硅藻中国新记录属种——未知等片星杆藻

袁 莉，刘 冰，龙 华，莫雯惠，周阳艳

(吉首大学 生物资源与环境科学学院，湖南吉首 416000)

羽纹类无壳缝硅藻是一类壳瓣两侧对称的类型，其在淡水、咸水和海洋中广泛存在。根据Round等[1]在1990年建立的硅藻分类系统，所有羽纹类无壳缝硅藻归于脆杆藻纲(Fragilariophyceae)，其下分为12个目，但是只有脆杆藻目(Fragilariales)和平板藻目(Tabellariales)中的种类大多数是淡水硅藻，其他硅藻目中的种类全是海洋种类。脆杆藻目下只有一个科——脆杆藻科(Fragilariaceae)，其下包含几十个属，常见的有脆杆藻属(Fragilaria)、等片藻属(Diatoma)、扇形藻属(Meridion)、肘杆藻属(Ulnaria)、星杆藻属(Asterionella)等；平板藻目只有一科，含有几个属[1]。随着研究的拓展，加上扫描电子显微镜被广泛应用于硅藻形态学研究，硅藻细胞壁的许多超微结构不断被揭示，导致一些新属的产生和旧属的变化。例如，在1990年，Williams以拟星状等片星杆藻(DistrionellaasterionelloidesD.M. Williams)为模式种，创建了一个淡水无壳缝硅藻新属——等片星杆藻属(Distrionella)[2]。该新属名Distrionella由等片藻属属名Diatoma的前两个字母“Di”加上星杆藻属属名Asterionella去掉首字母后的部分“sterionella”稍加变化组合而成[2]，在此将其新拟为等片星杆藻。该属鉴定特征的组合为：增厚的横肋、不凸起的胸骨、不均匀分布的单列线纹、环带上仅一列孔纹以及非嵌入式顶孔区[2-3]。等片星杆藻属与脆杆藻属的区别在于后者的顶孔区是嵌入式的且其壳面上没有增厚的横肋[3]，与肘杆藻的区别是后者具有嵌入式的顶孔区、闭合的环带和不具有增厚的横肋[4]，与等片藻属的区别在于后者有凸起的胸骨、均匀排列在邻近增厚横肋之间单列线纹和环带上的两列孔纹[2-3]，与星杆藻属的区别在于后者没有增厚横肋且具有不对称的壳瓣两极。自从等片星杆藻属创立之后，一些学者对其提出质疑[5-6]，但是在2005年，Morales等[3]认为等片星杆藻属的分类地位是成立的，并对其进行了修订。经查阅文献资料发现，尽管等片星杆藻属已建立30多年了，但是在世界范围内报道较少，主要报道限于欧洲[2,7-8]和北美洲[3, 9]，在中国尚未见报道。

在中国，学者们对羽纹类无壳缝硅藻进行了卓有成效的探索。例如，齐雨藻等[10]编纂的中国淡水藻志第10卷对中国羽纹类无壳缝硅藻的研究成果进行了系统性归纳整理，共收编了无壳缝目脆杆藻科中的9属。李艳玲等[11]发表了采自西藏的无壳缝硅藻新属——西藏藻属(Tibetiella)。罗粉等[12]对四川木格措十字脆杆藻科硅藻的分类进行了研究。众所周知，中国的水域众多，类型多样，必然蕴育着丰富的硅藻多样性有待发现。在对青海省淡水硅藻的研究中，我们发现了许多羽纹类无壳缝硅藻类型，本文报道其中一种——Distrionellaincognita(Reichardt) D.M. Williams[2](新拟为：未知等片星杆藻。注：incognita意思是unknown，中文译成未知)。查阅文献资料发现，本文也是中国第一次报道未知等片星杆藻，故未知等片星杆藻为中国新记录属种。

1 材料和方法

本研究的取样时间为2019年7月18日，取样水域为青海省门源县内的河流。本研究的样品是取自一个叫坑滩的地方的河道内的石附生硅藻群落，该样点的地理坐标为37°27′28″ N和101°23′15″ E，海拔2 940 m。在河道临岸浅水层下选择硅藻着生多的石头至少5块，用牙刷把这些石头表面的棕褐色生物膜(其中主要是硅藻群落)用力刷到塑料盘里，然后收集到100 mL样品瓶中，直到体积达到约80 mL时加入70%的酒精至100 mL 以固定样品内的硅藻，最后拧紧瓶盖，带回实验室进一步处理。

