中國新記錄種卡西雙壁藻的形態(tài)特征與生境調(diào)查

呂緒聰 張曼 董靜 高云霓 王盼盼 劉青娟 李學(xué)軍

摘要：為探究內(nèi)蒙古烏梁素海固著硅藻的生物多樣性，評價水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)，2020年7月開展了藻類采集與調(diào)查工作。調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)了雙壁藻屬的一個中國新記錄種——卡西雙壁藻（Diploneis calcilacustris）；描述了該種的形態(tài)特征，分析了烏梁素海水體理化性質(zhì)和固著硅藻的群落組成。結(jié)果表明，卡西雙壁藻殼面橢圓形到長橢圓形，兩端略呈鈍圓形；中央?yún)^(qū)小，圓形至橢圓形；孔隙粗糙，縱向紋理狹窄；線紋末端有1～2個小孔，與線紋緊密相連，10 μm內(nèi)有線紋10～12條、孔紋13～15個；殼縫遠(yuǎn)縫端彎向一側(cè)，近縫端殼縫略擴(kuò)張。烏梁素海生境指標(biāo)中，化學(xué)需氧量（41.0 mg/L）、總氮（3.2 mg/L）和總磷（0.4 mg/L）含量較高，均屬于地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)綜合營養(yǎng)指數(shù)法評價，TLI（Σ）=72.1>70，烏梁素海為重度富營養(yǎng)化水體。固著硅藻群落結(jié)構(gòu)特征表明，該種所在群落共有固著硅藻89種，其中菱形藻屬的種類最多，占20.22%，其次為舟形藻，占11.23%；卡西雙壁藻為偶見種，豐度占比僅0.4%。該種的發(fā)現(xiàn)豐富了中國硅藻種類多樣性，可為該屬種類的世界地理分布提供新資料。

關(guān)鍵詞：卡西雙壁藻；新記錄種；固著硅藻；烏梁素海

中圖分類號：Q152 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號：1674-3075（2023）01-0125-06

固著硅藻是河流水體總初級生產(chǎn)力的重要組成部分，對水體物質(zhì)和能量循環(huán)有重要的影響，已廣泛應(yīng)用于河流的監(jiān)測與評估（唐濤等，2002）。有學(xué)者對渭河（殷旭旺等，2013）、太子河（殷旭旺等，2012）等流域的固著硅藻進(jìn)行調(diào)查，并評價了河流生態(tài)健康狀況，因此認(rèn)為應(yīng)用固著硅藻進(jìn)行生態(tài)評價是可行的（薛浩等，2020）。

烏梁素海位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗境內(nèi)后套平原東端，西與套區(qū)沖洪積平原相接，北靠狼山山前洪積扇，東臨烏拉特山洪積階地，南鄰黃河（武國正等，2008）。東北至西南長約35 km，西北至東南寬4～12 km，是內(nèi)蒙古高原典型的淺水草型湖泊，也是黃河中上游重要的調(diào)水基地（李興等，2009）；此外，烏梁素海也是全球荒漠和半荒漠地區(qū)中為數(shù)不多的鳥類遷徙地和繁殖地，已被列為濕地水禽自然保護(hù)示范工程項(xiàng)目和自治區(qū)濕地水禽自然保護(hù)區(qū)，同時列入國際重要濕地名錄（孫惠民等，2006）。因此，對烏梁素海進(jìn)行水生資源調(diào)查，可為水體污染防治與生物多樣性保護(hù)提供依據(jù)。

為了調(diào)查烏梁素海固著硅藻的生物多樣性，對水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評價，2020年7月對烏梁素海進(jìn)行系統(tǒng)采集和調(diào)查。調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)1種雙壁藻屬的中國新記錄種——卡西雙壁藻（Diploneis calcilacustris）。本文對該種形態(tài)特征進(jìn)行詳細(xì)描述，梳理其生境特征，以期為該物種在世界范圍內(nèi)的分布區(qū)域提供參考。

1 ? 材料和方法

1.1 ? 樣地概況

烏梁素海（40°47′～41°03′N，108°43′～108°57′E）位于內(nèi)蒙古巴彥淖爾烏拉特前旗、呼和浩特、包頭、鄂爾多斯三角地帶的邊緣，是黃河改道形成的河跡湖，湖區(qū)面積325.31 km2，是中國八大淡水湖之一，為黃河流域的最大湖泊，也是同緯度最大的濕地（李建茹等， 2013）。本次實(shí)地調(diào)查過程中，在烏梁素海共設(shè)置了5個采樣點(diǎn)（圖1）。

