX-Ⅱ A照相機(jī)拍照記錄。

1.2 DNA提取與PCR擴(kuò)增

使用植物基因組DNA提取試劑盒(TIAGEN, Valencia, CA, Beijing)對海藻樣本的DNA進(jìn)行提取, 并進(jìn)行PCR擴(kuò)增, 具體PCR參數(shù)參照李芳(2016)。應(yīng)用軟件Primer5.0設(shè)計引物, 引物組合見表1, 由上海生工生物公司合成。擴(kuò)增后的產(chǎn)物用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測, 檢測后產(chǎn)物的純化和測序由上海生工生物公司完成。

表1 rbcL序列擴(kuò)增所用引物

1.3 rbcL基因序列分析

從GenBank上選取并下載薄膜藻屬3個種、屬3個種、屬2個種和橡葉藻屬4個種, 以及作為外群種的松節(jié)藻科鴨毛藻屬鴨毛藻、凹頂藻屬細(xì)枝凹頂藻與仙菜科仙菜屬柔質(zhì)仙菜(表2), 與本研究6個樣本的L基因序列進(jìn)行比對分析。

表2 rbcL基因序列分析所用樣品信息

應(yīng)用軟件Clustalx (1.83)進(jìn)行序列比對, 軟件MEGAX進(jìn)行堿基差異度分析以及系統(tǒng)樹的構(gòu)建, 使用最大似然法Maximum likelihood (ML)、鄰接法Neighbor joining (NJ)和最大簡約法Maximum parsimony (MP)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹, 遺傳距離計算模型為Number of differences和雙參數(shù)遺傳距離, Bootstrap重復(fù)1 000次。

2 結(jié)果

2.1 薄膜藻屬(新擬)

Zinova, 1981

藻體直立, 薄膜質(zhì), 葉片寬線形至倒卵形, 深裂或淺裂, 邊緣全緣、波狀或具小齒, 無中脈和顯微細(xì)脈; 固著器圓盤狀, 具多個匍匐狀假根; 皮層細(xì)胞呈多角邊形, 藻體除基部和生殖結(jié)構(gòu)外均為單層細(xì)胞; 雌雄異體, 配子體和四分孢子體同型; 果胞枝由4個細(xì)胞構(gòu)成, 形成囊果時, 產(chǎn)孢絲與下部細(xì)胞發(fā)生融合, 在產(chǎn)孢絲頂端發(fā)育出單果孢子; 精子囊在藻體表面呈不規(guī)則狀白斑; 四分孢子囊排列為兩層, 呈四面錐形分裂。

模式種:(Kylin) Zinova, 1981

2.2 牛島薄膜藻(新擬,圖1)

M. S. Kim etJ. C. Kang, 2011

模式標(biāo)本產(chǎn)地: 韓國濟(jì)州牛島

外部形態(tài): 藻體直立, 高7～30 cm, 寬6～25 cm, 暗紅色或紅褐色; 葉片狀, 薄膜質(zhì), 葉片全緣, 淺裂或深裂, 一至多個寬線性、卵形或倒卵形葉片; 基部具圓柱形短柄, 長2～3 cm, 厚約1 mm; 固著器圓盤狀, 無中脈和顯微細(xì)脈(圖1a～1f)。

圖1 牛島薄膜藻的外部形態(tài)

注: a, b: 雌配子體; c, d: 四分孢子體; e, f: 雄配子體

營養(yǎng)結(jié)構(gòu): 藻體由單層多邊形細(xì)胞構(gòu)成, 無髓部(圖2a, 2b), 厚約25 μm, 近基部細(xì)胞層數(shù)變多(圖2c)。

生殖結(jié)構(gòu): 雌雄異體。成熟雌配子體上囊果近球形, 突出藻體表面呈紅色斑點(diǎn)(圖2d, 2e); 果孢子近球形, 由產(chǎn)孢絲發(fā)育形成, 大小約30～35 μm (圖2f)。成熟雄配子體上精子囊群呈肉眼可見的白色條紋(圖2g); 藻體單層細(xì)胞發(fā)生分裂, 形成精子囊母細(xì)胞(圖2h, 2i), 隨后形成瓶狀的精子囊(圖2h, 2j), 內(nèi)有成熟精子, 大小約1～2 μm (圖2j, 2k)。四分孢子囊群圓形或橢圓形, 在藻體表面略有隆起(圖2l); 四分孢子囊四面錐形分裂, 成熟的四分孢子近球形, 大小約30～ 35 μm (圖2m, 2n)。

