中国曲丝藻属新记录种——温泉曲丝藻(Achnanthidium thermalis)

张蓥钰，吕绪聪，董 静，高云霓，张景晓，李学军，秦祥朝，高肖飞，张 曼

(1.河南师范大学水产学院，河南新乡 453007；2.生态环境部黄河流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，郑州 450004)

底栖硅藻是水体生态系统重要的初级生产者，其主要特点是细胞外覆硅质的细胞壁，这些细胞壁纹理(孔纹、点纹、线纹、肋纹等)、形状、大小的多样性构成了硅藻主要分类依据[1]。由于底栖硅藻具有生长周期短、种类多、繁殖快等特性，其生长极易受到pH、光照、降水、盐度、温度、无机营养含量等外界环境因素的影响。研究表明，底栖硅藻的生物量与水体环境之间存在着紧密关系[2]，故其可用于水质评估以及水体健康状况评价[3-4]。此外，它们也是生态系统中鱼类与其他水生动物的重要饵料，在水体生态系统中发挥着重要作用[5]。

乌梁素海(40°47′～41°03′N，108°43′～108°57′E)位于内蒙古巴彦淖尔市乌拉特前旗境内、呼和浩特、包头、鄂尔多斯三角地带的边缘，是黄河改道形成的天然河迹湖，中国八大淡水湖之一。该湖年平均气温为7.3 ℃，年均降雨量为224 mm，属于典型温带大陆性干旱气候[6，7]。湖区整体呈南北狭长、东西狭窄状，整体水域面积为293 km2，水深为1.2～3.4 m，水体电导率的变化范围为50～500 μS/cm，盐度约为1.5 g/L[8，9]。乌梁素海是黄河流域内最大的湖泊，但其由于频繁的人类活动，包括常年接受农田灌溉排水、周边地区的工业废水与生活污水的汇入，水体富营养化程度日益严重[10]。2013-2019年，乌梁素海总氮年均质量浓度为2.13 mg/L，总磷年均质量浓度为0.14 mg/L，其大部分水域处于富营养化状态，程度由北向南递减，居民区附近富营养化程度最高[11]。作为寒旱区典型的浅水湖泊，研究底栖硅藻生物多样性组成对维护其水体生态系统平衡具有重要作用，同时对水环境治理与保护提供一定的数据支持。

1 材料和方法

1.1 采样位点设置

按照点位法原则[13]，于乌梁素海布设19个采样位点开展底栖硅藻和相应环境因子的调查工作(图1)。

图1 乌梁素海采样位点图Fig.1 Sample sites in Wuliangsu Lake

1.2 采集方法

2020年8月15日-9月26日，选择湖泊岸边水深较浅处附着藻类较多的石块，使用硬毛牙刷或小刀刮取一定面积石块表面的底栖藻类至白瓷盘，然后将底栖藻类样品收集至100 mL样品瓶中，按样品体积的4%加入甲醛溶液固定，密封带回实验室进一步处理。

1.3 标本处理方法

取样品进行离心，去上清至剩余2 mL样品，混匀后移至玻璃管并加入等量盐酸，酒精灯上灼烧至不再产生大量气泡；加入等量浓硫酸，混匀后加热至沸腾；然后加入等量浓硝酸，加热至不再产生褐色气体冷却后进行离心(3 000 r/min，10 min)，去上清后加入蒸馏水定容至10 mL，充分震荡混匀，再以3 000 r/min离心，重复上述步骤直至样品呈中性，加入无水乙醇溶解沉淀并保存。取硅藻壳悬浮液滴至盖玻片，烘片机烘干(60～70 ℃)，利用Naphrax封片胶制作硅藻壳永久装片标本，于光学显微镜下观测和拍照，装片存放于河南师范大学水域生态实验室。

