姜歆，黃良民，譚燁輝，李佳俊，柯志新，趙春宇

（1.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510301；2.廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510301；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

南海東北部分粒級(jí)葉綠素a和超微型光合生物的周日變化

姜歆1，2，3，黃良民1，2，3，譚燁輝1，2，李佳俊1，2，3，柯志新1，2，趙春宇1，2，3

（1.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510301；2.廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510301；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

分別于2014年春、秋和2015年夏3個(gè)季節(jié)對(duì)南海東北部A站位（118°E，21.5°N）分粒級(jí)葉綠素a濃度和超微型光合生物（原綠球藻、聚球藻和超微型真核藻類）細(xì)胞豐度的晝夜變化進(jìn)行了24 h時(shí)間序列連續(xù)觀測(cè)和分析。通過(guò)萃取熒光法分析葉綠素a濃度，發(fā)現(xiàn)葉綠素a濃度呈現(xiàn)明顯的晝夜變化，春季正午最高，秋季和夏季基本變化趨勢(shì)為白天升高，夜晚降低；而因夏季中午的光抑制作用，葉綠素a的濃度相對(duì)較低。超微型光合生物（0.2～3 μm）對(duì)總?cè)~綠素a的貢獻(xiàn)最高（＞71.49%），小型浮游植物（＞20 μm）貢獻(xiàn)率最低（＜10.41%）。通過(guò)流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)到3個(gè)超微型光合生物類群；其中，原綠球藻為優(yōu)勢(shì)類群，最大細(xì)胞豐度達(dá)1.05×105cells/mL，其次是聚球藻，超微型真核藻類的細(xì)胞豐度最低，但由于其單位細(xì)胞內(nèi)的葉綠素a含量高，所以可能對(duì)葉綠素a的貢獻(xiàn)最大。聚球藻豐度基本上白天下降，傍晚到午夜上升；秋季和夏季，超微型真核藻類的豐度白天高，夜晚低，而春季則相反；原綠球藻在秋季和春季的晝夜變化規(guī)律和超微型真核藻類相似。在多種因素共同影響下，光照是調(diào)控葉綠素a濃度和超微型光合生物豐度晝夜變化的一個(gè)關(guān)鍵因素。季節(jié)變化上，原綠球藻的細(xì)胞豐度季節(jié)間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），聚球藻的季節(jié)變化為秋＞夏＞春，超微型真核藻類的季節(jié)變化規(guī)律和聚球藻相反。

分粒級(jí)葉綠素a；超微型光合生物；晝夜變化；季節(jié)變化；南海東北部

葉綠素a（chlorophyll a，Chl a）是浮游植物進(jìn)行光合作用的主要色素，也是海洋浮游植物現(xiàn)存量的一個(gè)通用指標(biāo)。根據(jù)粒徑譜，粒徑為0.2～2 μm（或3 μm）的浮游植物被稱為超微型光合生物（picophytoplankton）（Sieburth et al，1978），是迄今發(fā)現(xiàn)最小的一類光合自養(yǎng)生物。超微型光合生物在世界各個(gè)海域中廣泛存在，包括超微型真核藻類（picoeukaryotes，Euk）以及兩類藍(lán)藻——原綠球藻（Prochlorococcus，Pro）和聚球藻（Synechococcus，Syn）。它們碳氮利用效率高，尤其在寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)豐度高（Raven，1998），是海洋生態(tài)系統(tǒng)Chl a和初級(jí)生產(chǎn)力的重要貢獻(xiàn)者，在南海貢獻(xiàn)率大于50%（Huang et al，1999）。同時(shí)，超微型光合生物在生物泵（Richardson et al，2007）和微食物環(huán)（Joint，1986；張武昌等，2016）中也發(fā)揮著不可或缺的作用。

