中國曲絲藻屬新記錄種
——溫泉曲絲藻(Achnanthidium thermalis)

張鎣鈺，呂緒聰，董 靜，高云霓，張景曉，李學軍，秦祥朝，高肖飛，張 曼

(1.河南師范大學水產(chǎn)學院，河南新鄉(xiāng) 453007；2.生態(tài)環(huán)境部黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學研究中心，鄭州 450004)

底棲硅藻是水體生態(tài)系統(tǒng)重要的初級生產(chǎn)者，其主要特點是細胞外覆硅質的細胞壁，這些細胞壁紋理(孔紋、點紋、線紋、肋紋等)、形狀、大小的多樣性構成了硅藻主要分類依據(jù)[1]。由于底棲硅藻具有生長周期短、種類多、繁殖快等特性，其生長極易受到pH、光照、降水、鹽度、溫度、無機營養(yǎng)含量等外界環(huán)境因素的影響。研究表明，底棲硅藻的生物量與水體環(huán)境之間存在著緊密關系[2]，故其可用于水質評估以及水體健康狀況評價[3-4]。此外，它們也是生態(tài)系統(tǒng)中魚類與其他水生動物的重要餌料，在水體生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用[5]。

烏梁素海(40°47′～41°03′N，108°43′～108°57′E)位于內蒙古巴彥淖爾市烏拉特前旗境內、呼和浩特、包頭、鄂爾多斯三角地帶的邊緣，是黃河改道形成的天然河跡湖，中國八大淡水湖之一。該湖年平均氣溫為7.3 ℃，年均降雨量為224 mm，屬于典型溫帶大陸性干旱氣候[6，7]。湖區(qū)整體呈南北狹長、東西狹窄狀，整體水域面積為293 km2，水深為1.2～3.4 m，水體電導率的變化范圍為50～500 μS/cm，鹽度約為1.5 g/L[8，9]。烏梁素海是黃河流域內最大的湖泊，但其由于頻繁的人類活動，包括常年接受農田灌溉排水、周邊地區(qū)的工業(yè)廢水與生活污水的匯入，水體富營養(yǎng)化程度日益嚴重[10]。2013-2019年，烏梁素?？偟昃|量濃度為2.13 mg/L，總磷年均質量濃度為0.14 mg/L，其大部分水域處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，程度由北向南遞減，居民區(qū)附近富營養(yǎng)化程度最高[11]。作為寒旱區(qū)典型的淺水湖泊，研究底棲硅藻生物多樣性組成對維護其水體生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要作用，同時對水環(huán)境治理與保護提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 采樣位點設置

按照點位法原則[13]，于烏梁素海布設19個采樣位點開展底棲硅藻和相應環(huán)境因子的調查工作(圖1)。

圖1 烏梁素海采樣位點圖Fig.1 Sample sites in Wuliangsu Lake

1.2 采集方法

2020年8月15日-9月26日，選擇湖泊岸邊水深較淺處附著藻類較多的石塊，使用硬毛牙刷或小刀刮取一定面積石塊表面的底棲藻類至白瓷盤，然后將底棲藻類樣品收集至100 mL樣品瓶中，按樣品體積的4%加入甲醛溶液固定，密封帶回實驗室進一步處理。

1.3 標本處理方法

取樣品進行離心，去上清至剩余2 mL樣品，混勻后移至玻璃管并加入等量鹽酸，酒精燈上灼燒至不再產(chǎn)生大量氣泡；加入等量濃硫酸，混勻后加熱至沸騰；然后加入等量濃硝酸，加熱至不再產(chǎn)生褐色氣體冷卻后進行離心(3 000 r/min，10 min)，去上清后加入蒸餾水定容至10 mL，充分震蕩混勻，再以3 000 r/min離心，重復上述步驟直至樣品呈中性，加入無水乙醇溶解沉淀并保存。取硅藻殼懸浮液滴至蓋玻片，烘片機烘干(60～70 ℃)，利用Naphrax封片膠制作硅藻殼永久裝片標本，于光學顯微鏡下觀測和拍照，裝片存放于河南師范大學水域生態(tài)實驗室。

1.4 水質分析方法

使用多參數(shù)水質分析儀(哈希，美國)現(xiàn)場測定水體水溫、pH、溶解氧和電導率。透明度采用塞氏盤現(xiàn)場測定。同時，采用5 L深水采水器采集水下0.5 m處水樣，將水樣裝入5 L白色樣品瓶，帶回實驗室并在48 h內完成下列各項指標的測定，包括：濁度、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量、氨氮、總磷(TP)、總氮(TN)和葉綠素a(Chla)，測定方法參照國標法進行[14]。

