有害甲藻Karenia selliformis与硅藻Thalassiosira hendeyi的细胞密度依赖性互作抑制机制及其生态意义

为探究有害藻华（HABs）中甲藻Karenia selliformis的竞争优势机制，研究人员通过混合培养实验结合滤液分析，揭示了其通过密度依赖的化感作用（allelopathy）和直接细胞接触双重途径抑制硅藻Thalassiosira hendeyi生长的现象。研究发现高密度（2000 cells mL-1）下K. selliformis可完全抑制T. hendeyi，为解释其藻华暴发提供了关键生态学依据。

　　

近年来，全球气候变暖加剧导致海洋有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）的频率和规模显著上升，其中甲藻Karenia属物种因产生强效毒素而备受关注。2021年，日本北海道东部海域暴发了以Karenia selliformis为主导的大规模赤潮，造成渔业经济损失。令人困惑的是，在藻华暴发期间，原本丰富的硅藻种群几乎消失殆尽。这一现象引发了科学家的思考：K. selliformis究竟通过何种机制压制了其他藻类的生长？

为解开这个生态谜题，来自日本水产研究与教育机构（Fisheries Research and Education Agency of Japan）的研究团队开展了一项创新性研究。他们选取了与K. selliformis同期出现在北海道海域的硅藻Thalassiosira hendeyi作为研究对象，通过设计精密的混合培养实验，首次揭示了这两种藻类之间存在的细胞密度依赖性互作抑制现象。这项研究成果发表在《Marine Environmental Research》上，为理解有害藻华的形成机制提供了新的视角。

研究人员主要运用了三种关键技术：混合培养实验（设置0/200/2000 cells mL^-1梯度）、滤液培养实验（检测化感物质作用）和竞争动力学模型分析。所有实验藻株均分离自北海道赤潮发生海域，确保了生态相关性。

【混合培养实验】结果显示，当K. selliformis和T. hendeyi初始密度均为200 cells mL^-1时，两者可暂时共存，但最终K. selliformis以10倍优势胜出（2.5×10⁴ vs 2.3×10³ cells mL^-1）。而当初始密度升至2000 cells mL^-1时，K. selliformis完全抑制了T. hendeyi的生长，展现出明显的密度依赖性竞争优势。

【滤液实验】发现未经稀释的K. selliformis滤液可完全阻断T. hendeyi生长，证实化感物质的参与。但有趣的是，直接共培养的抑制效果更强，提示细胞接触可能释放更强烈的抑制信号。

【讨论与结论】部分指出，K. selliformis通过双重机制实现竞争优势：低密度时主要依赖化感作用，高密度时细胞接触的抑制效应占据主导。这种密度依赖的竞争策略使其在藻华初期可能与其他藻类共存，但当种群达到临界密度后便能迅速建立单优群落。研究同时指出，实验室条件下可能高估了细胞接触的作用，自然环境中水流等因素会减弱这种直接作用。

这项研究的创新价值在于：首次量化了K. selliformis与本地硅藻的竞争关系，揭示了密度阈值（2000 cells mL^-1）的关键作用，为预测藻华暴发提供了量化指标。研究结果不仅解释了2021年北海道赤潮中硅藻消失的现象，更对全球气候变化背景下有害藻华的防控策略具有重要指导意义——监测关键藻种的密度变化可能成为早期预警的新依据。