大部分浮游植物存在晝夜波動(dòng)現(xiàn)象，例如，在西北地中海冬季Syn和Euk從黎明到傍晚生長(zhǎng)（Jacquet et al，1998；2002）。浮游植物的晝夜波動(dòng)受到多種因素的影響，包括：理化因素，如潮汐（王磊等，2013）、光照（Bratbak et al，2011；Mitbavkar et al，2015；Six et al，2007）、濁度（Lefort et al，2013；李云等，2011）、營(yíng)養(yǎng)鹽（Liu et al，2011）等；生物因素，如攝食（Dolan et al，1999；Tsai et al，2012；2015）、病毒裂解（Tsai et al，2012；2015）；以及基因因素等。其中，光照被認(rèn)為是影響浮游植物晝夜波動(dòng)最關(guān)鍵的因子（Bratbak et al，2011；Mitbavkar et al，2015；Six et al，2007），例如，Syn細(xì)胞周期與光周期一致，由基因“時(shí)鐘”控制（Jacquet et al，2002；Llabres et al，2011）。浮游植物周期性的波動(dòng)表明，細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂與被攝食和裂解相平衡，維持了群落的相對(duì)穩(wěn)定性（Landry et al，1995）。

南海是西太平洋最大的半封閉邊緣海，常年受東亞季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的環(huán)流影響。南海東北部地形復(fù)雜，受珠江淡水輸入、沿岸流、上升流、黑潮分支入侵和渦旋等物理現(xiàn)象影響。該區(qū)域的太陽(yáng)輻射、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽和物理過(guò)程季節(jié)變化明顯。近年來(lái)，關(guān)于南海東北部超微型光合生物的晝夜波動(dòng)已開展了廣泛研究，都集中在近岸海域，研究表明：降水是影響大亞灣Syn和Euk晝夜波動(dòng)的關(guān)鍵因素（Liu et al，2011），原生動(dòng)物攝食、潮汐和海流性質(zhì)可能共同影響了臺(tái)灣海峽、珠江口附近的陸架區(qū)和東沙海域的超微型光合生物的晝夜變化（Cai et al，2007；Huang et al，2002；黃邦欽等，2003）。但在南海寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)還未見關(guān)于超微型光合生物晝夜變化的報(bào)道，其變化機(jī)制也尚不清楚。以往對(duì)葉綠素的周日變化研究較多（Liu et al，2015；王磊等，2013），但多關(guān)注單個(gè)季節(jié)，缺乏季節(jié)間比較研究。本研究在南海東北部海盆區(qū)的一個(gè)連續(xù)站，在春、秋和夏3個(gè)季節(jié)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，旨在通過(guò)分析分粒級(jí)Chl a和超微型光合生物的周日波動(dòng)及季節(jié)差異，討論其時(shí)間序列變化的影響因素，為南海東北部微型浮游生物生態(tài)過(guò)程研究和生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型的建立提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣站點(diǎn)

搭乘“實(shí)驗(yàn)3”科考船，在南海東北部設(shè)置了A站（118°E、21.5°N，水深約1 433 m）進(jìn)行24 h時(shí)間序列定點(diǎn)觀測(cè)（圖1）。分別于2014年5月22日（春季）6∶00、10月31日（秋季）6∶00和2015年8月17日（夏季）21∶00開始，至次日同一時(shí)刻，每3 h采樣一次，各采樣9次。由附于CTD（Seabird SBE 911）上的8L－Niskin采水器采集0、25、50、75、100和200 m海水。

圖1 南海東北部連續(xù)站A的位置

1.2 樣品采集與分析

取2 ml海水于凍存管中，設(shè)置3個(gè)平行，加入終濃度為2%的過(guò)濾甲醛混勻，暗保存15～20 min后置于液氮。回實(shí)驗(yàn)室后－80℃保存（Qiu et al，2010）。將冰凍樣品融化后，部分樣品加入YG熒光小球（1 μm；Polysciences）作為內(nèi)參，用流式細(xì)胞儀（Accuri C6，Becton－Dickson，488nm和640nm激發(fā)）分析。通過(guò)側(cè)向角信號(hào)（SSC）、橙色熒光（FL2，585±40 nm）和紅色熒光（FL3，＞670nm；FL4，675±25 nm）的雙參數(shù)圖來(lái)劃分超微型浮游生物的3個(gè)類群并計(jì)數(shù)（焦念志，2006；Jiang et al，2017）。類群劃分的依據(jù)如圖2：Syn有橙色熒光；Euk只有較強(qiáng)的紅色熒光而無(wú)橙色熒光；Pro只有較弱的紅色熒光。通過(guò)FL3信號(hào)，Pro因與背景噪音重合無(wú)法劃分（GérikasRibeiro et al，2016），會(huì)大大低估Pro的豐度，而通過(guò)FL4信號(hào)可以較好的區(qū)分Pro和噪音。對(duì)于用FL4信號(hào)Pro仍然與噪音有部分重疊的表層和25 m樣品（如圖2），用直方圖中可清晰區(qū)分的一半乘以2得到Pro類群計(jì)數(shù)（Jiang et al，2017）。超微型光合生物細(xì)胞豐度為類群計(jì)數(shù)除以進(jìn)樣體積。

