硅藻中國新記錄屬種
——未知等片星桿藻

袁 莉，劉 冰，龍 華，莫雯惠，周陽艷

(吉首大學(xué) 生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南吉首 416000)

羽紋類無殼縫硅藻是一類殼瓣兩側(cè)對稱的類型，其在淡水、咸水和海洋中廣泛存在。根據(jù)Round等[1]在1990年建立的硅藻分類系統(tǒng)，所有羽紋類無殼縫硅藻歸于脆桿藻綱(Fragilariophyceae)，其下分為12個(gè)目，但是只有脆桿藻目(Fragilariales)和平板藻目(Tabellariales)中的種類大多數(shù)是淡水硅藻，其他硅藻目中的種類全是海洋種類。脆桿藻目下只有一個(gè)科——脆桿藻科(Fragilariaceae)，其下包含幾十個(gè)屬，常見的有脆桿藻屬(Fragilaria)、等片藻屬(Diatoma)、扇形藻屬(Meridion)、肘桿藻屬(Ulnaria)、星桿藻屬(Asterionella)等；平板藻目只有一科，含有幾個(gè)屬[1]。隨著研究的拓展，加上掃描電子顯微鏡被廣泛應(yīng)用于硅藻形態(tài)學(xué)研究，硅藻細(xì)胞壁的許多超微結(jié)構(gòu)不斷被揭示，導(dǎo)致一些新屬的產(chǎn)生和舊屬的變化。例如，在1990年，Williams以擬星狀等片星桿藻(DistrionellaasterionelloidesD.M. Williams)為模式種，創(chuàng)建了一個(gè)淡水無殼縫硅藻新屬——等片星桿藻屬(Distrionella)[2]。該新屬名Distrionella由等片藻屬屬名Diatoma的前兩個(gè)字母“Di”加上星桿藻屬屬名Asterionella去掉首字母后的部分“sterionella”稍加變化組合而成[2]，在此將其新擬為等片星桿藻。該屬鑒定特征的組合為：增厚的橫肋、不凸起的胸骨、不均勻分布的單列線紋、環(huán)帶上僅一列孔紋以及非嵌入式頂孔區(qū)[2-3]。等片星桿藻屬與脆桿藻屬的區(qū)別在于后者的頂孔區(qū)是嵌入式的且其殼面上沒有增厚的橫肋[3]，與肘桿藻的區(qū)別是后者具有嵌入式的頂孔區(qū)、閉合的環(huán)帶和不具有增厚的橫肋[4]，與等片藻屬的區(qū)別在于后者有凸起的胸骨、均勻排列在鄰近增厚橫肋之間單列線紋和環(huán)帶上的兩列孔紋[2-3]，與星桿藻屬的區(qū)別在于后者沒有增厚橫肋且具有不對稱的殼瓣兩極。自從等片星桿藻屬創(chuàng)立之后，一些學(xué)者對其提出質(zhì)疑[5-6]，但是在2005年，Morales等[3]認(rèn)為等片星桿藻屬的分類地位是成立的，并對其進(jìn)行了修訂。經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，盡管等片星桿藻屬已建立30多年了，但是在世界范圍內(nèi)報(bào)道較少，主要報(bào)道限于歐洲[2,7-8]和北美洲[3, 9]，在中國尚未見報(bào)道。

在中國，學(xué)者們對羽紋類無殼縫硅藻進(jìn)行了卓有成效的探索。例如，齊雨藻等[10]編纂的中國淡水藻志第10卷對中國羽紋類無殼縫硅藻的研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納整理，共收編了無殼縫目脆桿藻科中的9屬。李艷玲等[11]發(fā)表了采自西藏的無殼縫硅藻新屬——西藏藻屬(Tibetiella)。羅粉等[12]對四川木格措十字脆桿藻科硅藻的分類進(jìn)行了研究。眾所周知，中國的水域眾多，類型多樣，必然蘊(yùn)育著豐富的硅藻多樣性有待發(fā)現(xiàn)。在對青海省淡水硅藻的研究中，我們發(fā)現(xiàn)了許多羽紋類無殼縫硅藻類型，本文報(bào)道其中一種——Distrionellaincognita(Reichardt) D.M. Williams[2](新擬為：未知等片星桿藻。注：incognita意思是unknown，中文譯成未知)。查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，本文也是中國第一次報(bào)道未知等片星桿藻，故未知等片星桿藻為中國新記錄屬種。