習(xí)性: 生長在中、低潮帶或潮下帶的礁石上(圖3)

產(chǎn)地: 大連市黑石礁(121°33′E, 38°52′N)、大連市付家莊(121°38′E, 38°52′N)、大連市金石灘 (121°59′E, 39°04′N)

國外分布: 韓國南部、西部海岸及濟(jì)州島

圖2 牛島薄膜藻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

注: a: 藻體表面觀; b, c: 藻體橫切面觀; d, e: 雌配子表面觀示囊果; f: 囊果橫切面觀(ca: 果孢子); g, h: 雄配子體表面觀示精子囊群(sm: 精子囊母細(xì)胞; st: 成熟精子囊); i: 精子囊母細(xì)胞橫切面觀; j: 精子囊橫切面觀; k: 精子(sp); l, m: 四分孢子體表面觀示四分孢子囊; n: 四分孢子囊橫切面觀(te: 成熟的四分孢子囊)

圖3 牛島薄膜藻的野外生境

2.3 rbcL基因序列分析

本研究6個樣本的L基因序列長度為1 253 bp, 比對校正后的序列長度為1 253 bp。由ML系統(tǒng)發(fā)育樹顯示:本研究的6個樣本與韓國產(chǎn)的牛島薄膜藻聚在一支, 支持率為100%。與.和.聚集在一個大分支上, 支持率為100% (圖4)。

圖4 基于rbcL基因序列構(gòu)建的ML系統(tǒng)發(fā)育樹

注: 節(jié)點(diǎn)數(shù)值表示支持率, 只顯示大于50%, 從左至右分別為ML、MP、NJ

序列比對結(jié)果顯示: 6個樣本間無堿基差異, 與產(chǎn)自韓國的牛島薄膜藻無堿基差異, 與.和.的堿基差異為71 bp (5.67%)、63 bp (5.03%), 與屬3個種的堿基差異為114 bp (9.10%)～153 bp (12.21%), 與外群種鴨毛藻、細(xì)枝凹頂藻及柔質(zhì)仙菜的堿基差異為192 bp (15.32%)、192 bp (15.32%)、199 bp (15.88%)。

3 討論

采自大連的標(biāo)本與韓國的牛島薄膜藻(Kim, 2011)形態(tài)一致, 基于L基因序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹顯示, 本研究的6個樣本與韓國產(chǎn)的牛島薄膜藻聚在一支, 支持率為100%, 與薄膜藻屬兩個種和聚集在一個大分支上, 區(qū)別于其他種, 證明該藻為牛島薄膜藻。關(guān)于薄膜藻屬, Kang等(2017)根據(jù)牛島薄膜藻的雌配子體生殖結(jié)構(gòu)與該屬其他種不同而將其分離出來, 建立新薄膜藻屬, 將牛島薄膜藻更名為牛島新薄膜藻, 后有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)將新薄膜藻屬移回薄膜藻屬 (Paiano, 2020), 我們認(rèn)為根據(jù)生殖結(jié)構(gòu)這一不同點(diǎn)來建立一新屬是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)? 不支持新薄膜藻屬的建立, 因此本研究的外來入侵海藻為牛島薄膜藻。該種是在我國首次發(fā)現(xiàn)的新紀(jì)錄種, 同時薄膜藻屬為我國新紀(jì)錄屬。