為了獲得分粒級(jí)Chl a的樣品，取海水0.5～1 L依次通過(guò)孔徑為20 μm的尼龍膜、3 μm的聚碳酸酯膜（Millipore）和GF/F膜（Whatman），以＞20μm，3～20 μm和0.7～3 μm粒級(jí)分別代表micro－、nano－和pico－Chl a，將濾膜置于液氮保存?；貙?shí)驗(yàn)室后，將濾膜浸入90%丙酮溶液萃取24 h，用葉綠素?zé)晒庥?jì)（TurnerDesign10AU）測(cè)定分粒級(jí)Chl a濃度（Parsons et al，1984）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

超微型光合生物豐度或Chl a濃度的水柱平均值用梯形積分法（譚激揚(yáng)等，2013）計(jì)算。垂直分布圖用Ocean Data View 4.7（Schlitzer R，http：//odv.awi.de，2015）繪制。t檢驗(yàn)用SPSS 21.0完成。其他圖形繪制和數(shù)據(jù)分析用Origin 9.2完成。

圖2 超微型光合生物表層樣品的流式細(xì)胞圖

2 結(jié)果

2.1 采樣站位的環(huán)境特征

海水溫鹽呈現(xiàn)波動(dòng)模式（圖3）。表層溫度夏＞春＞秋，一般是正午時(shí)段最高，春季的晝夜溫差最大，為0.95℃；表層鹽度季節(jié)和晝夜變化趨勢(shì)和表層溫度相反。垂直波動(dòng)上，春季15∶00－18∶00在50～75m觀察到溫鹽等值線抬升，呈現(xiàn)低溫高鹽特點(diǎn)，可能是由于深層水的涌升造成的，而在9∶00－12∶00和21∶00溫鹽等值線下沉。秋季，從觀測(cè)開始到18∶00－21∶00，溫鹽等值線下沉，隨后抬升。在夏季，8月17日21∶00和18日9∶00－15∶00溫鹽等值線抬升；18日3∶00－6∶00和21∶00下沉。對(duì)比3個(gè)季節(jié)，秋季海水比春夏季混合得均勻。

A站位3個(gè)季節(jié)200m以淺的營(yíng)養(yǎng)鹽垂直變化各有不同。如圖4，3個(gè)季節(jié)0～50 m各種營(yíng)養(yǎng)鹽濃度都很低，體現(xiàn)出A站位寡營(yíng)養(yǎng)的特點(diǎn)。對(duì)比季節(jié)變化，濃度淺層秋季稍高，50 m以深是春季最高；濃度0～50 m夏季稍高，深層則是春＞秋＞夏；濃度在0 m夏＞春＞秋，50 m以深則是春＞夏＞秋。

圖3 南海東北部A站溫鹽的晝夜變化

圖4 A站位3個(gè)季節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽的垂向變化

2.2 分粒級(jí)葉綠素a的季節(jié)和晝夜變化

表層總Chla濃度在春季最低（0.05～0.08μg/L），秋季略高（0.07～0.12μg/L），夏季最高（0.06～0.17μg/L）。Chl a次表層最大值（deep chlorophyll maximum，DCM）深度春季在50 m，而秋季和夏季在75 m，最大值分別為0.51、0.37和0.47 μg/L。200 m水柱平均Chl a濃度季節(jié)間沒(méi)有明顯差異（P＞0.05），但秋季的垂直分布更均勻（圖5）。

晝夜變化上，如圖5和6，春季總Chla在12∶00達(dá)到最大值，后逐漸減小并趨于穩(wěn)定（除了在21∶00也觀察到一個(gè)峰）。秋季從10月31日9∶00開始總Chl a呈逐漸累積趨勢(shì)，在18∶00達(dá)到最大值，而在夜間總Chl a濃度逐漸下降，呈消耗狀態(tài)。夏季總Chl a晝夜波動(dòng)不大?？偟膩?lái)說(shuō)，3個(gè)季節(jié)總Chla等值線和溫鹽等值線呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，總Chla最大值出現(xiàn)的時(shí)刻與溫度最大值吻合（圖3和5）。

