攻读博士学位研究计划（范文）

攻读博⼠学位研究计划（范⽂）
拟攻读博⼠学位计划书
——定鞭⾦藻（Haptophytes）在中国典型海域的群落结构及其⽣态学功能
⽬录
第⼀部分：对国内外现有研究的认识 (1)
1、引⾔（Introduction） (1)
1.1 海洋微型⽣物⽣态学概述（Summary on Marine Microbial Ecology） (1)
1.2 定鞭⾦藻门类（Taxonomy of Haptophyta） (2)
2、定鞭⾦藻的研究现状（Research Status of Haptophytes） (4)
2.1 定鞭⾦藻的代表性物种（Typical Species of Haptophytes） (4)
2.2 定鞭⾦藻有害藻华的毒理学机制及其他环境效应（Toxicological Mechanisms on
Harmful Algae Blooms for Haptophytes and Other Environmental Effects） (7)
2.3 显微技术、流式细胞技术及分⼦⽣物学技术等在定鞭⾦藻研究中的应⽤
（Application of Microtechnique, Flow Cytometry and Molecular Biotech- nologies Etc.
for Haptophytes Research） (9)
2.4 ⽣态（毒理）学在定鞭⾦藻研究中的应⽤（Application of Eco-(Toxico-)logy for
Haptophytes Research） (11)
2.5 ⽣物信息学在定鞭⾦藻研究中的应⽤（Application of Bioinformatics for
Haptophytes Research） (12)
3、定鞭⾦藻的研究意义及展望（Research Meanings and Future Research for Haptophytes）
(14)
第⼆部分：读博⼯作安排与预期⽬标 (15)
参考⽂献： (17)
第⼀部分：对国内外现有研究的认识
1、引⾔（Introduction）
1.1 海洋微型⽣物⽣态学概述（Summary on Marine Microbial Ecology）海洋
微型⽣物⽣态学是⼀门新兴学科，是科学技术⾼速发展的产物。

它将地
球上最⼤的“海洋”与最⼩的“微型⽣物”通过“⽣态学”联系起来，实现了宏观与微观的耦合（陈宜瑜院⼠语）。

近 20 年来，新⽅法、新技术在海洋领域的应⽤导致了⼀系列有关微型⽣物的重⼤发现，推动了学科的形成和迅速发展[1]。

⾃上世纪 70 年代以来，⼈们不断加深了对海洋微型⽣物的认识，新⽣的理论与认识在传承经典的同时，也时常出现“打
破”或“颠覆”式的超越（图 1）。

海洋微型⽣物是地球上的第⼀批“居民”，是改造地球环境的先锋。

从古⾄今，海洋微型⽣物都在为调节全球变化默默⽆闻地⼯作着。

在这个过程中，海洋微型⽣物是⽣物量和⽣产⼒的主要贡献者，是⽣命和⾮⽣命系统联系的关键环节，是⽣源要素循环的重要驱动⼒[1, 2]。

然⽽，⼈们对海洋微型⽣物的认识还⾮常有限，已经研究过的海洋微型⽣物不到总量的 1%[3]。

图 1 海洋微型⽣物（微型⽣物⽣态学）研究进程
Fig.1 Research process for Marine Microbes (Microbial Ecology)由图1 可知，每⼀重要理论的认识都是通过某些代表性的海洋微型⽣物（往往是整个类群的研究）实现的，从⽽推动了海洋环境，乃⾄全球环境的研究。

因此，对典型的海洋微型⽣物的环境⾏为﹑效应等进⾏深⼊研究有重要价值。

1.2 定鞭⾦藻门类（Taxonomy of Haptophyta）
定鞭⾦藻（Prymnesiophyceae），⼜称为⼟栖藻或普林藻，因其具有附着鞭⽑（Haptonema），20 世纪 50 年代前后通常称其为触丝藻（Haptophyceae）。

在早期
分类中，定鞭⾦藻是从⾦藻纲（Chrysophyceae）中分离出来的⼀个独⽴类群（因
其⾊素体带黄⾊）[4]。

直到 1962 年，Christensen 才将其定为⾦藻门（Chrysophyta）
的⼀个纲，即定鞭⾦藻纲（Prymnesiophyceae）（如图 2-①）[5]。

但将定鞭⾦藻从
⾦藻门中独⽴出来，“⾃⽴”定鞭⾦藻门（Haptophyta），经历了⼀个⽐较复杂的历
史分类过程。

以定鞭⾦藻门、颗⽯藻⽬（Coccolithales）藻类为例，20 世纪初期，颗⽯藻只是⼀个属（Coccolithophoridae）；同时，具有两条规则鞭⽑的海藻都归
属于等鞭⾦藻⽬（Isochrysidales），并因其会产⽣棕黄⾊的⾊素体⽽被归于⾦藻
纲中。