海洋外來物種的入侵一般通過有意和無意兩種途徑, 有意如物種引進(jìn), 無意如船舶壓艙水(趙淑江等, 2005)。從日本海域入侵到大連市黑石礁的具孔斯帕林藻, 其入侵途徑有三種即海洋養(yǎng)殖品種的引進(jìn)、船舶壓艙水和海水流動(宋學(xué)文等, 2018)。牛島薄膜藻產(chǎn)自韓國, 而近年來大連市未從韓國引進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)物種, 所以該藻可能通過船舶壓艙水和海水流動這兩種方式入侵到大連海域。據(jù)統(tǒng)計, 澳大利亞沿岸發(fā)現(xiàn)的外來海洋物種, 絕大多數(shù)通過船舶壓艙水入侵(朱建庚等, 2006), 約100多種外來物種通過船舶壓艙水入侵到美國多個水域(邵柏, 2001), 有害赤潮藻類通過船舶壓艙水入侵, 已對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重危害(王朝暉等, 2010)。我國對船舶壓艙水的管理較為薄弱, 所以牛島薄膜藻的孢子可能隨與韓國往來的船只攜帶的壓艙水進(jìn)入大連海域。此外, 海水的流動也可能是該種入侵的原因之一。近些年全球變暖引發(fā)海平面上升(Chust2010), 可改變海水潮汐, 促進(jìn)海水流動(Nicholls, 2010; 宋學(xué)文等, 2018), 地理位置上大連市和韓國毗鄰黃海, 牛島薄膜藻的孢子可能隨海水從韓國濟(jì)州島流動到大連海域, 且大連市的氣候類型和海洋環(huán)境與韓國相似, 適合該藻的生長繁殖。

外來入侵物種具備適應(yīng)力強(qiáng)、繁殖力強(qiáng)、傳播力強(qiáng)等特征, 可能會對當(dāng)?shù)厣锓N群、生態(tài)系統(tǒng)造成災(zāi)難性后果(邱政, 2010)。外來海藻由于沒有棲息壓力, 會大量占據(jù)資源而處于優(yōu)勢地位(陸琴燕等, 2013), 自在大連海域發(fā)現(xiàn)牛島薄膜藻后, 每年都能在黑石礁、付家莊、金石灘等地發(fā)現(xiàn), 且生物量逐年增多, 可見該藻在大連海域大量繁殖, 已經(jīng)有了一定的規(guī)模。牛島薄膜藻藻體較大, 可能會和當(dāng)?shù)匦⌒驮孱悡屨忌婵臻g, 通過遮蓋影響其光合作用, 使其生存和繁殖受到限制(Paiano, 2020)。藻體腐爛分解需要消耗海水中的溶解氧, 可能出現(xiàn)局部缺氧的情況而導(dǎo)致其他海洋生物死亡。該種的出現(xiàn)可能對當(dāng)?shù)氐奈锓N多樣性產(chǎn)生了一定影響。

4 結(jié)論

基于形態(tài)學(xué)觀察和L基因序列分析, 發(fā)現(xiàn)牛島薄膜藻M. S. Kim et J. C. Kang為我國新紀(jì)錄種, 同時薄膜藻屬Zinova為我國新紀(jì)錄屬。認(rèn)為船舶壓艙水及海水流動是該種入侵的主要原因, 其入侵已對當(dāng)?shù)氐脑孱愇锓N多樣性產(chǎn)生了一定影響。

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MORPHOLOGICAL ANDL GENE SEQUENCE ANALYSES ON INVASIVE MARINE RED ALGAE,

YU Ya-Nan1, BIAN Yao1, 2, DONG Hao1, WANG Hong-Wei1, 2

(1. College of Life Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116081, China; 2. The Key Laboratory of Plant Biotechnology of Liaoning Province, Dalian 116081, China)

In order to count the species diversity of red algae in Dalian sea areas,M. S. Kim et J. C. Kangin the family Delesseriaceae was discovered as an invasive species during May 2016 to May 2021 when we collected specimens. Detailed morphological structure was observed and theL gene sequence was analyzed. Results show that the thallus is erect, dark red or reddish brown, 7～30 cm high and 6～25 cm wide, leaf-like, membrane quality. The algae is monostromatic except for the lower portion and reproductive structures. TheL gene sequence analysis showed no divergence between our six samples ofand sequence from Korea. Both the species ofand the genusZinova are the new record in China. We infer that the ship ballast water and seawater flow are the main reasons for this species invasion.

; foreign species; new record; morphological observations; biomolecular analysis

Q943.2

10.11693/hyhz20210700155

*國家自然科學(xué)基金項目, 31270251號。于雅楠, 碩士研究生, E-mail: 1643136760@qq.com

王宏偉, 教授, 博士, 博士生導(dǎo)師, E-mail: kitamiwang@163.com

2021-07-06,

2021-08-27