3個(gè)季節(jié)各粒級(jí)Chl a的晝夜變化趨勢(shì)和最大值深度與總Chl a基本一致（圖5），不同的是，在夏秋兩季0～25 m總Chl a濃度較低，而micro－和nano－Chl a出現(xiàn)了高值區(qū)。用各粒級(jí)Chl a濃度除以總Chl a濃度得出各粒級(jí)的貢獻(xiàn)率，發(fā)現(xiàn)3個(gè)季節(jié)pico級(jí)生物是Chl a濃度的最主要貢獻(xiàn)者，春秋夏的貢獻(xiàn)率為71.49±17.70%、75.31±16.67%和73.20±12.45%，季節(jié)差異不明顯（P＞0.05）。貢獻(xiàn)率其次是微型（nano級(jí)）浮游植物（15.82～20.20%），貢獻(xiàn)率最小的為小型（micro級(jí)）浮游植物（8.33～10.41%）。

圖5 分粒級(jí)葉綠素a濃度（μg L-1）的晝夜變化

2.3 超微型光合生物的季節(jié)和晝夜變化

在A站3個(gè)季節(jié)的連續(xù)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，Pro是豐度最高的超微型光合生物，其次是Syn，Euk豐度最低，三者觀測(cè)到的最大值分別為1.05×105、5.78×104和1.63×104cells/mL。Pro豐度沒(méi)有明顯季節(jié)差異（P＞0.05），Syn豐度秋＞夏＞春，Euk豐度春＞夏＞秋。

在表層，Syn夏季豐度（31.81±18.91×103cells/mL）最高，秋季（13.26±3.05×103cells/mL）次之，春季（3.34±1.85×103cells/mL）最低（P＜0.05）。Euk表層豐度的季節(jié)變化規(guī)律和Syn相同，且次表層豐度最大值層深度與DCM吻合。Pro表層豐度較低（0.32～5.03×103cells/mL），3個(gè)季節(jié)Pro垂向最大豐度均在75 m，100 m豐度仍很高，達(dá)6.81～50.90×103cells/mL。

超微型光合生物呈現(xiàn)出明顯的晝夜變化特征（圖6和7）。Syn豐度在春季從6∶00開始呈逐漸下降趨勢(shì)（9∶00在50 m有個(gè)高值點(diǎn)），18∶00后豐度增加并在夜間趨于穩(wěn)定，21∶00－次日0∶00豐度較高；秋季白天Syn豐度下降，6∶00－12∶00在25～50 m為高值區(qū)，15∶00達(dá)到最低后又上升；夏季Syn豐度在0∶00－5∶00表層出現(xiàn)高值點(diǎn)，變化趨勢(shì)為夜間逐漸上升，到白天9∶00最高，隨后減小至18∶00最低?？傮w來(lái)說(shuō)，3個(gè)季節(jié)白天Syn豐度基本呈下降趨勢(shì)，夜晚總體呈上升趨勢(shì)。Euk在3個(gè)季節(jié)的晝夜變化規(guī)律不同：春季白天豐度稍高于夜間；秋季在傍晚和夜間豐度較高；夏季夜間豐度高于白天。Pro在3個(gè)季節(jié)的晝夜變化規(guī)律和Euk相似，不同的是夏季白天和夜間Pro的豐度相差無(wú)幾。

從垂直的晝夜變化圖（圖7）上看出，超微型光合生物的3個(gè)類群與pico－Chl a的垂直分布和晝夜波動(dòng)規(guī)律相似。3個(gè)類群與pico－Chl a的回歸分析（圖8）表明，Euk和pico－Chl a的線性關(guān)系最強(qiáng)，r≥0.849（P＜0.001）。相比于Euk，Syn和Pro與pico－Chl a的線性關(guān)系則相對(duì)較弱。