这种分类忽略了其他具有两条规则鞭⽑的⾦藻。

此后，⼜发现了另⼀种含
）有3 条（类）鞭⽑（两条为鞭⽑-flagella，另⼀条为顶鞭丝-haptonema（捕⾷作⽤）的微藻，并将其归⼊为 Prymnesiaceae 科中。

20 世纪中叶，⼀个新属微藻（巴夫
藻属-Pavlova）被发现，因其具有“第三条”鞭⽑⽽被归⼊ Prymnesiaceae 中。

20 年后，有更多的种被归⼊巴夫藻属，从⽽新⽴了⼀个科——巴夫藻科（Pavlovaceae）；20 世纪中叶的另⼀个重要突破是定鞭⾦藻的结构得到了阐释，
且在淡⽔和海域都发现了它的踪迹。

⾄此，形成了 1 ⽬ 2 纲——等鞭⾦藻⽬（Isochrysidales）、定鞭⾦藻纲（Prymnesiaceae）和巴夫藻⽬（Pavlovaceae），并
组成了⼀个门（class）——定鞭⾦藻门（Haptophyta）。

此后的超微结构观察显⽰，
以上各类微藻都属于粘着性植物（haptophytes），结合亚分⼦研究，说明以上分
类在形态学上是合理的[6]。

根据定鞭⾦藻鞭⽑的规则性，此后⼜将含有规则鞭⽑的藻类归⼊定鞭⾦藻类群，⽽将不规则鞭⽑微藻归⼊巴夫藻类群，即成⽴了定鞭⾦藻纲（Prymnesiophyceae）和巴夫藻纲（Pavlovophyceae）（图2▲）。

考虑到颗⽯藻类群具有超过15 个现存属和30 多个化⽯属，⽽等鞭⾦藻、定鞭⾦藻和棕囊藻类群
属较少（不超过4 个），因此成⽴了4 个⽬——定鞭⾦藻⽬（Prymnesiales）、颗
⽯藻⽬（Coccolithales）、棕囊藻⽬（Phaeocystales）和等鞭⾦藻⽬（Isochrysidales）（如2★）。

虽然⾃1976 年Hibberd 将定鞭⾦藻独⽴为⼀个门（Haptophyta）以来，对其分类有了较系统的认识，但将定鞭⾦藻定义为⼀个纲（Haptophyceae）
的情况仍有出现[7, 8]。

⽽我国对定鞭⾦藻的分类⽐较不统⼀，如胡鸿钧等[9]已将
定鞭⾦藻独⽴为⼀门，但王⽴等[10]仍将定鞭⾦藻纲中的三⽑⾦藻属（P r i m ne s i um）
和等鞭⾦藻属（Isochrysis）归于⾦藻门，对于巴夫藻类群的归属问题在藻类学著名专著《中国淡⽔藻类——系统、分类和⽣态》中也未曾收录[9]。

颗⽯藻⽬微藻种群数量与定鞭⾦藻纲很接近，但 4 ⽬分类已经应⽤了 30 多年，因此上述分类仍旧是当前的分类基础[6]（如图 2 所⽰）。

图 2 定鞭⾦藻系统分类⽰意图
Fig.2 Schematic diagram for systematic classification of Haptophyta
2、定鞭⾦藻的研究现状（Research Status of Haptophytes）
2.1 定鞭⾦藻的代表性物种（Typical Species of Haptophytes）定鞭⾦藻门下属
两个纲，共5个⽬。

其共有特点是：单细胞或群体，具周质
膜，有2条等长的鞭⽑（及⼀条顶鞭丝），⾊素体2个，带状，有的细胞壁具有碳酸钙⼩⽚。

⽣殖时细胞纵裂，或产⽣2条鞭⽑的游动孢⼦。

在淡⽔或海⽔中都有分布种类。

巴夫藻⽬和定鞭⾦藻⽬的主要区别是前者的鞭⽑是不规则的，且含有眼壶（eyespot）及类瘤体结构（knob-like body），同时，⼆者的分⼦⽣物学差异也得到了证实[6]。

巴夫藻⽬的代表性物种是绿⾊巴夫藻（Pavlova viridis）和路⽒巴夫藻（Pavlova lutheri），其典型特征是定鞭丝不能弯曲，⽽定鞭⾦藻⽬如⼩定鞭⾦藻（Prymnesium parvum）和三⽑⾦藻（Prymnesium parvum Cater）的定鞭丝可以弯曲，且较发达，这对其占据优势的⽣态位有重要作⽤。