1.2 ? 樣品采集

2020年7月對烏梁素海的固著硅藻進(jìn)行采集。在湖中選擇表面相對光滑和略帶綠色、藍(lán)綠色或棕黃色的石塊基質(zhì)，用牙刷或小刀刮取表面藻類，收集至裝有少量蒸餾水的樣品瓶中。按樣品體積的4%加入甲醛溶液固定，密封帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

為獲得干凈的硅藻殼標(biāo)本，在實(shí)驗(yàn)室取硅藻樣品10～15 mL加入離心管中，3 000 r/min離心5 min，去掉上清液，將沉淀轉(zhuǎn)移到試管中，加入10 mL濃硝酸，在通風(fēng)櫥內(nèi)用酒清燈灼燒10～15 min。待樣品冷卻至70～80℃后，將樣品再次轉(zhuǎn)移到離心管中，3 000 r/min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(fù)洗滌5～6次，直到樣品呈中性，以此獲得燒制好的硅藻殼標(biāo)本。

1.3 ? 水質(zhì)分析

現(xiàn)場用便攜式水質(zhì)分析儀（HACH，美國）測量水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)、濁度和透明度。用2.5 L深水采水器采集1 L水樣密封保存，于48 h內(nèi)測定水體理化指標(biāo)。酸性法測定高錳酸鹽指數(shù)，納氏分光光度法測定氨氮濃度，鉬酸銨分光光度法測定總磷濃度，堿性過硫酸鉀消解分光光度法測定總氮濃度，丙酮分光光度法測定葉綠素a濃度，重鉻酸鹽法測定化學(xué)需氧量（國家環(huán)境保護(hù)總局，2002）。

1.4 ? 水體營養(yǎng)狀態(tài)評價

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法（柴毅等，2014）計算水體營養(yǎng)狀態(tài)，公式如下：

[TLI（∑）=j=1mWj·TLI（j） ] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?①

式中：TLI（[∑]）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj為第j種參數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，TLI（j）為代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以葉綠素a（Chl-a）作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)歸一化相關(guān)權(quán)重計算公式為：

[ ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Wj=r2ijj=1mr2ij] ?②

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)，m為評價參數(shù)的個數(shù)。

以葉綠素a的狀態(tài)指數(shù)TLI（Chl-a）為基準(zhǔn)，再選擇總磷（TP）、總氮（TN）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、透明度（SD）等與基準(zhǔn)參數(shù)相近的（絕對偏差較小）參數(shù)，與TLI（Chl-a）進(jìn)行加權(quán)綜合，各項(xiàng)目營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

TLI（Chl-a） =10（2.5+1.086lnChl-a） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③

TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ④

TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⑤

TLI（CODMn）=10（0.109+2.661lnCODMn） ? ⑥

TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⑦

綜合營養(yǎng)狀態(tài)采用 0～100 連續(xù)系列數(shù)字對湖泊（水庫）進(jìn)行分級（蔡慶華，1997）。評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.5 ? 硅藻形態(tài)觀察及測量

用尼康E100（日本）光學(xué)顯微鏡（LM）在光鏡下（400×）觀察硅藻形態(tài)，利用LIOO軟件拍照并測量；使用日立SU8010型（日本）掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)行拍照和鑒定。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 新記錄種形態(tài)特征

新記錄種卡西雙壁藻命名為 Diploneis calcilacustris Lange-Bertalot & Fuhrmann（Figs 8-24 LM，109-111 SEM external and internal views）。

光鏡觀察卡西雙壁藻的形態(tài)學(xué)特征為殼面橢圓形到長橢圓形，兩端略呈鈍圓形；殼縫直，殼縫兩側(cè)具中央節(jié)側(cè)緣延長形成的角狀凸起，其外側(cè)具寬或狹的線形到披針形的縱溝，縱溝外側(cè)具橫肋紋或由點(diǎn)紋連成的橫線紋；帶面長方形，無間生帶和隔片；色素體片狀，2個，每個具1個蛋白核。中軸區(qū)狹窄且呈線性，中心區(qū)寬2.5～3.0 μm。細(xì)胞長20～40 μm，寬12～16 μm，長寬比為1.6～2.7。中央節(jié)側(cè)緣形成硅質(zhì)的“H”型角狀凸起，殼縫位于其中；軸向區(qū)狹窄，中心區(qū)呈橢圓形，為殼面寬度的1/4～1/5（圖2）。