圖6 葉綠素a濃度和超微型光合生物豐度200 m水柱平均值的晝夜變化

圖7 超微型光合生物豐度（×103cells mL-1）的晝夜變化。疊加的白色等值線代表pico-Chl a/μgL-1

圖8 超微型光合生物豐度與pico-Chl a濃度的回歸分析

3 討論

3.1 葉綠素a和超微型光合生物的晝夜變化

在南海東北部A站位，總Chl a呈現(xiàn)明顯的晝夜變化。春季在正午溫度較高、光照最強(qiáng)時(shí)，總Chl a濃度出現(xiàn)峰值，是因?yàn)樵寮?xì)胞此時(shí)最活躍；秋季和夏季總Chl a濃度基本是在白天增加，在夜晚逐漸減小，說(shuō)明光照有利于Chl a的積累（Liu et al，2015）。夏季9∶00-12∶00總Chl a濃度下降，是因?yàn)橄募菊绻庹仗珡?qiáng)，產(chǎn)生了光抑制作用。夏季21∶00，50 m水層的總Chl a也出現(xiàn)了高值，主要是因?yàn)槌⑿凸夂仙锏母呒?xì)胞豐度（圖7）。

本文測(cè)定超微型光合生物的豐度，使用的BD Accuri C6流式細(xì)胞儀存在靈敏度低的缺陷（Gérikas Ribeiro et al，2016）。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，采用兩種彌補(bǔ)辦法，一是用FL2-FL4流式細(xì)胞圖，二是直方圖校正。用上述方法得出的結(jié)果和BD FACSCalibur流式細(xì)胞儀的結(jié)果做過(guò)對(duì)比，可以在南海東北部大致彌補(bǔ)這個(gè)缺陷（Jiang et al，2017），但在其他海域是否能大致彌補(bǔ)，還需要進(jìn)一步探討。為了謹(jǐn)慎起見，避免誤導(dǎo)讀者，需要說(shuō)明本文表層Pro數(shù)據(jù)的參考價(jià)值不大。在今后的流式細(xì)胞分析中，如果要分析Pro，建議不要使用Accuri C6，而使用靈敏度較高的機(jī)型，如FACSCalibur和FACSCanto。本研究用Accuri C6可以將Syn與背景噪音完全分開，對(duì)于Gérikas Ribeiro等（2016）得出的Accuri C6低估Syn豐度的結(jié)論，本文并未觀察到。

超微型光合生物的晝夜變化受到多種因素的影響，其中，光照被認(rèn)為是一個(gè)至關(guān)重要的因素（Bratbak et al，2011；Mitbavkar et al，2015）。一方面，光照促進(jìn)藻細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖和葉綠素的形成，另一方面，強(qiáng)光使細(xì)胞DNA損傷的風(fēng)險(xiǎn)加大（Six et al，2007）。本研究發(fā)現(xiàn)，Syn豐度在3個(gè)季節(jié)基本呈現(xiàn)白天下降，傍晚到午夜上升的趨勢(shì)，說(shuō)明Syn在夜晚生長(zhǎng)速率大于死亡速率，而白天生長(zhǎng)速率小于死亡速率，這種現(xiàn)象曾被報(bào)道（Llabres et al，2011；Tsai et al，2005）。已有研究表明，Syn的死亡細(xì)胞比例在白天不斷增加，以黃昏時(shí)最高（Llabres et al，2011），這是因?yàn)樽贤饩€造成的細(xì)胞DNA損傷在白天不斷累積（Boelen et al，2002）。黃昏時(shí)雖然Syn豐度最低，但其細(xì)胞分裂能力最強(qiáng)（Campbell et al，1986；Dolan et al，1999；Lefort et al，2013）。夜晚，Syn死亡細(xì)胞比例不斷下降，而位于G1期的細(xì)胞（代表剛分裂完成的新細(xì)胞）比例不斷增多（Llabres et al，2011），所以在午夜左右Syn豐度達(dá)到最高（Campbell et al，1986；Tsai et al，2005）。在白天也觀察到Syn細(xì)胞豐度的高值，如秋季6∶00－12∶00在25～50 m，夏季6∶00－15∶00的表層，是由于夜晚豐度的暫時(shí)累積造成。

在A站位，Pro的細(xì)胞豐度在秋季白天高，夜晚低，春季則相反，夏季白天和夜晚相差無(wú)幾。有研究表明Pro的晝夜變化規(guī)律和Syn相似，只是分裂和死亡的高峰期有時(shí)間先后差別（Jacquet et al，2001；Llabres et al，2011；Vaulot et al，1999）。本文研究顯示Pro和Syn部分時(shí)段的變化規(guī)律相似，如春季15∶00－次日0∶00（r=0.95，P＜0.05），秋季12∶00－次日6∶00（r=0.81，P＜0.05），夏季0∶00－次日9∶00及15∶00－21∶00（r=0.77，P＜0.05）（圖6），在其他時(shí)間段二者的變化規(guī)律不同，說(shuō)明還有其他的因素也起了關(guān)鍵作用，如浮游動(dòng)物的選擇性攝食等（Christaki et al，1999），但一般認(rèn)為，在外海，病毒的裂解作用不明顯（Huang et al，2002）。