定鞭丝极度退化的
两个类群是颗⽯藻⽬和等鞭⾦藻⽬微藻，前者的原⽣质外有鳞⽚，如赫⽒颗⽯藻（Emiliania huxleyi）和钙板⾦藻（Calcidiscus leptoporus）；⽽后者的细胞裸露，原⽣质外⽆鳞⽚，鞭⽑等长，如等鞭⾦藻（Isochrysis zhanjiangesis，Isochrysis Parke 等）和叉鞭⾦藻（Dicrateria zhanjiangesis，Dicrateria inornata，Dicrateria Parke 等）。

棕囊藻属最早由Hariot于1892年在Pouchet发现，⽬前主要将其分为6类：Phaeocystis pouchetii、Phaeocystis globosa、Phaeocystis scrobiculata、Phaeocystis antarctica、Phaeocystis cordata、Phaeocystis Jahnii[11]，主要分布于南、北两极及寒、温带[12]（如图3所⽰，图⽚来源于N CB I数据库[13]）。

其中，路⽒巴夫藻、等
鞭⾦藻是主要的海洋经济微藻[14]。

1 2
A
B
C
D
E
A.1&2 路⽒巴夫藻Pavlova lutheri；
B.1&2 ⼩定鞭⾦藻Prymnesium parvum；
C. Coccolithophore sp.；
D.1 等鞭⾦藻Isochrysis、2 叉鞭⾦藻Dicrateria；
E.1 Phaeocystis sp. Cells、2 Phaeocystis g l obosa
图 3 定鞭⾦藻的代表性物种Fig.3 The typical species of Haptophytes
2.2 定鞭⾦藻有害藻华的毒理学机制及其他环境效应（Toxicological Mechanisms on Harmful Algae Blooms for Haptophytes and Other Environmental Effects）2.2.1 有害藻华
有害藻华（Harmful Algae Blooms，HABs）事件通常发⽣于低海拔的上升流区域（upwelling r egi ons）[15]，是由近海藻类种群密度过⾼⽽致，且常伴随着毒素的释放。

这会造成当地⽣态破坏，经济受损，同时会对旅游业﹑养殖业及⽔域管理造成不可估量的损失[16]。

⾃Chrysochromulina polylepis 藻华⾸次（1988 年）在欧洲爆发以来，⼈们开始了对 HABs 的关注[17]。

有害藻华的发⽣，主要是绿藻门（Chlorophyta）﹑蓝藻门（Cyanophyta）﹑硅藻门（Bacillariophyta）、⾦藻门（Chyosophyta）、定鞭⾦藻门（Haptophyta）和甲藻门（Pyrrophyta）的代表性物种单独或混合作⽤的结果。

其中，铜绿微囊藻（Microcystis ae r ugi nosa ）、鱼腥藻（Anabaena sp. ）、汉⽒菱形藻（Nitzschia hant zs chi ana ）、⼩等刺硅鞭藻（Dictyocha fibul a ）、⼩定鞭⾦藻（Prymnesium parvum）和薄甲藻（Glenodinium pulvisculus）是六⼤门类的代表性物种[18]。

对各代表性藻类进⾏研究，是实现有害藻华防治的理论依据，也是海洋微型⽣物⽣态学在海洋环境研究及全球⽓候变化监测等领域的重要内容之⼀。

2.2.2 有害藻华的爆发及毒理学机制藻华发⽣时的有害性主要有两种情况：释放
毒性物质或因藻群繁殖⽽⼤量消
耗⽔体的溶解氧[19] 。

据报道显⽰，颗⽯藻（Emiliania huxleyi 和Calcidiscus leptoporus）和棕囊藻（Phaeocystis sp.：P. pouchetii-北极洲，P. globosa-热带和亚热带海域和P. Antarctica-南极洲）是有害藻华爆发的主要定鞭⾦藻类群[15, 20]。

通常认为，有害藻华的发⽣与光照和温度[21-23]、盐度[22, 24]、N/P 浓度与⽐例[23, 25-29] 有关，甚⾄还会受⽔体中病毒数量、活性等的影响[30]。