1.4 水质分析方法

使用多参数水质分析仪(哈希，美国)现场测定水体水温、pH、溶解氧和电导率。透明度采用塞氏盘现场测定。同时，采用5 L深水采水器采集水下0.5 m处水样，将水样装入5 L白色样品瓶，带回实验室并在48 h内完成下列各项指标的测定，包括：浊度、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量、氨氮、总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chla)，测定方法参照国标法进行[14]。

1.5 水质及富营养化评价方法

水质评价标准采用《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》，将水质划分为Ⅰ～Ⅴ类。

采用以Chla为核心建立的“五指标”综合营养状态指数法评价湖泊富营养化程度[15]，选取Chla、TP、TN、SD和CODMn五项作为评价参数，综合营养状态指数计算公式为：

式中：TLI(∑)—综合营养状态指数；Wj—第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)—第j种参数的营养状态指数。

以Chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为：

式中：rij—第j种参数与基准参数Chla的相关系数；m—评价参数的个数。

选取Chla(μg/L)、TP(mg/L)、TN(mg/L)、SD(m)和CODMn(mg/L)作为TLI评价因子，各参数的营养状态指数计算公式为：

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)

富营养状态指标评分标准参见表1[16]。

表1 湖泊富营养状态指数评分标准Tab.1 Criteria for lake eutrophication index

1.6 底栖硅藻种中鉴定与丰度测定方法

使用光学显微镜(尼康，日本)在1 000×光镜下观察永久装片底栖硅藻的形态，每个样品至少计数500个硅藻壳，并利用LIOO软件拍照与测量，分析估算每种藻类的相对丰度。相对丰度>5%的种类界定为优势种，1%～5%为常见种，<1%为偶见种。硅藻壳样品镀金后，使用扫描电子显微镜(捷欧路，日本)拍照。结合光学显微镜与电子显微镜照片的分类特征统一对硅藻进行鉴定。依据ROUND等[1]建立的分类系统对底栖硅藻进行分类，种类鉴定主要参考文献[17-20]，以及藻类数据库：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 结果与分析

2.1 水体理化条件

在乌梁素海4号、8号和19号位点均采集到了温泉曲丝藻(AchnanthidiumthermalisRabenhorst)。对应采集位点的各项水质指标及均值见表2。根据地表水评价标准，高锰酸盐指数属于地表水Ⅲ类，总氮指数属于地表水V类，表明乌梁素海处于营养化较高的状态。采用综合营养状态指数法评估该水体营养状态指数为56，属于轻度富营养类型。

2.2 新记录种形态特征

在光镜条件下的形态学特征为：壳瓣呈线性披针形，壳面中间较宽，两端较窄，末端呈喙状。壳面(测量36个标本)长10～16 μm，宽3～5 μm(图2)。带面观长10～16 μm，宽2～4 μm，略呈膝状弯曲(图3)，中部较宽，两端较窄，上壳面(无壳缝面)呈凸状，下壳面(具壳缝面)呈凹状。

图3 温泉曲丝藻光学显微镜下的带面观Fig.3 Side view of A.thermalis under the light microscope标尺代表10 μm

在电镜条件下的形态学特征为：壳面呈线形披针形，整体两端较窄，中间较宽。中央区两侧不对称，一侧延伸到壳缘。壳缝呈细丝状，中部较直，至两端略微弯曲且弯向同一侧。2 μm内线纹密度为3～7条，1 μm内孔纹密度为10～12个。线纹整体呈平行状排列，中部以及末端呈略微辐射状排列；壳面中部的线纹较为稀疏，线纹密度由中部到末端逐渐增大；线纹是由细密的孔纹排列形成，孔纹为典型的双列孔纹(图4)。带面观呈拱形，具壳缝面为凹面，无壳缝面为凸面(图5)。

图4 温泉曲丝藻电子显微镜下的壳面观Fig.4 Front view of A.thermalis under the scanning electron microscope标尺代表1 μm；a：线纹，b：中央区，c：孔纹

图5 温泉曲丝藻电子显微镜下的带面观Fig.5 Side view of A.thermalis under the scanning electron microscope标尺代表1 μm