光照對(duì)Syn和Pro的影響在室內(nèi)純培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中也早有證實(shí)。光照是調(diào)節(jié)Syn WH8101細(xì)胞生長(zhǎng)分裂與DNA復(fù)制的關(guān)鍵因素之一（Binder，2000），Pro細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)也受光照調(diào)控（Holtzendorff et al，2001；Jacquet et al，2001）。Syn和Pro都有多種生態(tài)型，不同生態(tài)型的光適應(yīng)和光修復(fù)能力各有不同，得以適應(yīng)海洋中復(fù)雜多變的環(huán)境（Six et al，2007），這也是它們?cè)谑澜绶秶Ｓ驈V泛分布的一個(gè)重要原因。

本研究發(fā)現(xiàn)，Euk和Pro的晝夜變化規(guī)律相似，推測(cè)兩者可能受相同因子控制。Euk包含很多門類，包括綠藻門、不等鞭毛門、隱藻門、定鞭藻門和Alveolates等的10多個(gè)綱（寧修仁，1997；鐘瑜等，2008），Euk豐度的季節(jié)差異反映出季節(jié)間存在著群落的演替（Chen et al，2011）。Euk豐度在秋季和夏季都是夜間較高，而在春季則是白天較高，說(shuō)明秋季和夏季Euk的群落組成可能相似，而與春季差異很大。因此，對(duì)Euk的群落結(jié)構(gòu)組成需要進(jìn)一步的深入研究。

在光照影響的基礎(chǔ)上，本研究還觀察到Chl a和超微型光合生物的3個(gè)類群的垂向波動(dòng)與溫、鹽等值線呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)，在春季和秋季的DCM層，Chl a、超微型光合生物與溫度都呈顯著相關(guān)（P＜0.05），說(shuō)明潮汐混合和垂向流等物理過(guò)程對(duì)它們的晝夜波動(dòng)也有重要影響（王磊等，2013）。生物因素也不可忽略。在晝夜波動(dòng)上，Syn和Euk在春季出現(xiàn)“此消彼長(zhǎng)”的現(xiàn)象，12∶00－18∶00時(shí)段，Syn豐度較低，Euk豐度較高，而在其他時(shí)間段，Syn豐度較高，Euk豐度較低，這是因?yàn)镾yn和Euk的最大值都在50 m，50 m的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度很低，尤其是濃度接近檢測(cè)限（圖3），所以Euk和Syn可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，在50 m二者的豐度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.48，P＜0.05）。在夏季和秋季，二者的生態(tài)位出現(xiàn)分化，最大值深度不同，所以晝夜垂直變化上競(jìng)爭(zhēng)不明顯。此外，浮游動(dòng)物（纖毛蟲、鞭毛蟲等）的攝食也是影響超微型光合生物晝夜變化的關(guān)鍵因素。Tsai等（2015）認(rèn)為，Syn被微型異養(yǎng)鞭毛蟲（nanoflagellate）攝食速率以及被病毒裂解速率夜晚高于白天，抵消掉一部分Syn在夜晚的高分裂速度，以維持動(dòng)態(tài)平衡（Tsai et al，2015）。

3.2 葉綠素a和超微型光合生物的季節(jié)變化

A站位于寡營(yíng)養(yǎng)的南海海盆區(qū)，研究發(fā)現(xiàn)，Pro在3個(gè)季節(jié)豐度都最高，數(shù)量級(jí)為104～105cells/mL。本研究檢測(cè)到的3個(gè)類群的豐度和該海區(qū)前人研究結(jié)果接近（Cai et al，2007；Chen et al，2011；Liu et al，2007；Wang et al，2016；樂(lè)鳳鳳等，2015；林學(xué)舉，2001；寧修仁等，2003；魏玉秋等，2015；張淵洲等，2015）。歷史研究表明，南海海盆區(qū)秋、冬季Syn和Euk的豐度與Chla濃度高于春、夏季，Pro則相反（Cai et al，2007；Chen et al，2011；Liu et al，2007；樂(lè)鳳鳳等，2015）。這是因?yàn)?0月至翌年3月，東北季風(fēng)盛行，海表面溫度下降，風(fēng)生混合加強(qiáng)，混合層加深，真光層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增加。但是本文在A站位真光層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度季節(jié)變化規(guī)律和歷史研究不同，說(shuō)明除了季風(fēng)的影響外，還有其他影響因素，如陸源輸入、渦旋和黑潮入侵等。因此A站位的Chl a濃度和超微型光合生物的季節(jié)變化規(guī)律和歷史觀測(cè)結(jié)果不一致。秋季Chl a和超微型光合生物的垂直分布最均勻，是因?yàn)榍锛竞Ｋ怪被旌陷^強(qiáng)。