1 材料和方法

本研究的取樣時(shí)間為2019年7月18日，取樣水域?yàn)榍嗪Ｊ￠T源縣內(nèi)的河流。本研究的樣品是取自一個(gè)叫坑灘的地方的河道內(nèi)的石附生硅藻群落，該樣點(diǎn)的地理坐標(biāo)為37°27′28″ N和101°23′15″ E，海拔2 940 m。在河道臨岸淺水層下選擇硅藻著生多的石頭至少5塊，用牙刷把這些石頭表面的棕褐色生物膜(其中主要是硅藻群落)用力刷到塑料盤里，然后收集到100 mL樣品瓶中，直到體積達(dá)到約80 mL時(shí)加入70%的酒精至100 mL 以固定樣品內(nèi)的硅藻，最后擰緊瓶蓋，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步處理。

在實(shí)驗(yàn)室先用10% HCl溶解掉處理樣品中含鈣的固體化合物，然后加入2倍要處理硅藻樣品體積的30% H2O2溶液，在80 ℃恒溫條件下加熱6 h以氧化去掉硅藻細(xì)胞的有機(jī)物質(zhì)，然后加入蒸餾水，靜置12 h后吸去上清液，重復(fù)5次得到干凈的硅藻標(biāo)本。利用Naphrax封片劑制成永久裝片以供光學(xué)顯微鏡觀察和拍照(德國徠卡光學(xué)顯微鏡, 型號Leica DM3000)。永久裝片保存在吉首大學(xué)植物標(biāo)本館。掃描電鏡觀察在湖南懷化學(xué)院完成(德國卡爾蔡司場發(fā)射掃描電子顯微鏡, 型號Sigma HD)。

本文中用于描述和鑒定等片星桿藻屬種類的最重要形態(tài)學(xué)術(shù)語中英文對照和文中的英文首字母縮寫解釋如下：增厚橫肋(transapical ribs)是從殼面內(nèi)部看明顯硅質(zhì)增厚的橫生肋狀物。根據(jù)Williams[13]的劃分，增厚橫肋分為3種類型：初生橫肋(primary rib)是指從中央胸骨至殼套無間斷延伸增厚的橫肋，即從殼套至殼套整個(gè)增厚；次生橫肋(secondary rib)指從胸骨只向殼面的一側(cè)延伸增厚至殼套的橫肋；三生橫肋(tertiary rib)是指僅在接近殼套處明顯增厚的橫肋。其他中英文對照術(shù)語參照王婷等[14]、劉騰騰等[15]、劉冰等[16]和劉祝祥等[17]。

2 結(jié)果與分析

未知等片星桿藻(新擬，圖版Ⅰ, 1-16; 圖版Ⅱ, 1-6; 圖版Ⅲ, 1-8; 圖版Ⅳ, 1-8)Distrionellaincognita(Reichardt)D.M.Williams1990: 176; Reichardt 1988: 237, figs 1-10; Moralesetal. 2005: 130, figs 2-36

2.1 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察

光學(xué)顯微鏡觀察(圖版Ⅰ, 1-16)：殼瓣狹披針形，末端伸長，呈頭狀。殼瓣大小為(測量46個(gè)標(biāo)本)：長30～57 μm，寬1.7～3.4 μm。殼面橫肋明顯可見，密度為9～13/10 μm。胸骨、線紋和唇形突在光學(xué)顯微鏡下難以分辨。