1.5 水質及富營養(yǎng)化評價方法

水質評價標準采用《地表水環(huán)境質量標準(GB3838-2002)》，將水質劃分為Ⅰ～Ⅴ類。

采用以Chla為核心建立的“五指標”綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評價湖泊富營養(yǎng)化程度[15]，選取Chla、TP、TN、SD和CODMn五項作為評價參數(shù)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

式中：TLI(∑)—綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj—第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重；TLI(j)—第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chla作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關權重計算公式為：

式中：rij—第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chla的相關系數(shù)；m—評價參數(shù)的個數(shù)。

選取Chla(μg/L)、TP(mg/L)、TN(mg/L)、SD(m)和CODMn(mg/L)作為TLI評價因子，各參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

TLI(Chla)=10(2.5+1.086lnChla)

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

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

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

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

富營養(yǎng)狀態(tài)指標評分標準參見表1[16]。

表1 湖泊富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評分標準Tab.1 Criteria for lake eutrophication index

1.6 底棲硅藻種中鑒定與豐度測定方法

使用光學顯微鏡(尼康，日本)在1 000×光鏡下觀察永久裝片底棲硅藻的形態(tài)，每個樣品至少計數(shù)500個硅藻殼，并利用LIOO軟件拍照與測量，分析估算每種藻類的相對豐度。相對豐度>5%的種類界定為優(yōu)勢種，1%～5%為常見種，<1%為偶見種。硅藻殼樣品鍍金后，使用掃描電子顯微鏡(捷歐路，日本)拍照。結合光學顯微鏡與電子顯微鏡照片的分類特征統(tǒng)一對硅藻進行鑒定。依據(jù)ROUND等[1]建立的分類系統(tǒng)對底棲硅藻進行分類，種類鑒定主要參考文獻[17-20]，以及藻類數(shù)據(jù)庫：Diatoms of North America(http：//diatoms.org/)、Diatom New Taxon File(http：//symbiont.ansp.org/dntf/index.php)和Institute for Biodiversity Science and Sustainability(http：//researcharchive.calacademy.org/)。

2 結果與分析

2.1 水體理化條件

在烏梁素海4號、8號和19號位點均采集到了溫泉曲絲藻(AchnanthidiumthermalisRabenhorst)。對應采集位點的各項水質指標及均值見表2。根據(jù)地表水評價標準，高錳酸鹽指數(shù)屬于地表水Ⅲ類，總氮指數(shù)屬于地表水V類，表明烏梁素海處于營養(yǎng)化較高的狀態(tài)。采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評估該水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為56，屬于輕度富營養(yǎng)類型。

2.2 新記錄種形態(tài)特征

在光鏡條件下的形態(tài)學特征為：殼瓣呈線性披針形，殼面中間較寬，兩端較窄，末端呈喙狀。殼面(測量36個標本)長10～16 μm，寬3～5 μm(圖2)。帶面觀長10～16 μm，寬2～4 μm，略呈膝狀彎曲(圖3)，中部較寬，兩端較窄，上殼面(無殼縫面)呈凸狀，下殼面(具殼縫面)呈凹狀。

圖3 溫泉曲絲藻光學顯微鏡下的帶面觀Fig.3 Side view of A.thermalis under the light microscope標尺代表10 μm

在電鏡條件下的形態(tài)學特征為：殼面呈線形披針形，整體兩端較窄，中間較寬。中央?yún)^(qū)兩側不對稱，一側延伸到殼緣。殼縫呈細絲狀，中部較直，至兩端略微彎曲且彎向同一側。2 μm內線紋密度為3～7條，1 μm內孔紋密度為10～12個。線紋整體呈平行狀排列，中部以及末端呈略微輻射狀排列；殼面中部的線紋較為稀疏，線紋密度由中部到末端逐漸增大；線紋是由細密的孔紋排列形成，孔紋為典型的雙列孔紋(圖4)。帶面觀呈拱形，具殼縫面為凹面，無殼縫面為凸面(圖5)。

圖4 溫泉曲絲藻電子顯微鏡下的殼面觀Fig.4 Front view of A.thermalis under the scanning electron microscope標尺代表1 μm；a：線紋，b：中央?yún)^(qū)，c：孔紋

圖5 溫泉曲絲藻電子顯微鏡下的帶面觀Fig.5 Side view of A.thermalis under the scanning electron microscope標尺代表1 μm