一般認(rèn)為，Syn和Euk生態(tài)位相似，季節(jié)變化規(guī)律往往相似（Cai et al，2007；Chen et al，2011；Liu et al，2007），但是在本研究中，Syn豐度秋＞夏＞春，Euk季節(jié)變化規(guī)律卻相反，原因可能是兩者存在生態(tài)位的競(jìng)爭(zhēng)和分化（Somogyi et al，2009；Winder，2009）。3.1提到的兩者在春季晝夜變化上存在的“此起彼伏”現(xiàn)象也是生態(tài)位競(jìng)爭(zhēng)和分化關(guān)系的體現(xiàn)。Pro豐度夏季最高，是因?yàn)楦邷貙?duì)其有促進(jìn)作用，但季節(jié)間沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。

3.3 不同浮游植物類群對(duì)葉綠素a的貢獻(xiàn)差異

本研究的3個(gè)季節(jié)，超微型光合生物對(duì)總Chl a的貢獻(xiàn)都在71%以上，其次依次是微型和小型浮游植物。已有研究表明，從近岸到外海，pico－Chla/Chl a逐漸增大（Liu et al，2015；Qiu et al，2010），在寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)，大粒徑的浮游植物競(jìng)爭(zhēng)力不如小粒徑的浮游植物，超微型光合生物占有重要地位，這是因?yàn)樗鼈凅w積微小，比表面積大（Raven,1998），營(yíng)養(yǎng)鹽吸收半飽和常數(shù)更低，利于在寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)快速高效利用低濃度營(yíng)養(yǎng)鹽。此外，由于基因缺失，Pro不能利用（Moore et al,2002；Rippka et al,2000），但可以通過(guò)降低蛋白表達(dá)或者表達(dá)氨基酸較少的蛋白來(lái)降低對(duì)氮元素的需求（Gilbert et al，2011），高濃度的營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)Pro有毒害作用（Mann et al，2002；Worden et al，2003），所以Pro適宜生活在寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)。

本研究發(fā)現(xiàn)，Euk最大值層與DCM吻合，且Euk與Chl a的線性關(guān)系很好，暗示Euk可能是pico－Chl a的主要貢獻(xiàn)者。超微型光合生物的3個(gè)類群中，Euk雖然豐度通常比Syn和Pro低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，但Euk往往是Chl a和碳生物量的最大貢獻(xiàn)者（Buitenhuis et al,2012；Grob et al,2007）。這是因?yàn)镋uk細(xì)胞粒徑大于Syn和Pro，單位細(xì)胞內(nèi)Chl a含量也高；Syn和Pro屬原核類藍(lán)藻，雖然Syn含有Chl a，Pro也含有被修飾的Chl a，但作為藍(lán)藻，Syn和Pro的捕光色素主要是藻膽素，藻膽素的吸收光譜（470～650 nm）位于Chl a兩個(gè)吸收高峰（660～665 nm，430 nm）中間的波谷地帶（焦念志，2006）。同時(shí)，Euk單位細(xì)胞內(nèi)碳含量遠(yuǎn)超于另外兩類（Euk、Syn和Pro單細(xì)胞碳含量為1 500、115和59 fg C/cell）（Li et al，2001；Zubkov et al,1998），因此Euk對(duì)碳生物量的貢獻(xiàn)也最大。