⽬前，对棕囊藻有害藻华的爆发研究⽐较深⼊。

该藻⾃⾝具有毒性，危害较⼤。

⾸先，该藻球形群体外围具有⼀层柔软的胶质被且藻体含多糖，当⼤量繁殖形成⾚潮时，含胶质和糖的藻体便紧紧贴在鱼鳃上。

影响鱼的呼吸和摄⾷，致使鱼类窒息，缺氧⽽死亡。

其次，该藻巨⼤的⽣物量（尤其是黎明和傍晚时）可造成⽔体缺氧导致灾害。

再加上藻体和藻细胞死亡腐烂后会产⽣溶⾎毒素等有毒物质，对⽔体环境的破坏将持续⼀定时间，严重时会导致鱼类⼤⾯积死亡，尤其对⽹箱养殖和对虾育苗危害更⼤。

2012 年，南极海域出现⼤⾯积海藻爆发，美国宇航局“⼤地”卫星上搭载的 Modis 设备拍摄到数张图像。

科学家分析造成这次
事故的主要是棕囊藻[31] 。

研究较多的另⼀有害藻华爆发种是⼩定鞭⾦藻（P. parvum）。

研究表明，其⽣长和爆发与⽣态环境有重要关系。

其中，⽔体盐度与温度是两个主要因素。

当盐度在 0.3-3.0%，温度在 5-30℃时，P. parvum 易对其他⽔⽣动植物产⽣危害[22, 24]。

有研究认为，盐度在 4.0-8.0 ppt 时P. parvum 易达到⽣长峰值[32]，⽽温度为 15-24℃时会发⽣藻华[33]。

有害藻华的爆发与其对其他⽣物的毒害作⽤往往是⼀个同步过程。

以Prymnesium parvum 为例，当环境发⽣改变时（主要是受⾷物源的影响），P. parvum 会根据不同的环境条件作出不同的响应。

环境中是否存在可供光合⽣长利⽤的⽆机 N/P 是决定P. parvum 是否会⼤量繁殖并产⽣毒素的关键因素。

⽽藻类的过度繁殖及对其他⽣物的危害⼜会反过来破坏整个⽣态系统，产⽣负反馈调节。

P. parvum 的⽣长繁殖及危害机理如图 4 所⽰。

图 4 P. parvum ⽣长繁殖及危害机理⽰意图（综合⾃⽂献[34-37]）
Fig.4 Schematic diagram about growth-reproduction and toxicological mechanisms of P. parvum
（Summarized from the references [34-37]）
2.2.3 定鞭⾦藻的其他环境效应定鞭⾦藻⼤量繁殖，消耗⽔体中的溶解氧并释放
有毒物质是其环境效应的⼀
⽅⾯。

此外，定鞭⾦藻会分泌⼤量的⼆甲基丙酸噻啶（dimethylsulfoniopropionate，DMSP），该物质具有渗透调节作⽤（osmoregulation），以抵抗捕⾷者及抗氧化。

同时，定鞭⾦藻藻华发⽣时⼆甲基硫化物 DMS 是⼤⽓中硫的主要贡献
者，DMS 具有吸潮作⽤，使⼤⽓中云的密度增加，易形成酸⾬。

此外，硫化物会以⼩颗粒
形式存在，导致太阳光⼤量返回宇宙中，因此地球⽓温下降[15, 19, 38, 39]。

然⽽，此结论有待进⼀步研究。

定鞭⾦藻藻华的另⼀个作⽤是海洋的钙质沉淀（calcareous sediments）。

其中，钙质⽯藻（calcareous coccolithophores）是主要贡献者，其优势种是赫⽒颗⽯藻（Emiliania huxleyi），但贡献最⼤的是钙板⾦藻（Calcidiscus leptoporus）[15, 40, 41]。

2.3 显微技术、流式细胞技术及分⼦⽣物学技术等在定鞭⾦藻研究中的应⽤（Application of Microtechnique, Flow Cytometry and Molecular Biotech- nologies Etc. for Haptophytes Research）
微型⽣物个体极⼩，成为研究发展的⾸要障碍。

微型⽣物的研究进展很⼤程度上取决于技术的进步。

从技术⼿段来说，微型⽣物的研究经历了三⼤“变⾰”：以显微技术为基础的观察分析，以流式细胞技术（FCM）为基础的快速测定和以分⼦⽣物学技术为基础的多样性分析与功能基因分析[1]。

定鞭⾦藻作为微型⽣物的⼀⽀，也经历了以上三个⽅法学的发展过程。

2.3.1 种群分类及⽣物多样性分析按照国际惯⽤的⽣物粒级尺度标准，海洋单
细胞浮游⽣物⼤致可划分为三
类：⽹采浮游⽣物（Netplankton），20~200 µm；纳微型浮游⽣物（Nanoplankton），2~20 µm；⽪微型浮游⽣物（Picoplankton），0.2~2 µm[1]。

据此，定鞭⾦藻基本都属于纳微型浮游⽣物，如P. parvum 是⼀种单细胞微藻，细胞⼤⼩为8-15 µm×4-10 µm（长×宽）[42]；棕囊藻细胞呈球形或近球形，直径为2.5~7.0 µm，但群体胶质囊⼤⼩可达110~2600
µm[10]。