掃描電子顯微鏡觀察(圖版Ⅱ, 1-6；圖版Ⅲ, 1-8；圖版Ⅳ, 1-8)：硅藻細(xì)胞可形成“Z”字形、星狀(圖版Ⅱ, 1)或兩者混合存在的群體形式。頭部頂孔區(qū)分泌具粘性的多糖物質(zhì)將3個(gè)細(xì)胞連接成星狀群體(圖版Ⅱ, 2)。正在分裂的細(xì)胞由于環(huán)帶不對稱發(fā)育，使得兩端膨脹(圖版Ⅱ, 3)。環(huán)帶數(shù)量眾多，一個(gè)正在分裂的細(xì)胞有5條環(huán)帶與上殼相聯(lián)系，4條環(huán)帶與下殼相聯(lián)系(圖版Ⅱ, 4-6)。環(huán)帶具有開放性質(zhì)(圖版Ⅱ, 2、4, 波浪箭所示)，每條環(huán)帶的中線上只有一列孔紋，孔紋呈長方形或圓形。從殼面外則觀看，殼面狹披針形(圖版Ⅲ, 1-2；圖版Ⅳ, 1-2)。對于每個(gè)殼瓣來說，僅在殼面一端著生一個(gè)唇形突(圖版Ⅲ, 1-2, 箭所示)；對于每個(gè)細(xì)胞來說，上下殼瓣各自著生一個(gè)唇形突，呈對角線分布(圖版Ⅲ, 2, 兩箭所示)。頂孔區(qū)由大約11貫殼列細(xì)孔紋(每貫殼列包含大約1～7細(xì)孔紋)組成，為非嵌入式(圖版Ⅲ, 3、5, 箭所示)。殼面外側(cè)橫肋略微增厚(圖版Ⅲ, 4, 四箭所示)。單列線紋在殼面呈不均勻分布，一直延伸到殼套下沿(圖版Ⅲ, 6-8, 箭所示)。從殼面內(nèi)側(cè)觀看，第一環(huán)帶緊靠殼套內(nèi)側(cè)，其內(nèi)側(cè)邊緣齒狀突出物從內(nèi)部頂托在增厚橫肋上(圖版Ⅳ, 1、3-5)。第一環(huán)帶中線上著生僅一列孔紋(圖版Ⅳ, 1、3-5)，其在一端斷開(圖版Ⅳ, 4, 箭所示)，但在另一端閉合(圖版Ⅳ, 5, 箭所示)。從內(nèi)側(cè)看，胸骨不凸出，但是橫肋增厚卻明顯(圖版Ⅳ, 6-8)。增厚的橫肋有3種類型：初生橫肋(primary rib)、次生橫肋(secondary rib)和三生橫肋(tertiary rib)(圖版Ⅳ, 6-8)。

2.2 未知等片星桿藻與模式種群等的比較

由表1可知，本文中的未知等片星桿藻與擬星狀等片星桿藻的最大區(qū)別在于它們的群體著生形態(tài)不同：前者可形成Z字形或星狀群體，而后者是單生，不形成群體(表1)。另外，擬星狀等片星桿藻的頭狀末端更明顯，其殼瓣總體來看要窄一些，因此，本文中的未知等片星桿藻是與擬星狀等片星桿藻明顯不同的種類。前面已提及由于未知等片星桿藻的模式種群描述不全面，因此，Morales等[3]利用對未知等片星桿藻北美種群的全面觀察結(jié)果，對其進(jìn)行了修訂。本文中的未知等片星桿藻的殼瓣形態(tài)與模式種群和北美種群的一致，其他數(shù)量特征部分重疊，特別重要的是與北美種群都具有Z字形或星狀群體，因此，本文中的未知等片星桿藻的身份是能夠確定的。