4 結(jié)論

南海東北部分粒級(jí)Chl a和超微型光合生物均呈現(xiàn)出明顯的晝夜波動(dòng)和季節(jié)變化特征。超微型光合生物對(duì)總Chl a的貢獻(xiàn)大于71%。Pro是豐度最高的超微型光合生物類群，Syn次之，Euk最低。Chl a濃度和超微型光合生物的豐度晝夜波動(dòng)受到多種因素的影響，光照是最主要因素。Syn豐度午夜前后最高，傍晚前后最低。秋季和夏季，Euk的豐度白天高，夜晚低，而春季則相反；Pro在秋季和春季的晝夜變化規(guī)律和Euk相似。季節(jié)變化上，Syn豐度變化為秋＞夏＞春，Euk和Syn季節(jié)變化規(guī)律相反，兩者可能存在生態(tài)位競(jìng)爭(zhēng)和分化。原綠球藻季節(jié)變化不明顯。Euk與pico－Chl a的變化趨勢(shì)最接近，Euk可能是pico－Chl a的主要貢獻(xiàn)者。

目前，研究超微型光合生物的短期波動(dòng)，除了單純用流式細(xì)胞計(jì)數(shù)外，流式細(xì)胞法結(jié)合DNA染色定量法區(qū)分細(xì)胞周期則能提供更多的信息，這也是以后的發(fā)展趨勢(shì)。此外，對(duì)Chl a和超微型光合生物晝夜波動(dòng)的其他影響因素，如浮游動(dòng)物的選擇性攝食、病毒的裂解作用，下一步需要深入探討。

致謝：感謝“實(shí)驗(yàn)3”全體成員給予的支持和幫助。向晨暉、周林濱、劉華健參與野外采樣工作，在此一并致謝。

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Diel variations of size-fractionated chlorophyll a and picophytoplankton in the northeastern South China Sea

JIANG Xin1,2,3,HUANG Liang－min1,2,3,TAN Ye－h(huán)ui1,2,LI Jia－jun1,2,3,KE Zhi－xin1,2,ZHAO Chun－yu1,2,3

（1.Key Laboratory of Tropical Marine Bio－resources and Ecology,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301,China；2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Marine Biology,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301,China；3.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）

A time－series station（118°E,21.5°N）was assigned to study the seasonal and diurnal variations of size－fractionated chlorophyll a（Chl a）and picophytoplankton（Prochlorococcus,Synechococcus,and picoeukaryotes）in the northeastern South China Sea in spring,autumn 2014 and summer 2015,respectively.Chl a concentration showed remarkable diel variations,with the highest concentration of spring occurred in the midday.In summer and autumn,Chl a concentration generally increased in the daylight and decreased in the nighttime.However,Chl a concentration was low in the midday of summer because ofthe photoinhibition.Picophytoplankton（0.2～3 μm）was the major contributor to the total Chl a（pico－Chl a/total Chl a＞71.49%）,and micro－phytoplankton（＞20 μm）was the minor one（micro－Chl a/total Chl a＜10.41%）.Three groups of picophytoplankton were identified by using flow cytometry.In the three seasons,Prochlorococcus was the most abundant in Station A with the maximum abundance 1.05×105cells/mL,followed by Synechococcus.Picoeukaryotes were the minor group but probably contributed most to Chl a due to the higher cellular Chl a content.Among various factors,light is a key factor to control the diurnal variations of Chl a and picophytoplankton.Synechococcus abundance generally decreased during the day and increased from dusk to midnight.Higher abundance of picoeukaryotes occurred during the day and the lower occurred during the night in autumn and summer.An opposite diel variation was observed in spring for picoeukaryotes.The diel variation of Prochlorococcus was similar to picoeukaryotes in spring and autumn.There was no statistical difference of Prochlorococcus abundance between seasons（P＞0.05）.The abundance of Synechococcus was the highest inautumn,followed by summer and spring,while the seasonal variation of picoeukaryotes was opposite to that of Synechococcus.

size－fractionated chlorophyll a;picophytoplankton;diel variation;seasonal comparison;northeastern South China Sea

Q178.1；P735

A

1001－6932（2017）06－0689－11

10.11840/j.issn.1001-6392.2017.06.012

2016－12－15；

2017－04－27

中國(guó)科學(xué)院海洋專項(xiàng)（XDA11020305）；國(guó)家自然科學(xué)基金（41130855）。

姜歆（1991－），博士研究生，主要從事海洋生態(tài)學(xué)研究。電子郵箱：jiangxin12@mails.ucas.ac.cn。

黃良民，研究員。電子郵箱：hlm@scsio.ac.cn。

袁澤軼）