近期，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)馬徐發(fā)教授科研團隊基于ZooSCAN浮游動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)和過渡區(qū)浮游植物與浮游動物的標準化粒徑譜，并深入揭示了兩個區(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養(yǎng)級生物的物質(zhì)轉(zhuǎn)移情況，更為評估海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)提供了重要參數(shù)。以往，浮游動物的標準化粒徑譜(NBSS)可以通過使用一些光學(xué)浮游生物計數(shù)器等技術(shù)進行測量。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、準確地揭示浮游生物的粒徑譜特征。
近年來，隨著科技的進步，使用ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)對NBSS進行測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)和過渡區(qū)(TR)浮游植物和浮游動物的標準化粒徑譜(NBSS)，闡述了兩個區(qū)域浮游生物的粒徑譜差異及其生態(tài)意義。
研究過程
馬徐發(fā)教授科研團隊于2023年5月14-19日期間，在北太平洋西部進行浮游生物采樣(圖1)，每個站點分別采集浮游植物和浮游動物樣本。
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
在實驗室中，使用ZooSCAN浮游動物圖像掃描分析系統(tǒng)掃描保存的浮游動物樣本。在每次測量前，都使用去離子水進行背景測量。根據(jù)樣本量，使用1/2至1/64的浮游動物子樣本進行掃描。使用Zooprocess軟件和Ecotaxa網(wǎng)站處理、識別浮游動物。研究鑒定出的分類群和物種包括端足目、被囊類、毛顎類、枝角類、刺胞動物門、橈足類、海膽綱、磷蝦目、有孔蟲、猛水蚤目、水螅蟲類、軟體動物、介形類、放射蟲類、多毛類、橈足類無節(jié)幼體和魚卵等。之后使用ZooSCAN測得的浮游動物形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)計算生物量等參數(shù)，并通過對數(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)，研究團隊成功獲取了亞北極區(qū)和過渡區(qū)浮游植物和浮游動物的NBSS。
研究結(jié)果顯示，盡管亞北極區(qū)和過渡區(qū)的浮游植物豐度和生物量沒有顯著差異，但在海表，過渡區(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。此外，過渡區(qū)單個浮游植物的平均生物量也大于亞北極區(qū)，這可能是由于過渡區(qū)較高的營養(yǎng)鹽濃度和適宜的光照條件促進了浮游植物的生長。
在浮游動物方面，兩個區(qū)域的NBSS斜率和粒徑多樣性沒有顯著差異。
表1 2023年5月14-19日北太平洋西部亞北極區(qū)（SA）和過渡區(qū)（TR）的豐度、生物體積、平均細胞/個體生物體積、NBSS斜率、截距和粒徑多樣性的比較
圖2 亞北極區(qū)站位（SA）和過渡區(qū)站位（TR）三個深度采集的浮游植物的NBSS以及0-150 m深度范圍內(nèi)采集的浮游動物的NBSS
圖3 三個深度（a - c）的浮游植物以及（d）浮游動物的NBSS斜率與粒徑多樣性之間的線性擬合。紅色和藍色符號分別代表亞北極區(qū)（SA）和過渡區(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)和過渡區(qū)浮游生物粒徑譜的差異提供了高效、準確的手段，為深入理解海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了新視角。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和應(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，為人類認識和保護海洋生態(tài)系統(tǒng)貢獻更多力量。
參考文獻
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, 2024, 74(1): 13-22.