表1 未知等片星桿藻與其模式種群等的比較

3 討 論

未知等片星桿藻偏好生活在寒冷山區(qū)內(nèi)的堿性、寡營養(yǎng)和電解質(zhì)含量中等的流動(dòng)水體中[3]。在2007年，Bahls[9]在其研究中進(jìn)一步認(rèn)為未知等片星桿藻是冰川運(yùn)動(dòng)的孑遺物種，可以作為全球變暖的指示生物。本研究的未知等片星桿藻采自寒冷的青海省門源縣內(nèi)的一條河流，現(xiàn)場利用便攜式水質(zhì)測定儀(Hach公司, 型號HQ40D)測定的水質(zhì)參數(shù)為：pH 為 (8.36 ± 0.03)，電導(dǎo)率為(418.33 ± 2.05) μS·cm-1。這些數(shù)據(jù)表明本研究的未知等片星桿藻是生活在堿性、電解質(zhì)含量中等的流動(dòng)水體中。因此，本研究的未知等片星桿藻的生境與其他研究中的相似。未知等片星桿藻的分布區(qū)域局限在寒冷的山區(qū)，而這些區(qū)域通常是非常偏遠(yuǎn)且不易到達(dá)的，這可能是其報(bào)道少的重要原因。

從全球來看，目前硅藻的分類研究仍然是主要基于形態(tài)學(xué)上的特征來進(jìn)行，不僅屬與屬之間的區(qū)分，而且同屬的種類之間的區(qū)分，都越來越依賴超微結(jié)構(gòu)特征[8, 15-17]。在等片星桿藻屬種類的鑒定中，狹披針形的殼瓣、明顯增厚的橫肋和頭狀末端3個(gè)特征明顯，即使在光學(xué)顯微鏡下也能辨別；但是殼面上的線紋、孔紋、胸骨、單個(gè)唇形突和頂孔區(qū)形態(tài)特征及環(huán)帶的超微結(jié)構(gòu)特征，都需要掃描電子顯微鏡觀察才能獲得清晰的認(rèn)識。本文對未知等片星桿藻進(jìn)行了全面且詳細(xì)的形態(tài)觀察，不僅是對該種的作為一獨(dú)立物種的支持，也為國內(nèi)外研究者提供了有益的參考資料。

圖版Ⅰ 未知等片星桿藻光學(xué)顯微鏡觀察(×1 000)
1-16. 16個(gè)殼面觀展示一個(gè)遞減排列的系列, 注意狹披針形的殼瓣外形、橫肋及頭狀末端。標(biāo)尺為10 μm
Plate ⅠDistrionellaincognita, LM (×1 000)
Figs.1-16. 16 valves showing a reduction series, note narrow-lanceolate valve outlines, transapical ribs, and capitate apices. Scale bar = 10 μm

圖版Ⅱ 未知等片星桿藻掃描電子顯微鏡觀察(群體及帶面觀)
1. 示3個(gè)細(xì)胞通過頂孔區(qū)分泌的多糖物質(zhì)連接成星狀群體；2. 示圖1連接處細(xì)節(jié)，注意多糖物質(zhì)(兩箭所示)和開放的第一環(huán)帶(彎箭所示)；3. 圖1中的一個(gè)正在分裂的殼體帶面觀，注意明顯擴(kuò)張的兩端；4-6. 示圖3的細(xì)節(jié)，注意與上殼相聯(lián)系的5條環(huán)帶(標(biāo)記為EB1-EB5)和與下殼相聯(lián)系的4條環(huán)帶(標(biāo)記為HB1-HB4)，開放的第一環(huán)帶(圖5彎箭所示)，以及每條環(huán)帶上只有一列孔紋。圖1和3標(biāo)尺為10 μm；圖2標(biāo)尺為2 μm；圖4-6標(biāo)尺為1 μm
Plate ⅡDistrionellaincognita, SEM (colony and girdle views)
Fig.1. Showing one stellate colony which is composed of three cells which are connected together by the polysaccharide secreted from the apical pore fields; Fig.2. Details of Fig.1, note the polysaccharide (two arrows) and the open valvocopula (curved arrow); Fig.3. Girdle view of one dividing frustule in Fig.1, note two expanded apices; Figs.4-6. Showing details of Fig.3, note five girdle bands associated with the epitheca (labeled EB1-EB5) and four girdle bands associated with the hypotheca (labeled HB1-HB4), open valvocopula (Fig.5, curved arrow), and only one row of poroids along the midline of the valvocopula. Scale bar = 10 μm (Figs.1, 3), 2 μm (Fig.2), 1 μm (Figs.4-6)