2.3 底栖硅藻群落特征

乌梁素海的底栖硅藻群落组成数据显示，共鉴定出硅藻89种(包括变种)，隶属于12科39属(表3)。底栖硅藻各属的种数组成中，曲丝藻属6种，占总种数的7%；曲壳藻属1种，占总种数的1%；小环藻属4种，占总种数的4%；菱形藻属18种，占总种数的20%；双眉藻属4种，占总种数的4%；异极藻属4种，占总种数的4%；拟内丝藻属3种，占总种数的3%；桥弯藻属3种，占总种数的3%；舟形藻属10种，占总种数的11%；平格藻属3种，占总种数的3%；肘状藻属3种，占总种数的3%；其他硅藻属种共33种，占总种数的36%。其中，温泉曲丝藻在底栖硅藻群落中的相对丰度为1.215%，是底栖硅藻群落的常见种。

表3 乌梁素海底栖硅藻物种组成Tab.3 Species composition of periphytic diatom in the Wuliangsu Lake

表4 温泉曲丝藻与相似种类的区别特征Tab.4 Distinguishing characteristics between A.thermalis and similar species

3 讨论

3.1 曲丝藻属的由来

1833年，KÜTZING[18]建立了曲丝藻属(Achnanthidium)。1980年，ROUND等[19]将其归入曲壳藻属(Achnanthes)。由于分类体系的演变，1996年又被移出曲壳藻属，将其单独划分为曲丝藻属[20]。KRAMMER[17]并未将曲丝藻属单列为一属，而是将曲壳藻属(Achnanthes)划为两个亚属—曲壳藻亚属(Achnanthes)和曲丝藻亚属(Achnanthidium)。曲壳藻亚属壳面和壳套点孔纹粗糙，从宽壳环面观察，有一个单一的点孔纹带；无壳缝壳面通常有一个不同程度偏心狭窄的中轴区。而曲丝藻亚属不具备上述特征，其如果壳面点孔纹粗糙，则至多有一单一的点孔纹环围绕着壳套，单一的壳环带呈无纹状；无壳缝面的中轴区通常呈椭圆形至宽线形。依据ROUND等[20]的分类体系，曲壳藻科(Achnanthaceae)被划分为曲壳藻属(Achnanthes)和曲丝藻属(Achnanthidium)。曲壳藻属上壳面与下壳面结构不同，壳缝面凸起，线纹呈单列或多列组成，结构粗糙，气孔由复杂的棘区包围，适应于盐生或半气生环境。而曲丝藻属上壳面与下壳面结构相似，壳缝面凹入，壳面窄线形披针形，线纹通常单列，不具有复杂棘区，适应于淡水环境生存。可见，在不同的文献中，曲丝藻属的分类地位和分类依据略有区别。温泉曲丝藻在文献记载中均记录为(Achnanthesthermalis)，其命名原则与KRAMMER和LANGE-BERTALOT相同。目前，多数硅藻分类学家具有共同认知，即将曲丝藻属单独列为一属[20-21]，故本文称其为温泉曲丝藻(Achnanthidiumthermalis)。

