近期，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬徐發(fā)教授科研團(tuán)隊(duì)基于ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)等技術(shù)，獲取了北太平洋西部亞北極區(qū)和過(guò)渡區(qū)浮游植物與浮游動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜，并深入揭示了兩個(gè)區(qū)域內(nèi)浮游生物粒徑譜的差異及其生態(tài)意義。

研究背景

在浩瀚的海洋中，浮游生物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其粒徑譜特征不僅反映了低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的物質(zhì)轉(zhuǎn)移情況，更為評(píng)估海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)提供了重要參數(shù)。以往，浮游動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜（NBSS）可以通過(guò)使用一些光學(xué)浮游生物計(jì)數(shù)器等技術(shù)進(jìn)行測(cè)量。然而，受粒徑范圍和分辨率的限制，傳統(tǒng)手段已經(jīng)難以全面、準(zhǔn)確地揭示浮游生物的粒徑譜特征。

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，使用ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)對(duì)NBSS進(jìn)行測(cè)量成為了一種新型的研究手段。與傳統(tǒng)的光學(xué)浮游生物計(jì)數(shù)器相比，ZooSCAN具有更高的分辨率和更廣的粒徑覆蓋范圍。此外，ZooSCAN還能夠提供豐富的生物形態(tài)學(xué)信息，為科研人員提供了更為全面、深入的海洋生態(tài)數(shù)據(jù)。

本研究借助ZooSCAN技術(shù)，獲取了2023年5月北太平洋西部亞北極區(qū)（SA）和過(guò)渡區(qū)（TR）浮游植物和浮游動(dòng)物的標(biāo)準(zhǔn)化粒徑譜（NBSS），闡述了兩個(gè)區(qū)域浮游生物的粒徑譜差異及其生態(tài)意義。

研究過(guò)程

馬徐發(fā)教授科研團(tuán)隊(duì)于2023年5月14-19日期間，在北太平洋西部進(jìn)行浮游生物采樣（圖1），每個(gè)站點(diǎn)分別采集浮游植物和浮游動(dòng)物樣本。

圖1 2023年5月14-19日北太平洋西部采樣站位圖，紅星表示采樣站位

在實(shí)驗(yàn)室中，使用ZooSCAN浮游動(dòng)物圖像掃描分析系統(tǒng)掃描保存的浮游動(dòng)物樣本。在每次測(cè)量前，都使用去離子水進(jìn)行背景測(cè)量。根據(jù)樣本量，使用1/2至1/64的浮游動(dòng)物子樣本進(jìn)行掃描。使用Zooprocess軟件和Ecotaxa網(wǎng)站處理、識(shí)別浮游動(dòng)物。研究鑒定出的分類(lèi)群和物種包括端足目、被囊類(lèi)、毛顎類(lèi)、枝角類(lèi)、刺胞動(dòng)物門(mén)、橈足類(lèi)、海膽綱、磷蝦目、有孔蟲(chóng)、猛水蚤目、水螅蟲(chóng)類(lèi)、軟體動(dòng)物、介形類(lèi)、放射蟲(chóng)類(lèi)、多毛類(lèi)、橈足類(lèi)無(wú)節(jié)幼體和魚(yú)卵等。之后使用ZooSCAN測(cè)得的浮游動(dòng)物形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算生物量等參數(shù)，并通過(guò)對(duì)數(shù)線性回歸擬合粒徑譜，得到NBSS的斜率和截距。

研究結(jié)果

借助ZooSCAN技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功獲取了亞北極區(qū)和過(guò)渡區(qū)浮游植物和浮游動(dòng)物的NBSS。

研究結(jié)果顯示，盡管亞北極區(qū)和過(guò)渡區(qū)的浮游植物豐度和生物量沒(méi)有顯著差異，但在海表，過(guò)渡區(qū)的NBSS斜率更平緩，粒徑多樣性更高（表1、圖2、圖3）。這意味著過(guò)渡區(qū)存在更多不同粒徑的浮游植物，反映了該區(qū)域更為復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)和高效的能量流動(dòng)。此外，過(guò)渡區(qū)單個(gè)浮游植物的平均生物量也大于亞北極區(qū)，這可能是由于過(guò)渡區(qū)較高的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和適宜的光照條件促進(jìn)了浮游植物的生長(zhǎng)。

在浮游動(dòng)物方面，兩個(gè)區(qū)域的NBSS斜率和粒徑多樣性沒(méi)有顯著差異。

表1 2023年5月14-19日北太平洋西部亞北極區(qū)（SA）和過(guò)渡區(qū)（TR）的豐度、生物體積、平均細(xì)胞/個(gè)體生物體積、NBSS斜率、截距和粒徑多樣性的比較

圖2 亞北極區(qū)站位（SA）和過(guò)渡區(qū)站位（TR）三個(gè)深度采集的浮游植物的NBSS以及0-150 m深度范圍內(nèi)采集的浮游動(dòng)物的NBSS

圖3 三個(gè)深度（a - c）的浮游植物以及（d）浮游動(dòng)物的NBSS斜率與粒徑多樣性之間的線性擬合。紅色和藍(lán)色符號(hào)分別代表亞北極區(qū)（SA）和過(guò)渡區(qū)（TR）的站位。陰影區(qū)域表示95%的置信區(qū)間。

總結(jié)

本研究中，ZooSCAN為揭示北太平洋西部亞北極區(qū)和過(guò)渡區(qū)浮游生物粒徑譜的差異提供了高效、準(zhǔn)確的手段，為深入理解海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了新視角。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，ZooSCAN必將在海洋生態(tài)學(xué)研究中發(fā)揮更加重要的作用，為人類(lèi)認(rèn)識(shí)和保護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)更多力量。

參考文獻(xiàn)

Li W, Xufa M, Dongwoo K, et al. Size spectra of phytoplankton and zooplankton in the western North Pacific during May: A comparison between subarctic and transitional domains[J]. 北海道大學(xué)水産科學(xué)研究彙報(bào), 2024, 74(1): 13-22.