圖版 Ⅲ 未知等片星桿藻掃描電子顯微鏡觀察(殼面外側(cè)觀)
1. 一個(gè)完整的殼瓣，注意殼面上僅在一端出現(xiàn)1個(gè)唇形突(箭所示)；2.一個(gè)坍塌的殼體，注意其上殼和下殼都只有1個(gè)唇形突，即每個(gè)細(xì)胞有2個(gè)唇形突，呈對角線著生(兩箭所示)；3-5. 示圖1的細(xì)節(jié)，注意非嵌入式頂孔區(qū)(圖3和5中兩箭所示)和略微增厚的外側(cè)橫肋(圖4中四箭所示)；6-8. 示圖2的細(xì)節(jié)，注意呈對角線著生的2個(gè)唇形突(圖6和8中兩箭所示)和不均勻分布的單列線紋(圖7中三箭所示)。圖1、2標(biāo)尺為10 μm；圖3-8標(biāo)尺為1 μm
Plate ⅢDistrionellaincognita, SEM (valve external view)
Fig.1. A whole valve, note for each valve only one rimoportula present at one apex (arrow); Fig.2. A collapsed frustule, note only one rimoportula for both epivalve and hypovalve, i.e., two rimoportulae for each cell and diagonally positioned (two arrows); Figs.3-5. Details of Fig.1, note the APFs are non-ocellulimbus type (Figs.3, 5, two arrows) and slightly raised transapical ribs (Fig.4, four arrows); Figs.6-8. Details of Fig.2, note two diagonally positioned rimoportulae (Figs.6, 8, two arrows) and unevenly distributed uniseriate striae (Fig.7, three arrows). Scale bar = 10 μm (Figs.1-2), 1 μm (Figs.3-8)

圖版 Ⅳ 未知等片星桿藻掃描電子顯微鏡觀察(殼面內(nèi)側(cè)觀)
1. 一個(gè)保有第一環(huán)帶的殼瓣；2. 一個(gè)完整的殼瓣，注意僅在一端生長一個(gè)唇形突；3-5. 示圖1的細(xì)節(jié)，注意沿著第一環(huán)帶中線著生的單列孔紋，第一環(huán)帶內(nèi)側(cè)邊緣齒狀的突出物(圖3中四箭頭所示)和外側(cè)平齊的邊緣，第一環(huán)帶在一端斷開(圖4中箭所示) 但是在另一端閉合(圖5中箭所示)；6-8. 示圖2的細(xì)節(jié)，注意不凸出的胸骨，3種類型的橫肋： 初生橫肋(primary rib)、次生橫肋(secondary rib)和三生橫肋(tertiary rib)，頂孔區(qū)和僅一端具有的唇形突(圖8)。圖1、2標(biāo)尺為10 μm；圖3、6-8標(biāo)尺為5 μm；圖4-5標(biāo)尺為1 μm
Plate ⅣDistrionellaincognita, SEM (1-6, valvocopula & internal view)
Fig.1. A valve retaining valvocopula; Fig.2. A complete valve, note for each valve only one rimoportula presents at one apex; Figs.3-5. Details of Fig.1, note the row of poroids along the midline of valvocopula, tooth-like projections along the internal margin of valvocopula (Fig.3, four arrows) and aligned external margin of valvocopula, one open apex of valvocopula (Fig.4, arrow) but closed another (Fig.5, arrow); Figs.6-8. Details of Fig.2, note the not raised sternum, three types of ribs: primary rib, secondary rib, and tertiary rib, APF, and one rimoportula only presents at one apex (Fig.8) and the other without rimoportula (Fig.7). Scale bar = 10 μm (Figs.1-2), 5 μm (Figs.3, 6-8), 1 μm (Figs.4-5)