随着更多超微型海洋⽣物的发现，基于粒级尺度的划分标准已不适⽤，但显微技术仍然是微型⽣物研究必不可少的⼿段。

常⽤的显微技术有透射电⼦显微技术（Transmission Electronic Microscopy，TEM）和表⾯（落式）荧光显微技术（Epifluorescence M ic ros c opy，E FM）[43-46]。

⽽流式细胞技术可以实现对定鞭⾦藻的快速分类与定量[1, 47]。

虽然分⼦⽣物学技术起步较早，但真正被⼤规模应⽤于海洋微型⽣物⽅⾯的研究还是在 90 年代以后，其代表性研究是Giovannoni 等利⽤ PCR 扩增 16S rRNA ⽚段的技术研究了⼤西洋马尾藻海的浮游细菌群落结构[48]。

与传统分类⽅法不同的是，分⼦⽣物学技术是基于物种遗传物质的异同⽽进⾏归类的，正是因为分⼦⽣物学的参与（与形态观察相结合），才使得对定鞭⾦藻的传统分类有了新突破，其结果如图 2 所⽰。

根据现有报道显⽰，被⼴泛⽤于定鞭⾦藻种群分类及⽣物多样性分析的分⼦⽣物学技术（⼿段）主要有：PCR 扩增技术[49-51]、DNA 测序技
术[52]、（PCR-）DGGE 技术[52-55]、TGGE 技术[54]、HPLC 技术[56]、实时定量 P CR[57, 58]、qPCR 技术[54]、AFLP
技术[59]等。

近些年，环境基因组技术和环境蛋⽩质组技术已成功应⽤于对假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）和三⾓褐指藻（Phaeodactylum t r ic or nut um）的种群分析[15]，但在定鞭⾦藻⽅⾯的研究未见报道。

2.3.2 毒理学（⽣理⽣态）研究微藻的⽣理⽣态与细胞的物理化学特征和⽣物
化学特征有关，如细胞的⼤
⼩、细胞质的颗粒性、细胞⾊素的含量及 DNA 或 RNA 含量等[1]。

对微藻⽣理⽣态开展研究，能够为揭⽰有害藻华爆发的机制、毒理学作⽤及其防治提供有效措施，这也是实现海洋微型⽣物⽣态学研究的必要途径。

流式细胞技术已被⼴泛应⽤于海洋微型⽣物的⽣理⽣态研究，如细胞膜电位分析、细胞活性分析、单细胞⾊素分析及细胞分选等[1]，该技术⽬前也实现了对定鞭⾦藻的化学分析[60]。

据现有报道显⽰，RT-PCR 技术也实现了对定鞭⾦藻碱性磷酸酶的表达测定[61]，⽽探针技术、HPLC 技术等也是定鞭⾦藻⽣理⽣态学研究的⼀项辅助技术[56, 62, 63]。

有报道显⽰，将流式细胞技术与分⼦⽣物学技术联合⽤于此⽅⾯的研究是可⾏的[64]。

此外，海洋微型⽣物流式图像技术、细胞膜电位测定技术（同位素标记技术、荧光分光光度法等）、时序红外显微技术（TIREM）、活细胞测定技术（核酸染⾊技术、Live/Dead Baclight TM 细菌活性⼯具包、放射⾃显影技术等）、原⼦⼒显微镜技术和酶联放⼤-荧光原位杂交技术（CARD-FISH）、荧光原位杂交-微放射⾃显影技术（M ic ro-FISH）和碳源利⽤分析技术等[1]都可在定鞭⾦藻的⽣理⽣态研究中得到更深⼊的研究与推⼴。

然⽽，⽣理⽣态的研究不能只局限于微观世界，从微藻的个体⽔平、种群、群落⽔品及其⽣态位等宏观⽅⾯分析藻类的⽣态学效应是今后研究的重要内容之⼀。

这对于指导有害藻华的防治，渔业的⽣产，经济微藻的开发及⽣态环境的监测与修复等都有⼗分重要的指导意义（详见 2.4）。

2.3.3 监测与防治
定鞭⾦藻藻华会对鱼类及其他⽔⽣动﹑植物产⽣毒害作⽤[34, 35, 65-67]。

此外，有研究表明，P. parvum 会对内陆⽔源产⽣危害[42]。

⽽在湖泊富营养化研究中，定鞭⾦藻可以作为⽔体富营养化指⽰物种[18]。

因此，开发定鞭⾦藻监测与防治新技术对指导渔业⽣产、保护⽔体环境及⼈类健康有重要价值。

常⽤的定鞭⾦藻监测技术包括 RT-PCR 技术[58]、AFLP 技术[16, 59]、分⼦探针
技术[62, 68]、细胞计数法[69]等。

不同种属定鞭⾦藻具有不同的特性，对颗⽯藻属定鞭⾦藻⽽⾔，卫星遥感技术在近些年得到了⼴泛的应⽤[6, 70]；但⼩定鞭⾦藻却⽆法利⽤该技术实现追踪监测[42]。

随着技术的进步，近些年对定鞭⾦藻引发的HABs 也实现了数学模型拟合（预测），如数学模型（CZCS、Sea-WiFS、MODIS 等）[6, 70-72]﹑数据流技术[42]等的应⽤。