在实验室先用10% HCl溶解掉处理样品中含钙的固体化合物，然后加入2倍要处理硅藻样品体积的30% H2O2溶液，在80 ℃恒温条件下加热6 h以氧化去掉硅藻细胞的有机物质，然后加入蒸馏水，静置12 h后吸去上清液，重复5次得到干净的硅藻标本。利用Naphrax封片剂制成永久装片以供光学显微镜观察和拍照(德国徕卡光学显微镜, 型号Leica DM3000)。永久装片保存在吉首大学植物标本馆。扫描电镜观察在湖南怀化学院完成(德国卡尔蔡司场发射扫描电子显微镜, 型号Sigma HD)。

本文中用于描述和鉴定等片星杆藻属种类的最重要形态学术语中英文对照和文中的英文首字母缩写解释如下：增厚横肋(transapical ribs)是从壳面内部看明显硅质增厚的横生肋状物。根据Williams[13]的划分，增厚横肋分为3种类型：初生横肋(primary rib)是指从中央胸骨至壳套无间断延伸增厚的横肋，即从壳套至壳套整个增厚；次生横肋(secondary rib)指从胸骨只向壳面的一侧延伸增厚至壳套的横肋；三生横肋(tertiary rib)是指仅在接近壳套处明显增厚的横肋。其他中英文对照术语参照王婷等[14]、刘腾腾等[15]、刘冰等[16]和刘祝祥等[17]。

2 结果与分析

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

2.1 光学显微镜和扫描电子显微镜观察

光学显微镜观察(图版Ⅰ, 1-16)：壳瓣狭披针形，末端伸长，呈头状。壳瓣大小为(测量46个标本)：长30～57 μm，宽1.7～3.4 μm。壳面横肋明显可见，密度为9～13/10 μm。胸骨、线纹和唇形突在光学显微镜下难以分辨。

扫描电子显微镜观察(图版Ⅱ, 1-6；图版Ⅲ, 1-8；图版Ⅳ, 1-8)：硅藻细胞可形成“Z”字形、星状(图版Ⅱ, 1)或两者混合存在的群体形式。头部顶孔区分泌具粘性的多糖物质将3个细胞连接成星状群体(图版Ⅱ, 2)。正在分裂的细胞由于环带不对称发育，使得两端膨胀(图版Ⅱ, 3)。环带数量众多，一个正在分裂的细胞有5条环带与上壳相联系，4条环带与下壳相联系(图版Ⅱ, 4-6)。环带具有开放性质(图版Ⅱ, 2、4, 波浪箭所示)，每条环带的中线上只有一列孔纹，孔纹呈长方形或圆形。从壳面外则观看，壳面狭披针形(图版Ⅲ, 1-2；图版Ⅳ, 1-2)。对于每个壳瓣来说，仅在壳面一端着生一个唇形突(图版Ⅲ, 1-2, 箭所示)；对于每个细胞来说，上下壳瓣各自着生一个唇形突，呈对角线分布(图版Ⅲ, 2, 两箭所示)。顶孔区由大约11贯壳列细孔纹(每贯壳列包含大约1～7细孔纹)组成，为非嵌入式(图版Ⅲ, 3、5, 箭所示)。壳面外侧横肋略微增厚(图版Ⅲ, 4, 四箭所示)。单列线纹在壳面呈不均匀分布，一直延伸到壳套下沿(图版Ⅲ, 6-8, 箭所示)。从壳面内侧观看，第一环带紧靠壳套内侧，其内侧边缘齿状突出物从内部顶托在增厚横肋上(图版Ⅳ, 1、3-5)。第一环带中线上着生仅一列孔纹(图版Ⅳ, 1、3-5)，其在一端断开(图版Ⅳ, 4, 箭所示)，但在另一端闭合(图版Ⅳ, 5, 箭所示)。从内侧看，胸骨不凸出，但是横肋增厚却明显(图版Ⅳ, 6-8)。增厚的横肋有3种类型：初生横肋(primary rib)、次生横肋(secondary rib)和三生横肋(tertiary rib)(图版Ⅳ, 6-8)。

2.2 未知等片星杆藻与模式种群等的比较

由表1可知，本文中的未知等片星杆藻与拟星状等片星杆藻的最大区别在于它们的群体着生形态不同：前者可形成Z字形或星状群体，而后者是单生，不形成群体(表1)。另外，拟星状等片星杆藻的头状末端更明显，其壳瓣总体来看要窄一些，因此，本文中的未知等片星杆藻是与拟星状等片星杆藻明显不同的种类。前面已提及由于未知等片星杆藻的模式种群描述不全面，因此，Morales等[3]利用对未知等片星杆藻北美种群的全面观察结果，对其进行了修订。本文中的未知等片星杆藻的壳瓣形态与模式种群和北美种群的一致，其他数量特征部分重叠，特别重要的是与北美种群都具有Z字形或星状群体，因此，本文中的未知等片星杆藻的身份是能够确定的。

