通过宏条形码技术，在三次大规模的季节性考察中检测到了渤海中的HAB（有害藻类）物种

《Harmful Algae》：HAB species of the Bohai Sea detected through metabarcoding in three large-scale seasonal expeditions

渤海有害藻华物种多样性及季节变化研究。通过三代测序技术对2019年春季、夏季和秋季的64个水体样本进行代谢组测序分析，鉴定出72种有害藻类，其中20种为首次在渤海记录。结果显示夏季检测物种数最多（67种），秋季次之（65种），春季较少（50种）。温度是驱动藻类群落季节差异的主要因素，贡献率超过50%。研究证实渤海有害藻类具有高物种多样性及显著季节适应性，为加强多季节监测和生态预警提供依据。

　　

刘书雅|丁向翔|黄海龙|王文涛|陈南生

中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学实验室，中国青岛266071

摘要

渤海是一个半封闭的海洋区域，以其渔业和海洋养殖而闻名。以赤潮和褐潮形式出现的有害藻华（HABs）在渤海变得越来越频繁，导致海洋动物死亡和经济损失。许多有害藻华物种已在渤海被识别出来。然而，由于早期研究主要采用基于形态的方法，而最近的研究往往只关注小范围的采样区域，因此对渤海中有害藻华物种的识别仍然不完整。在这里，我们通过对渤海三个不同季节进行的三次大规模考察中收集的水样进行宏条形码分析，识别出了有害藻华物种。本研究共识别出72种有害藻华物种，其中20种是首次在渤海中发现，这证明了宏条形码分析的强大能力。具体来说，春季、夏季和秋季分别检测到50种、67种和65种有害藻华物种。许多有害藻华物种表现出明显的季节性偏好，即使在同一属内也是如此，这表明它们具有不同的适应性，也强调了多季节采样的必要性。相关性分析证实，温度是调节季节性差异的主要因素，可以解释超过50%的浮游植物群落变化。这些发现表明渤海具有高度的有害藻华生物多样性，许多有害藻华物种表现出强烈的季节性适应性，极大地推进了我们对该地区有害藻华多样性和季节性演替的理解。

引言

海洋浮游植物产生了全球一半的初级生产力，对海洋生态系统的功能和全球生物地球化学循环至关重要（Field等人，1998年）。然而，许多浮游植物物种可以引起有害藻华（HABs），对生态系统稳定性和人类健康构成直接威胁（Anderson等人，2012年）。沿海地区有害藻华事件的报告不断增加，这可能是由于人类活动加剧以及监测力度的提高（Anderson等人，2021年；Gobler，2020年；Hallegraeff等人，2021年；Yu等人，2023b年）。随着气候变化导致海洋生态系统变暖、酸化和缺氧，有害藻华对海洋生态系统的影响也在加剧（Griffith和Gobler，2020年）。研究发现，有害藻华事件具有明显的季节性，在1990年至2019年间，中国沿海记录的所有有害藻华事件中有87%发生在4月至9月之间（He等人，2021b年）。宏条形码分析还显示，有害藻华物种本身的相对丰度也表现出强烈的季节性模式，因为许多有害藻华物种并非全年存在，而只在特定季节出现在浮游植物群落中（Du等人，2025年；Liu等人，2022b年）。因此，为了全面了解有害藻华事件的发展，从所有季节识别有害藻华物种至关重要。

渤海是中国北部的一个半封闭的大陆架海域，位于西北太平洋，包括辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中部和渤海海峡（Song和Duan，2019年）。有超过40条河流流入渤海，其中包括海河、辽河和黄河，为渤海带来了丰富的营养物质，使其成为渔业和海洋养殖的重要基地。自20世纪90年代初以来，渤海开始频繁出现有害藻华现象（Song和Duan，2019年）。统计分析表明，在过去的20年里，渤海共发生了151次重大有害藻华事件，受影响的沿海区域面积约为36,209平方公里（Chen和Huang，2021年）。累积观测数据显示，有害藻华事件主要发生在5月至11月之间（Chen和Huang，2021年），其中秦皇岛和天津沿海水域的频率最高（Shanfa等人，2020年）。历史上，渤海的主要有害藻华物种包括Noctiluca scintillans、Tripos furca、Skeletonema costatum、Karenia mikimotoi和Heterosigma akashiwo（Li等人，2023年；Liang，2012年）。最近，由于检测技术的改进和监测力度的加强，发现更多导致有害藻华的物种，包括小型物种和产毒物种（Yu等人，2023a年）。例如，根据《中国海洋灾害公报》，近年来渤海的有害藻华事件由小型物种Aureococcus anophagefferens（2015年至2019年连续出现）以及产毒物种Margalefidinium polykrikoides（2014年至2024年）和Akashiwo sanguinea（2016年至2014年）引起。由于有害藻华对渤海产生了深远的社会经济影响（Li等人，2023年），监测有害藻华物种的组成对于了解其范围和背景至关重要。