電鏡觀察卡西雙壁藻殼面橢圓形到長橢圓形，線紋末端有1～2個小孔，與線紋緊密相連，10 μm有線紋10～12條、孔紋13～15個，呈雙列排列；殼縫遠(yuǎn)縫端彎向一側(cè)，近縫端殼縫略擴(kuò)張（圖3）。

2.2 ? 水體理化條件

分析發(fā)現(xiàn)卡西雙壁藻的烏梁素海3號樣點(diǎn)水體理化條件，可為目標(biāo)藻類所在的理化環(huán)境提供重要的背景信息，相關(guān)水質(zhì)理化指標(biāo)見表2。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）》，3號位點(diǎn)的化學(xué)需氧量、總磷和總氮含量較高，均屬于地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)表1綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，烏梁素海的綜合營養(yǎng)指數(shù)為72.1，屬于重度富營養(yǎng)水體。

2.3 ? 固著硅藻群落特征

藻類群落結(jié)構(gòu)特征可以為目標(biāo)藻所在的生物環(huán)境提供重要的生物群落背景信息；同時，該種也可能和群落結(jié)構(gòu)中的其他屬種一起作為功能團(tuán)在藻類生物多樣性、水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)功能中發(fā)揮重要作用，烏梁素海固著硅藻群落組成見表3。

本次調(diào)查共檢出固著硅藻89種，隸屬于12科、40屬。其中，菱形藻屬種類最多，共18種，占20.22%；其次為舟形藻屬10種，占11.23%。烏梁素海固著硅藻的優(yōu)勢種（豐度>5%）共有17種，占19.10%；常見種（1%<豐度<5%）共有17種，占19.10%；偶見種（豐度<1%）共55種，占61.80%。其中，卡西雙壁藻僅采自3號位點(diǎn)，豐度占比僅0.4%，屬于偶見種。

3 ? 討論

3.1 ? 新記錄種卡西雙壁藻的形態(tài)特征

采自烏梁素海的硅藻樣品卡西雙壁藻樣本與Lange-Bertalot & Fuhrmann（2016）對模式標(biāo)本物種的特征描述相同；其特性結(jié)構(gòu)為殼面橢圓形至長橢圓形，中央?yún)^(qū)小，圓形至橢圓形，孔隙粗糙，縱向紋理狹窄。

雙壁藻屬隸屬于硅藻門羽紋綱雙殼縫目舟形藻科，于1894年被Ehrenberg & Cleve分類并命名；本屬硅質(zhì)化程度高，主要為海洋種類，少數(shù)為淡水種類，在全球范圍內(nèi)廣泛分布（金德祥和程兆第， 1982）。藻類特征為殼面橢圓形，殼端圓形，中節(jié)較明顯，通常為方形，殼縫直線形。殼縫兩側(cè)有強(qiáng)硅質(zhì)增厚角，緊緊包住殼縫，角外側(cè)是凹陷或稍有一定寬度的溝，溝內(nèi)具成列的點(diǎn)紋或短肋紋；溝外側(cè)有橫列的肋紋，通常呈放射狀。橫肋紋平滑，或有縱肋紋交叉，或兩肋間具單行細(xì)點(diǎn)或雙行細(xì)點(diǎn)紋（或稱蜂孔），有些溝的外緣還有無點(diǎn)紋結(jié)構(gòu)的月形區(qū)，載色體2個，缺刻狀，各自靠近環(huán)帶。雙壁藻屬的殼面構(gòu)造復(fù)雜，具有特殊的溝和角，殼面形狀和花紋也有很多變化，因此肋間有無點(diǎn)紋；肋紋數(shù)量、角、中節(jié)、溝和殼面形狀為本屬的分類依據(jù)。本屬在全球約有550個分類群，但在國內(nèi)僅有約70種（程兆第和高亞輝，2013）。