2.3 底棲硅藻群落特征

烏梁素海的底棲硅藻群落組成數(shù)據(jù)顯示，共鑒定出硅藻89種(包括變種)，隸屬于12科39屬(表3)。底棲硅藻各屬的種數(shù)組成中，曲絲藻屬6種，占總種數(shù)的7%；曲殼藻屬1種，占總種數(shù)的1%；小環(huán)藻屬4種，占總種數(shù)的4%；菱形藻屬18種，占總種數(shù)的20%；雙眉藻屬4種，占總種數(shù)的4%；異極藻屬4種，占總種數(shù)的4%；擬內絲藻屬3種，占總種數(shù)的3%；橋彎藻屬3種，占總種數(shù)的3%；舟形藻屬10種，占總種數(shù)的11%；平格藻屬3種，占總種數(shù)的3%；肘狀藻屬3種，占總種數(shù)的3%；其他硅藻屬種共33種，占總種數(shù)的36%。其中，溫泉曲絲藻在底棲硅藻群落中的相對豐度為1.215%，是底棲硅藻群落的常見種。

表3 烏梁素海底棲硅藻物種組成Tab.3 Species composition of periphytic diatom in the Wuliangsu Lake

表4 溫泉曲絲藻與相似種類的區(qū)別特征Tab.4 Distinguishing characteristics between A.thermalis and similar species

3 討論

3.1 曲絲藻屬的由來

1833年，KüTZING[18]建立了曲絲藻屬(Achnanthidium)。1980年，ROUND等[19]將其歸入曲殼藻屬(Achnanthes)。由于分類體系的演變，1996年又被移出曲殼藻屬，將其單獨劃分為曲絲藻屬[20]。KRAMMER[17]并未將曲絲藻屬單列為一屬，而是將曲殼藻屬(Achnanthes)劃為兩個亞屬—曲殼藻亞屬(Achnanthes)和曲絲藻亞屬(Achnanthidium)。曲殼藻亞屬殼面和殼套點孔紋粗糙，從寬殼環(huán)面觀察，有一個單一的點孔紋帶；無殼縫殼面通常有一個不同程度偏心狹窄的中軸區(qū)。而曲絲藻亞屬不具備上述特征，其如果殼面點孔紋粗糙，則至多有一單一的點孔紋環(huán)圍繞著殼套，單一的殼環(huán)帶呈無紋狀；無殼縫面的中軸區(qū)通常呈橢圓形至寬線形。依據(jù)ROUND等[20]的分類體系，曲殼藻科(Achnanthaceae)被劃分為曲殼藻屬(Achnanthes)和曲絲藻屬(Achnanthidium)。曲殼藻屬上殼面與下殼面結構不同，殼縫面凸起，線紋呈單列或多列組成，結構粗糙，氣孔由復雜的棘區(qū)包圍，適應于鹽生或半氣生環(huán)境。而曲絲藻屬上殼面與下殼面結構相似，殼縫面凹入，殼面窄線形披針形，線紋通常單列，不具有復雜棘區(qū)，適應于淡水環(huán)境生存?？梢姡诓煌奈墨I中，曲絲藻屬的分類地位和分類依據(jù)略有區(qū)別。溫泉曲絲藻在文獻記載中均記錄為(Achnanthesthermalis)，其命名原則與KRAMMER和LANGE-BERTALOT相同。目前，多數(shù)硅藻分類學家具有共同認知，即將曲絲藻屬單獨列為一屬[20-21]，故本文稱其為溫泉曲絲藻(Achnanthidiumthermalis)。