若预测不准确或不及时，对定鞭⾦藻的治理则显得⾮常重要。

因为定鞭⾦藻的⽣长与爆发与N/P 浓度和⽐例、温度、pH、盐度等有关，通过调控发⽣⾚潮的⽔域理化条件是实现藻华控制的途径之⼀。

同时，可利⽤化学杀藻剂对定鞭⾦藻实⾏快速控制，如对P. parvum 的治理常⽤的杀藻剂有氟啶草酮（fluridone）﹑五氟磺草胺（penoxsulam）﹑苄嘧磺隆（bensulfuron）﹑丙炔氟草胺（flumioxzin）﹑唑草酮（carfentrazone）和 top-ramazone 等[73]。

2.4 ⽣态（毒理）学在定鞭⾦藻研究中的应⽤（Application of Eco-(Toxico-)logy for Haptophytes Research）
⽣态毒理学是运⽤数学、物理学、化学、⽣态学及毒理学等多种学科的理论和⽅法，研究各种有毒有害物质对动物、植物、微⽣物等⾮⼈类⽣物及⽣态系统的损害作⽤及其防护的科学[74]。

对于海洋⽣物⽽⾔，海洋⽣态学的研究重点为种群⽣态学、群落⽣态学和⽣态系统⽣态学三个层次，其内容包括种群/群落的组成与结构、物种的时空变化与分布情况、种群/群落⽣态位及⽣态功能和种群/群落与环境之间的效应关系[75]。

定鞭⾦藻物种多样性很丰富，且有多个种属会形成有害藻华，研究有害藻华产⽣的外界原因及有害藻华对外界产⽣的影响是⾮常有必要的。

只有了解了外界对定鞭⾦藻的⽣态毒理学效应及定鞭⾦藻对外界的⽣态毒理学效应，才能更好地指导定鞭⾦藻有害藻华的预防与控制。

2.4.1 外界（其他⽣物与环境）对定鞭⾦藻的⽣态学作⽤定鞭⾦藻的⽣活周期因
种⽽异，有时也会受环境因素的影响⽽改变，主要包
括营养条件、捕⾷者及其他环境因素。

⼀般来说，定鞭⾦藻的⽣长、衰亡有其固有的周期，通常不会对外界环境造成不可恢复的损害。

但⼈类活动极⼤地影响了环境的稳定性，进⽽破坏了⽣物的⽣存环境，这是导致⽣态事故如有害藻华爆发的主要原因。

营养条件如 N/P 等物质的含量及⽐例是影响定鞭⾦藻有害藻华爆发的⾸因[25, 29, 35, 36]，N/P 是否充⾜会直接对定鞭⾦藻种群和群落组成与结构造成破坏。

有
报道显⽰，P. parvum 有害藻华爆发时，往往也表明其他种群的衰亡[35-37]。

这个
过程中，起关键作⽤的是N/P 浓度，但最终会影响到其他种群的数量级结构，进⽽产⽣毒理学效应（图4）。

其他条件如温度、光照、pH 等也会影响定鞭⾦藻的种群结构，时空分布等，这也是定鞭⾦藻受外界环境影响⽽改变的⼀个重要⽅⾯（详见2.2.2）。

此外，环境中的捕⾷者数量及种类也会对定鞭⾦藻的种群数量及
⽣态学功能产⽣冲击，如捕⾷者对棕囊藻的影响[76-79]。

其中，原⽣动物（pr otozoa n）和后⽣动物（metazoan）是主要的捕⾷者，且是在定鞭⾦藻⽣活周期中的单细胞
周期起作⽤[76, 78]。

这些捕⾷者的存在也会对其他的微藻产⽣影响[80, 81]，因此这是
⼀个很复杂的过程[76]，最终会导致定鞭⾦藻⽣态功能的减弱甚⾄丧失。

2.4.2 定鞭⾦藻对外界（其他⽣物与环境）的⽣态（毒理学）作⽤定鞭⾦藻有害
藻华的发⽣与外界环境密切相关，同时，有害藻华⼜会对外界
环境产⽣效应，因此⼆者在研究中是⼀个密不可分的统⼀过程。