本種與橢圓雙壁藻（Diploneis elliptica Cleve）形態(tài)極為相似，不同之處在于橢圓雙壁藻細(xì)胞長30～65 μm，寬17～36 μm，線紋和孔紋密度大致相等，10 μm內(nèi)有8～12個，中央?yún)^(qū)大且為圓形，肋間具單行孔紋?？ㄎ麟p壁藻長20～40 μm，寬12～16 μm，10 μm有線紋10～12條、孔紋13～15個，線紋與孔紋排列較橢圓雙壁藻更粗糙，中央?yún)^(qū)略小且為橢圓形，肋間具雙行孔紋。

3.2 ? 國內(nèi)外報道卡西雙壁藻的生境特征差異

卡西雙壁藻最早發(fā)現(xiàn)于富含碳酸鈣的波希涅湖，因此其拉丁名由calcium（鈣）和lacustris（湖泊）組成（Lange-Bertalot & Fuhrmann， 2016）。Cantonati等（2020）在對塞浦路斯河流（亞熱帶地中海）的水文相關(guān)變量與硅藻分布研究中報道了本種，但并未記錄本種出現(xiàn)河流的生境特征；Fazlutdinova等（2020）在對勘察加半島（溫帶）溫泉底棲硅藻的研究中也報道了本種，發(fā)現(xiàn)其生活在偏堿性的淡水中，且營附著生活；本文發(fā)現(xiàn)的卡西雙壁藻之前在我國未見報道。對比國外該種報道的生境，烏梁素海位于我國內(nèi)蒙古，屬中溫帶地區(qū)，水體為重度富營養(yǎng)型湖泊，表明卡西雙壁藻也可以在重度富營養(yǎng)型水體中生存。

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（責(zé)任編輯 ? 萬月華）

Morphological Characteristics and Habitat of Diploneis calcilacustris：

A Newly Recorded Species of Diploneis in China

LV Xu‐cong， ZHANG Man， DONG Jing， GAO Yun‐ni， WANG Pan‐pan， LIU Qing‐juan， LI Xue‐jun

（College of Fisheries， Henan Normal University， Xinxiang ? 453007， P.R. China）

Abstract：Wuliangsuhai Lake is the largest lake in the Yellow River basin and has been included in the list of wetlands of international importance. In July 2020， we conducted a systematic investigation of periphytic diatom biodiversity at five sampling sites in Wuliangsuhai Lake， and simultaneously monitored physiochemical parameters of the lake water. A new diatom species， Diploneis calcilacustris， was collected in Wuliangsuhai Lake during the investigation. The morphology of the new species was characterized， the composition of the periphytic diatom community was analyzed and the water quality of Wuliangsuhai Lake was then evaluated based on the results. We aimed to evaluate the aquatic ecosystem of Wuliangsuhai Lake and provide evidence for the prevention and control of water pollution and conservation of biodiversity. The morphological characteristics of D. calcilacustris were as follows： Valves are elliptic to oblong-elliptical， with rounded ends. The central area is small and the shape is round to oval. Areolae are coarse， and the vertical textures are narrow. Apical internal canals are marked by one or two apertures to the outer valve， located near the transapical striae， with 10-12 10 [μ]m stripes and 13-15 10 [μ]m areolae. The distal raphe fissure is deflected， and the proximal raphe end is slightly expanded. A total of 89 periphytic diatom species from 40 genera and 12 families were identified during the investigation. Dominant species included Nitzschia （18 species）， accounting for 20.22% of the total species， followed by Navicula （10 species， 11.23%）. The newly identified D. calcilacustris was an occasional species， accounting for 0.4% of the total algae abundance. In terms of water quality， the chemical oxygen demand （COD）， total phosphorus （TP） and total nitrogen （TN） in Wuliangsuhai Lake were relatively high with respective values of 41.0 mg/L， 3.2 mg/L and 0.4 mg/L， all meeting Class V surface water standards. The comprehensive trophic index [TLI（∑）=72.1] of Wuliangsuhai Lake indicated that the water was severely eutrophic [TLI（∑）>70]. This study added to our knowledge periphytic of diatom biodiversity in Wuliangsuhai Lake and provided new information on the global distribution of D. calcilacustris.

Key words： Diploneis calcilacustris; newly recorded species; periphytic diatom; Wuliangsuhai Lake