综合曲丝藻属的特征，可描述为：细胞单个存在或形成短链状群体，个体较小，长度一般小于30 μm，宽度小于5 μm，带面观呈浅“V”形。具壳缝面呈凹状，轴区呈窄线形，线纹通常为单列，且呈辐射状；无壳缝面呈凸状，中央区较小或者没有，线纹呈轻微辐射状或者平行。曲丝藻属种类丰富，目前在我国已广泛记载，包括高山曲丝藻[A.alpestre(Lowe et Kociolek)Lowe et Kociolek]、链状曲丝藻[A.catenatum(Bily et Marvan)Lange-Bertalot]、偏转曲丝藻[A.deflexum(Reimer)Kingston]等。王艳璐等[22]于2015年在四川甘孜发现了曲丝藻属中国新记录种原子曲丝藻(A.atomusMonnier)、施特劳宾曲丝藻[A.straubianum(Lange-Bertalot)Lange-Bertalot]、半孔曲丝藻[A.semiapertum(Guermeur)Andresen]、亚显曲丝藻[A.pseudoconspicuum(Foged)Jüttner&Cox]。于潘等[23]于2013年在四川省九寨沟自然保护区发现了中国曲丝藻属新记录种菲斯特曲丝藻(A.pfisteriLange-Bertalot)、罗森斯托克曲丝藻[A.rosenstockii(Lange-Bertalot)Lange-Bertalot]。这些曲丝藻属种类均为单列线纹。然而，本实验中发现的温泉曲丝藻为典型的双列线纹，与曲丝藻属常见的单列线纹特征并不相符。目前，曲壳藻属正在被划分为许多新定义的属，考虑温泉曲丝藻的特殊性，日后是否会被划分到新建立的属还有待探讨。

3.2 温泉曲丝藻与相似种比较

在温泉曲丝藻的定种过程中，我们发现其与A.minutissimum(Kütz)Czarn、A.gracillimum(Meister)Lange-Bert、Achnanthesreimeri(Camburn)Ponader and Potapova的形态极为相似。经过仔细比对，发现不同之处在于，A.minutissimum壳面长5.6～20.8 μm，孔纹呈单列，壳缝远侧平直。A.gracillimum壳面长12～21 μm，孔纹呈单列；壳缝末端突然弯曲，且一直延伸到壳缘；壳面两侧壳瓣轻微不对称。A.reimeri壳面长11.5～18.2 μm，孔纹呈单列，壳面观中央有一个菱形凸起。生长环境方面，温泉曲丝藻主要生活在中盐度水体。A.minutissimum生存能力较强，对各种有机污染以及无机污染都具有耐受性，从未污染的贫营养湖泊到高度污染的过度富营养湖泊都可以生存[24]。其丰度主要与生长环境的低营养与低离子含量有关[25]。A.gracillimum常出现于低电导率、营养贫乏的河流，偶尔出现在轻微受采矿影响的溪流。A.reimeri主要生存于营养物和离子含量较低的粉砂质河流中[21](表3)。

3.3 温泉曲丝藻的生态分布

温泉曲丝藻由于首次发现于温泉水体中而被命名，此后在多个具有一定盐度的水体中被报道。RABENHORST于1864年在德国斯图加特附近的巴德坎斯塔特温泉首次发现了温泉曲丝藻[26]。2011年，ZAREI[27]在伊朗的Gavkhuni湿地发现了温泉曲丝藻，研究发现此生境的生态特征为：pH 6.5，电导率49.4 μS/cm的中盐度水体。PERRETT等[28]于2021年在加拿大Con Mine附近的亚北极湖泊中发现了温泉曲丝藻，此水体常年受到盐碱化和金属污染影响，氯离子达到5 965 mg/L、钾离子达到42.55 mg/L、镁离子达到197 mg/L、总氮达到3.23 mg/L、pH达到7.01，温泉曲丝藻在此生境中为优势种类(相对丰度超过了5%)，说明其可生活于富盐高离子浓度水体。温泉曲丝藻极少被发现于淡水湖泊，本研究于淡水湖泊—乌梁素海中发现了此种类，为该生境的常见种(相对丰度达到1.215%)。乌梁素海整体盐度约为1.5 g/L，基于VOS等[29]的盐度分类，该生境属于中低盐度水体。该研究扩展了温泉曲丝藻的可生存环境。

综上所述，本研究发现的中国新记录种为温泉曲丝藻(Achnanthidiumthermalis)。本文描述了其线纹、孔纹排列结构、生境特征，对该种的形态结构进行了重要补充，进一步完善了我国硅藻的分类，丰富了我国藻类植物的生物多样性。

致谢：感谢黄河流域生态环境局生态环境监测与科学研究中心各位同事对现场采样工作给予的帮助。