当藻类⼤量繁殖时，会消耗⽔中的溶解氧，从⽽抑制其他⽣物的正常⽣活；在不同⽣理⽣态条件下，定鞭⾦藻甚⾄还会分泌藻毒素，毒害其他⽣物[42]。

颗⽯藻属和棕囊藻属定鞭⾦藻还会产⽣ DMSP 和 DMS 等污染空⽓的物质，颗⽯藻形成的钙质沉淀还会导致海洋⽣产⼒结构与功能的改变[6, 82]。

总之，⽣态（毒理）学是研究定鞭⾦藻的可靠⽅法，从整个⽣态系统着⼿考
虑问题，对指导有害藻华防治有重要作⽤。

⽣态（毒理）学研究的辅助⼿段很多，如形态观察，⾊谱、质谱、⾊质联⽤、核磁共振等代谢分析，蛋⽩质分析和基因
分析，⽂库克隆，分⼦杂交，数学建模等。

尤其是数学模型的建⽴，对定鞭⾦藻
的防治起到了很好的预警作⽤（2.3.3）。

2.5 ⽣物信息学在定鞭⾦藻研究中的应⽤（A pplication of Bioinformatics for Haptophytes Research）⽣物信息学是研究⽣物信息的采集，处理，存储，传播，分析和解释等各⽅
⾯的⼀门学科。

它通过综合利⽤⽣物学，计算机科学和信息技术⽽揭⽰⼤量⽽复杂的⽣物数据所赋有的⽣物学奥秘。

传统的⽣物分类及多样性分析以物种的形态结构和⽣理特征为主要依据，但⽣物世界千变万化，形态学差异有时不⾜以完全表明其进化地位及聚类情况。

新兴分⼦⽣物学技术的发展为⽣物多样性的分析提供了基础，同时也为基于基因⽔平、蛋⽩质⽔平的其他研
究提供了条件，从⽽在微观、宏观，毒理学机制等⽅⾯都实现了很⼤的突破。

将分⼦⽣物学技术研究成果在计算机上进⾏分析，是⽣物信息学的⾸要⽬标，这便于不同领域、不同地域
的研究⼈员快速地进⾏信息交流，以促进⽣物学研究的快速发展。

通过对定鞭⾦藻的数据检索（NCBI 数据库）可知，当前世界上对定鞭⾦藻开展的研究⽐较⼴泛，但仍然有很多未知领域亟待突破。

如图 5-A 所⽰，定鞭⾦藻基因组的完整测序只有 4 个报道，分别是：赫⽒颗⽯藻（Emiliania huxleyi）、球等鞭⾦藻（Isochrysis galbana）和路⽒巴夫藻（Pavlova lutheri）（双击见链接）。

针对表达序列标签（Expressed Sequence Tags，ESTs）开展的研究有 172949 个记录，然⽽与此相对应的蛋⽩只有 2037 个记录，其具体分布情况如图 5-B~D；以Prymnesium parvum 为例，对其 ESTs 开展的研究有 23443 条记录（具体的研究情况以图 6 ⽰之），却只报道了 26 个蛋⽩（包括重复）。

此外，当前研发成功并提交 NCBI 数据库的定鞭⾦藻探针只有 4 个，且都为南极棕囊藻（Phaeocystis antarctica）探针（GenBank 登录号分别为：Pr009611603~Pr009611006）。

以上情况说明，⽣物信息学对于研究定鞭⾦藻⾮常重要，由此可以把握国内外对此开展研究的最新动态；同时也说明，当前国际上对定鞭⾦藻开展的研究还不够深⼊，不够系统。

因此，今后对定鞭⾦藻开展⼴泛、深⼊的研究还有⾮常⼴阔的前景。

B
图 5 国内外对定鞭⾦藻开展的研究现状
Fig.5 Research status of Haptophyta at home and a br oa d
3 、定鞭⾦藻的研究意义及展望（R esearch Meanings and Future Research for Haptophytes）
⽬前，对定鞭⾦藻的研究已较全⾯，从研究内容来说，主要分为物种多样性分析、种群的分布特征与丰度、⽣态位及⽣态功能研究（如光合作⽤）、⽣长/ 反之特征、毒理学研究、定鞭⾦藻与环境之间的互效关系及检测⼿段、治理⽅法等（如图 6 所⽰）。

