海院科研动态（168）| 沉积物古DNA记录显示中晚全新世以来黄海暖流的增强改变了黄海浮游植物群落

      沉积物古DNA（sedimentary ancient DNA, sedaDNA）技术极大深化了我们对海洋生态系统长期演变过程的认识。与传统显微化石和生物标志物记录相比，沉积物古DNA能够从海底沉积档案中捕获更广谱的生物遗传信息，尤其有助于识别那些难以形成或保存化石的微型浮游植物类群。因此，该技术为重建百年至千年尺度上的海洋微型生物群落变化提供了新的研究手段。

研究背景

      海洋浮游植物的群落结构变化与生态系统稳定性密切相关。长时间尺度的浮游植物群落记录，能够帮助我们理解并预测气候变化背景下的生态系统响应。黄海是西北太平洋典型的半封闭边缘海，受黄海暖流、沿岸流和陆源输入等多种水文过程共同影响。已有研究表明，全新世以来，黄海暖流经历了阶段性变化，可能通过改变温度、盐度、营养盐供给及水体层化特征，影响区域浮游植物群落结构。然而，目前黄海浮游植物群落如何在百年至千年尺度上响应黄海暖流增强，仍缺乏高分辨率的长期生态记录。

      基于上述科学问题，该研究选取黄海中部泥质区HS1柱芯和山东半岛成山角外锋面区B07柱芯，利用沉积物古DNA技术重建中晚全新世以来黄海浮游植物群落的长期变化过程，系统评估黄海暖流增强背景下不同海域浮游植物群落的响应特征（图1）。

图1  HS1和B07柱芯的海洋学背景，年代框架、地球化学参数及浮游植物丰富度的历史变化

研究结果

      群落组成分析显示，甲藻、绿藻和硅鞭毛藻纲是黄海沉积物中真核浮游植物的主要类群。其中，甲藻序列占比为9.1%–99.7%，绿藻为0.06%–87.6%，硅鞭毛藻纲为0.11%–74.1%；相比之下，硅藻占比普遍较低（通常<5%；图2）。 

图2  柱芯中主要浮游植物类群组成随沉积物深度的变化

      值得注意的是，本研究发现硅鞭毛藻纲在黄海沉积物古DNA记录中相对丰度较高，且明显高于硅藻。系统发育分析结果显示，本研究共识别出49个硅鞭毛藻纲ASV，涵盖2目、6属，其中多数序列与Pseudopedinella elastica聚为一支，并在两个柱样中占据优势（图3）。该发现提示，过去几千年的历史长河中黄海可能存在比现有微化石形态学记录更为丰富的硅质鞭毛藻种类。

图3  基于18S rRNA基因的系统演化推断沉积柱中硅鞭毛藻的类群归属

      进一步分析显示，黄海中部泥质区HS1柱样和山东半岛成山角外海锋面区B07柱样均记录了浮游植物群落对黄海暖流增强的响应。在HS1柱样中，真核浮游植物群落在约3 ka BP前后发生明显变化：约6-3 ka BP期间，ASV丰富度总体升高而18S rRNA基因丰度降低；约3 ka BP以来，这一趋势发生反转，同时，硅藻/甲藻比值与硅质类群/甲藻比值均呈下降趋势，表明黄海中部浮游植物群落可能由硅质类群主导逐渐转变为以甲藻等非硅质类群为主（图4a）。

图4  两个沉积柱芯中主要浮游植物类群相对丰度、基因丰度及类群比值的历史变化

      相比之下，B07柱样记录到更为显著的群落转变：约14世纪以后，甲藻相对丰度显著升高，并逐渐取代绿藻成为优势类群，主要由Gonyaulacales和Peridiniales等甲藻类群增加所贡献（图4b）。这一变化与黄海暖流在山东半岛沿岸锋面区影响增强相一致，说明沿岸淡水输入减弱、盐度升高及暖流水团影响增强，可能共同推动了浮游植物群落变化。环境因子分析进一步表明，总有机碳、钒、δ15N以及铁、锰等地球化学参数与群落变化密切相关，说明黄海暖流增强不仅可能通过改变温度、盐度、层化和营养盐条件直接影响浮游植物群落，也可能通过调节陆源输入、沉积物来源和微量元素组成，间接影响群落演替。

研究意义

      该成果拓展了沉积物古DNA技术在近岸和边缘海古生态研究中的应用，为理解气候变化和环流增强背景下边缘海生态系统长期响应机制提供了新的分子证据。同时，未来对黄海生态系统稳定性和有害藻华风险的评估，需要充分考虑长期尺度上的水团变化、营养盐格局演变及浮游植物群落结构变化。

文章相关信息

      上述研究成果以“Warm current intensification altered phytoplankton communities in the Yellow Sea: Insights from sedimentary ancient DNA metabarcoding”为题，在线发表于JCR Q1区期刊《ISME Communications》。论文第一作者为我院2022级博士研究生张浩远，我院龚骏教授为论文唯一通讯作者。共同作者还包括我院博士后王雅苹、博士毕业生邓惠文、2023级“深蓝”拔尖班本科生李林轩、华东师范大学刘东艳研究员、中国海洋大学赵美训教授。其中，李林轩同学作为“深蓝”拔尖班本科生参与该项研究，主要负责硅鞭毛藻类群系统发育树的建立工作。这也是学院“深蓝”拔尖班学生在导师指导下参与科研实践、融入科研团队并承担具体研究任务的体现。

      本研究得到国家自然科学基金面上项目（42376086）及南方海洋实验室（珠海）创新团队项目（311021004）的资助。
 

      Haoyuan Zhang, Yaping Wang, Huiwen Deng, Linxuan Li, Dongyan Liu, Meixun Zhao, Jun Gong* (2026) Warm current intensification altered phytoplankton communities in the Yellow Sea: Insights from sedimentary ancient DNA metabarcoding. ISME Communications  https://doi.org/10.1093/ismeco/ycag172