表1 未知等片星杆藻与其模式种群等的比较

3 讨 论

未知等片星杆藻偏好生活在寒冷山区内的碱性、寡营养和电解质含量中等的流动水体中[3]。在2007年，Bahls[9]在其研究中进一步认为未知等片星杆藻是冰川运动的孑遗物种，可以作为全球变暖的指示生物。本研究的未知等片星杆藻采自寒冷的青海省门源县内的一条河流，现场利用便携式水质测定仪(Hach公司, 型号HQ40D)测定的水质参数为：pH 为 (8.36 ± 0.03)，电导率为(418.33 ± 2.05) μS·cm-1。这些数据表明本研究的未知等片星杆藻是生活在碱性、电解质含量中等的流动水体中。因此，本研究的未知等片星杆藻的生境与其他研究中的相似。未知等片星杆藻的分布区域局限在寒冷的山区，而这些区域通常是非常偏远且不易到达的，这可能是其报道少的重要原因。

从全球来看，目前硅藻的分类研究仍然是主要基于形态学上的特征来进行，不仅属与属之间的区分，而且同属的种类之间的区分，都越来越依赖超微结构特征[8, 15-17]。在等片星杆藻属种类的鉴定中，狭披针形的壳瓣、明显增厚的横肋和头状末端3个特征明显，即使在光学显微镜下也能辨别；但是壳面上的线纹、孔纹、胸骨、单个唇形突和顶孔区形态特征及环带的超微结构特征，都需要扫描电子显微镜观察才能获得清晰的认识。本文对未知等片星杆藻进行了全面且详细的形态观察，不仅是对该种的作为一独立物种的支持，也为国内外研究者提供了有益的参考资料。

图版Ⅰ 未知等片星杆藻光学显微镜观察(×1 000)
1-16. 16个壳面观展示一个递减排列的系列, 注意狭披针形的壳瓣外形、横肋及头状末端。标尺为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

图版Ⅱ 未知等片星杆藻扫描电子显微镜观察(群体及带面观)
1. 示3个细胞通过顶孔区分泌的多糖物质连接成星状群体；2. 示图1连接处细节，注意多糖物质(两箭所示)和开放的第一环带(弯箭所示)；3. 图1中的一个正在分裂的壳体带面观，注意明显扩张的两端；4-6. 示图3的细节，注意与上壳相联系的5条环带(标记为EB1-EB5)和与下壳相联系的4条环带(标记为HB1-HB4)，开放的第一环带(图5弯箭所示)，以及每条环带上只有一列孔纹。图1和3标尺为10 μm；图2标尺为2 μm；图4-6标尺为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)

图版 Ⅲ 未知等片星杆藻扫描电子显微镜观察(壳面外侧观)
1. 一个完整的壳瓣，注意壳面上仅在一端出现1个唇形突(箭所示)；2.一个坍塌的壳体，注意其上壳和下壳都只有1个唇形突，即每个细胞有2个唇形突，呈对角线着生(两箭所示)；3-5. 示图1的细节，注意非嵌入式顶孔区(图3和5中两箭所示)和略微增厚的外侧横肋(图4中四箭所示)；6-8. 示图2的细节，注意呈对角线着生的2个唇形突(图6和8中两箭所示)和不均匀分布的单列线纹(图7中三箭所示)。图1、2标尺为10 μm；图3-8标尺为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)

图版 Ⅳ 未知等片星杆藻扫描电子显微镜观察(壳面内侧观)
1. 一个保有第一环带的壳瓣；2. 一个完整的壳瓣，注意仅在一端生长一个唇形突；3-5. 示图1的细节，注意沿着第一环带中线着生的单列孔纹，第一环带内侧边缘齿状的突出物(图3中四箭头所示)和外侧平齐的边缘，第一环带在一端断开(图4中箭所示) 但是在另一端闭合(图5中箭所示)；6-8. 示图2的细节，注意不凸出的胸骨，3种类型的横肋： 初生横肋(primary rib)、次生横肋(secondary rib)和三生横肋(tertiary rib)，顶孔区和仅一端具有的唇形突(图8)。图1、2标尺为10 μm；图3、6-8标尺为5 μm；图4-5标尺为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)