开展以上研究，主要有以下⼏点意义：
①通过对定鞭⾦藻物种多样性、分布及丰度，以及爆发机制、毒理学机制和环境效应等⽅⾯的研究，可以对环境的变化与治理起指⽰和指导作⽤；
②通过①，可以进⼀步对⼈类⽣产、⽣活起引导作⽤（更好地调节⼈类与环境间的关系）；
③通过定鞭⾦藻种群分类，⽣活史，分布特征及遗传物质多样性研究，可以促进对不同地质时代的环境特征与物种演化的深⼊了解；
④通过研究定鞭⾦藻的⽣理⽣化特性，对促进经济微藻的研发有积极作⽤。

图 6 定鞭⾦藻的研究内容⽰意图（综合⾃⽂献[32, 34, 37, 42, 55, 62, 65, 66, 68, 83-86]）Fig.6 Schematic diagram of research contents for Haptophytes
（Summarized from the references[32,34,37,42,55,62,65-66,68,83-86]）
然⽽，对定鞭⾦藻的以上研究是⼀个综合的过程，研究过程不可能⾯⾯俱到，要做到全⾯、深⼊的了解有待新技术的诞⽣，也有待更多的⼈⼒、物⼒、财⼒的
投⼊。

就当前技术⽔平⽽⾔，对定鞭⾦藻的研究可以从以下⼏点⼊⼿：
①开展国际合作、交流，将不同时空的研究成果进⾏⽐对，以期实现交叉、综合与新的突破；
②筛选新种，对新种的⽣理⽣化特性，种群特性，⽣态功能等展开研究；
③持续地监测同⼀环境条件下定鞭⾦藻的各种变化，同时进⾏横、纵向⽐对，寻找异同点，为环境研究提供新思路；
④对定鞭⾦藻不同种属（甚⾄纲、⽬）的遗传物质进⾏深⼊研究，更全⾯地揭⽰其分⼦⽔平差异性；尤其是要突出研究ESTs 及其相关蛋⽩，为定鞭⾦藻有害藻华的防治提供新的理论基础；
⑤综合开发新的监测技术（如探针、⽰踪技术等）；
⑥进⼀步研究定鞭⾦藻的⽣态（毒理）学功能，为海洋微型⽣物⽣态学研究作出新的贡献；
⑦开发海洋经济微藻（如路⽒巴夫藻和球棕囊藻等）。

第⼆部分：读博⼯作安排与预期⽬标
由以上分析可知，⽬前国内外已⼴泛开展对定鞭⾦藻的各类研究。

在种群分类及物种多样性分析⽅⾯，定鞭⾦藻纲的颗⽯藻⽬和棕囊藻⽬等到了较完整的认识；对于定鞭⾦藻纲的定鞭⾦藻⽬和等鞭⾦藻⽬以及巴夫藻纲中的巴夫藻⽬的群落结构研究不够深⼊。

在我国，总体上还未对定鞭⾦藻门形成系统的认识，这不仅体现在门类分析⽅⾯，在物种多样性、群落结构多样性、⽣态系统多样性等⽅⾯也存在“零敲碎打”的现象，诸如巴夫藻（巴夫藻⽬）、颗⽯藻（颗⽯藻⽬）和⾦⾊藻（定鞭⾦藻⽬）（图2）的研究⼏⽆报道，⽽对棕囊藻⽬和等鞭⾦藻⽬的代表性物种研究较多。

另外，定鞭⾦藻门的多数藻种都会形成有害藻华，进⽽会影响海域⽣态系统结构的稳定性及功能的发挥。

定鞭⾦藻藻华在我国的研究，仍然以棕囊藻为主，⽽国外已对定鞭⾦藻⽬中的⼩定鞭⾦藻（P. parvum）展开了深⼊研究，尤其是美国、德国等发达国家对其分布特征、光合作⽤、⽣长/繁殖特性、毒理学作⽤及与环境之间的互效关系等⽅⾯作了很详细的研究与报道；此外，国外对颗⽯藻⽬中的赫⽒颗⽯藻和钙板颗⽯藻的研究也提升到了环境效应⽅⾯。

再者，对于有害藻华的防治，也因以上研究进程的迟缓也得不到很好的发展。

近年来，我国正⼤⼒投资于海洋⽣物学与环境学的研究，在“⼗⼆五”规划
中，还专门成⽴了⼀项国家重点项⽬——《近海海洋综合调查与评价》，也因此形成了⼀个新热潮——中国区域海洋学研究。

国家海洋局对此如此重视，是因为我国三⾯临海，地理位置事宜微藻⽣活，四⼤海区——东海、黄海、渤海和南海——更是⼴泛分布着各种微藻，种群资源丰富，也包括定鞭⾦藻。

由此可知，在我国典型海域开展定鞭⾦藻的系统研究，完整地勾画出定鞭⾦藻在典型海区的群落结构和⽣态学功能，具有⼗分重要的意义。