早期对渤海浮游植物的研究主要依赖于光学显微镜观察，在之前的生态调查中识别出了139种有害藻华物种（Chen和Huang，2021年）。然而，仅靠形态学分析往往无法完全描述浮游植物的生物多样性（Massana，2011年）。例如，某些物种的小型细胞容易被忽略；一些相对脆弱的浮游植物难以采集和鉴定；形态高度相似的隐秘物种无法仅通过光学显微镜区分。随着高通量测序技术的发展，宏条形码分析已成为研究浮游植物群落的强大工具（de Vargas等人，2015年；Kopf等人，2015年；Malviya等人，2016年）。宏条形码分析克服了传统形态学方法的一些固有局限性，能够识别隐秘物种、小型细胞物种（尤其是<10 μm）和内共生的甲藻（如syndiniophyceae）。在渤海，已经进行了多次宏条形码分析来识别有害藻华物种（Chen等人，2019年；Song等人，2019a年；2019b年；Xu等人，2017年）。在渤海单个站点进行的一项研究显示，从4月到10月期间，浮游植物组成发生了34种新的变化（Xu等人），并且我们之前的一项更大规模的研究表明，夏季Vicicitus globosus可能引发了潜在的有害藻华事件（Huang等人，2021年）。这些宏条形码项目中新识别出的有害藻华物种表明，通过对更大海洋区域和多个季节收集的样本进行宏条形码分析，可以识别出更多的有害藻华物种。

在这项研究中，我们通过对渤海三个不同季节进行的三次大规模考察中收集的样本进行宏条形码分析，来识别有害藻华物种的组成，其中包括之前已经分析过的夏季样本（Huang等人，2021年）。结果表明，许多有害藻华物种表现出强烈的季节性动态变化。这项研究将丰富我们对渤海有害藻华多样性和有害藻华物种季节性演替的理解。

采样与环境特征描述

在“北斗”研究船上进行了三次考察，使用玫瑰形水采样器（图1A-C）采集了渤海的水样。总共采集了1升3米深处的表层水，并用200 μm的网（河北安平金属丝网有限公司，中国）过滤掉大的悬浮固体和较大的浮游动物。2019年5月的春季考察中采集了64个表层水样（样本名称以M开头），所有水样都用10 μm和0.22 μm的聚碳酸酯过滤器进行了过滤

渤海中有害藻华物种的鉴定与组成

通过对渤海样本进行DADA2分析，获得了2485个浮游植物ASVs，这些ASVs被归类到九个门（图1D，图2A）。分子上最丰富的门是甲藻门（1605个ASVs，占总读数的66.60%），其次是隐藻门（53个ASVs，9.39%）、黄藻门（243个ASVs，8.67%）、绿藻门（199个ASVs，8.22%）和硅藻门（291个ASVs，6.23%）。在纲的水平上，最丰富的纲是甲藻纲（813个

讨论

通过对三个季节采集的水样进行宏条形码分析，本研究在渤海识别出了72种有害藻华物种。在这72种有害藻华物种中，有25种之前被报道具有产毒能力，26种之前曾在渤海引发过有害藻华事件。这里检测到的20种有害藻华物种在之前的渤海考察中尚未被报道（Chen和Huang，2021年），这突显了它们对生态系统和人类健康的潜在威胁，以及加强监测的必要性。

结论

通过研究三个不同季节采集的水样中的浮游植物群落和有害藻华物种的多样性、组成、出现网络和系统发育，我们的结果扩展了对有害藻华物种季节性的认识。宏条形码分析揭示了渤海有害藻华物种的高生物多样性，其中20种是在之前的观测中未识别到的，这加强了宏条形码方法的有效性，并强调了更新当地有害藻华物种名录的必要性

作者贡献

NC构思了这项研究，审阅并编辑了手稿，并支持了资金获取。SL在考察中采集了样本，进行了实验，分析了数据并撰写了初稿。XD分析了数据并编辑了手稿。HH进行了实验。WW提供了环境数据。

数据可访问性声明

宏条形码的原始数据已存放在国家生物技术信息中心（NCBI），生物项目编号分别为PRJNA1025232、PRJNA705227和PRJNA1159498。

未引用的参考文献

Harrel, 2024

CRediT作者贡献声明

刘书雅：写作 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，验证，方法学，正式分析，数据管理。丁向翔：写作 – 审阅与编辑，验证，方法学。黄海龙：方法学，数据管理。王文涛：调查，数据管理。陈南生：写作 – 审阅与编辑，验证，监督，项目管理，资金获取。