綜合曲絲藻屬的特征，可描述為：細胞單個存在或形成短鏈狀群體，個體較小，長度一般小于30 μm，寬度小于5 μm，帶面觀呈淺“V”形。具殼縫面呈凹狀，軸區(qū)呈窄線形，線紋通常為單列，且呈輻射狀；無殼縫面呈凸狀，中央?yún)^(qū)較小或者沒有，線紋呈輕微輻射狀或者平行。曲絲藻屬種類豐富，目前在我國已廣泛記載，包括高山曲絲藻[A.alpestre(Lowe et Kociolek)Lowe et Kociolek]、鏈狀曲絲藻[A.catenatum(Bily et Marvan)Lange-Bertalot]、偏轉曲絲藻[A.deflexum(Reimer)Kingston]等。王艷璐等[22]于2015年在四川甘孜發(fā)現(xiàn)了曲絲藻屬中國新記錄種原子曲絲藻(A.atomusMonnier)、施特勞賓曲絲藻[A.straubianum(Lange-Bertalot)Lange-Bertalot]、半孔曲絲藻[A.semiapertum(Guermeur)Andresen]、亞顯曲絲藻[A.pseudoconspicuum(Foged)Jüttner&Cox]。于潘等[23]于2013年在四川省九寨溝自然保護區(qū)發(fā)現(xiàn)了中國曲絲藻屬新記錄種菲斯特曲絲藻(A.pfisteriLange-Bertalot)、羅森斯托克曲絲藻[A.rosenstockii(Lange-Bertalot)Lange-Bertalot]。這些曲絲藻屬種類均為單列線紋。然而，本實驗中發(fā)現(xiàn)的溫泉曲絲藻為典型的雙列線紋，與曲絲藻屬常見的單列線紋特征并不相符。目前，曲殼藻屬正在被劃分為許多新定義的屬，考慮溫泉曲絲藻的特殊性，日后是否會被劃分到新建立的屬還有待探討。

3.2 溫泉曲絲藻與相似種比較

在溫泉曲絲藻的定種過程中，我們發(fā)現(xiàn)其與A.minutissimum(Kütz)Czarn、A.gracillimum(Meister)Lange-Bert、Achnanthesreimeri(Camburn)Ponader and Potapova的形態(tài)極為相似。經(jīng)過仔細比對，發(fā)現(xiàn)不同之處在于，A.minutissimum殼面長5.6～20.8 μm，孔紋呈單列，殼縫遠側平直。A.gracillimum殼面長12～21 μm，孔紋呈單列；殼縫末端突然彎曲，且一直延伸到殼緣；殼面兩側殼瓣輕微不對稱。A.reimeri殼面長11.5～18.2 μm，孔紋呈單列，殼面觀中央有一個菱形凸起。生長環(huán)境方面，溫泉曲絲藻主要生活在中鹽度水體。A.minutissimum生存能力較強，對各種有機污染以及無機污染都具有耐受性，從未污染的貧營養(yǎng)湖泊到高度污染的過度富營養(yǎng)湖泊都可以生存[24]。其豐度主要與生長環(huán)境的低營養(yǎng)與低離子含量有關[25]。A.gracillimum常出現(xiàn)于低電導率、營養(yǎng)貧乏的河流，偶爾出現(xiàn)在輕微受采礦影響的溪流。A.reimeri主要生存于營養(yǎng)物和離子含量較低的粉砂質河流中[21](表3)。

3.3 溫泉曲絲藻的生態(tài)分布

溫泉曲絲藻由于首次發(fā)現(xiàn)于溫泉水體中而被命名，此后在多個具有一定鹽度的水體中被報道。RABENHORST于1864年在德國斯圖加特附近的巴德坎斯塔特溫泉首次發(fā)現(xiàn)了溫泉曲絲藻[26]。2011年，ZAREI[27]在伊朗的Gavkhuni濕地發(fā)現(xiàn)了溫泉曲絲藻，研究發(fā)現(xiàn)此生境的生態(tài)特征為：pH 6.5，電導率49.4 μS/cm的中鹽度水體。PERRETT等[28]于2021年在加拿大Con Mine附近的亞北極湖泊中發(fā)現(xiàn)了溫泉曲絲藻，此水體常年受到鹽堿化和金屬污染影響，氯離子達到5 965 mg/L、鉀離子達到42.55 mg/L、鎂離子達到197 mg/L、總氮達到3.23 mg/L、pH達到7.01，溫泉曲絲藻在此生境中為優(yōu)勢種類(相對豐度超過了5%)，說明其可生活于富鹽高離子濃度水體。溫泉曲絲藻極少被發(fā)現(xiàn)于淡水湖泊，本研究于淡水湖泊—烏梁素海中發(fā)現(xiàn)了此種類，為該生境的常見種(相對豐度達到1.215%)。烏梁素海整體鹽度約為1.5 g/L，基于VOS等[29]的鹽度分類，該生境屬于中低鹽度水體。該研究擴展了溫泉曲絲藻的可生存環(huán)境。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)的中國新記錄種為溫泉曲絲藻(Achnanthidiumthermalis)。本文描述了其線紋、孔紋排列結構、生境特征，對該種的形態(tài)結構進行了重要補充，進一步完善了我國硅藻的分類，豐富了我國藻類植物的生物多樣性。

致謝：感謝黃河流域生態(tài)環(huán)境局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與科學研究中心各位同事對現(xiàn)場采樣工作給予的幫助。