河北秦皇島仙菜科Ceramiaceae紅藻的分類研究*

劉美媛，閆盼竹，王雪聰，閆 璟，張 瑤，王藝曉，楚 越，黃冰心，丁蘭平

(天津師范大學生命科學學院，天津市動植物抗性重點實驗室，天津 300387)

秦皇島地處渤海西部，沿海岸巖礁與沙質(zhì)底質(zhì)交錯，為渤海西部優(yōu)質(zhì)的大型海藻分布區(qū)。然而，針對該區(qū)域大型紅藻的研究至今僅有零星報道[1-5]。仙菜科Ceramiaceae是重要的海洋大型紅藻類群，在沿海岸水域生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的作用和良好的應用價值[6]。仙菜科隸屬紅藻門仙菜目Ceramiales，由Dumortier[7]于1822年建立，目前中國已報道23屬[6,8-11]。本科的主要特征：藻體為單軸型，極少數(shù)為多軸型，無皮層或部分具皮層或全具皮層。頂端生長，由頂端細胞橫向或縱向分裂發(fā)育為一列中軸細胞。具皮層的種類，其皮層的發(fā)生最初在節(jié)部產(chǎn)生一圈圍軸細胞，有的種類其圍軸細胞不再分裂延伸，有的延伸到節(jié)間部分，形成節(jié)與節(jié)間均具皮層的狀態(tài)。四分孢子囊有柄或無柄；精子囊生長于特殊分枝上，往往集合成簇，有的散生于皮層內(nèi)；成熟囊果裸露或被總苞枝包圍。

仙菜科紅藻大部分物種因個體微小脆弱、形態(tài)多變[12]、常附生和不易肉眼分辨等，導致其物種分類上還存在許多不足[13]，部分物種甚至僅有記錄式描述，缺乏具體的特征描述。針對這些問題，本文對采自我國河北秦皇島地區(qū)的仙菜科紅藻進行分類研究，以期闡明該水域仙菜科的物種多樣性，為其物種資源的保護和利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以2019-2021年采自河北秦皇島秦皇求仙入海處和山海關(guān)老龍頭兩地的仙菜科紅藻樣品為實驗材料，共計30個樣品，包括液浸標本(用5%甲醛海水溶液浸泡)、臘葉標本及凍存標本(液氮冷凍后于-20℃冰箱中保存)，分別編號后保存于天津師范大學生命科學學院藻類實驗室。

1.2 方法

1.2.1 外部形態(tài)觀察

用普通光學顯微鏡和體式 Nikon SMZ25 顯微鏡觀察藻體顏色并測量藻體大小，確定藻體分枝方式，是否全部具有皮層；觀察頂端、基部特征，是否存在假根、四分孢子囊、囊果和精子囊等；對關(guān)鍵鑒定特征進行拍照并保存。

1.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察

選擇樣品的特征性部位，生物冷凍切片后，用亞甲基藍溶液或0.5%苯胺藍染液加1%鹽酸對切片進行染色，并在熒光正置顯微鏡 Leica DM5000B 下觀察、拍照。

1.2.3 解剖特征觀察

選擇藻體的生殖器官及內(nèi)部結(jié)構(gòu)等進行觀察，包括藻體圍軸細胞數(shù)量、皮層初始細胞排列方式及數(shù)量、內(nèi)外皮層細胞大小及形態(tài)等，對關(guān)鍵鑒定特征進行拍照并保存。

1.2.4 物種鑒定

參考專業(yè)文獻，根據(jù)樣品的形態(tài)與解剖學特征對分類特征進行比對，鑒定物種[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 波登仙菜[圖1：(a)-(m)]

CeramiumboydeniiGepp[15],1904,p.164,pl.460；Tseng[16],1983,p.126,pl.66,fig.4；鄭柏林等[10],2001,p.34-35,fig.18；丁蘭平等[11],2015,p.180.

描述：藻體深紅色，質(zhì)地較硬，通常叢生呈團狀，附生，高6-15 cm。藻體頂部鉗狀，頂端較大幅度內(nèi)彎,見圖1：(a)、(g)?；恳恍┬≈p繞在固著物上并用假根附著，見圖1(c)。藻體在同一平面內(nèi)呈假二叉分枝，主軸上每隔8-16個軸細胞發(fā)生分枝，側(cè)軸上每隔9-17個軸細胞發(fā)生分枝，見圖1：(a)、(b)。在老的藻體上有單生、對生或輪生小分枝,見圖1(b)。軸細胞橢圓至圓柱狀，見圖1(f)，圍軸細胞8個,見圖1(h)，所有圍軸細胞都產(chǎn)生皮層細胞。藻體全部具皮層,見圖1：(d)、(e)，分內(nèi)外兩部分，內(nèi)層細胞由一層橢圓形細胞組成，外皮層由2-3層小球形細胞組成,見圖1：(i)、(j)。囊果球形，具5-6瓣裂總苞，生長于枝末端或次末端，大小為(380-420) μm×(350-380) μm,見圖1：(k)、(l)、(m)。

樣品中沒有發(fā)現(xiàn)雄性藻體。

模式標本產(chǎn)地：中國，日本。

國內(nèi)地理分布：遼寧大連、旅順，河北秦皇島，山東煙臺、青島，浙江南麂島。

樣品編號：20190512006，20190512010和20210517020，采自河北秦皇島山海關(guān)老龍頭；20210518003，采自河北秦皇島秦皇求仙入海處。

2.2 三叉仙菜[圖2：(a)-(n)]

CeramiumkondoiYendo[17],1920,p.9；鄭柏林等[18],1961,p.234；Nakamura[19],1965,p.155,fig.14；Boo et Yoon[20],1993,p.179-189,figs.1,5-6；RAN et al[21],1997,p.27-32,fig.1.

描述：藻體玫瑰紅色，高6-30 cm，表面光滑。藻體上部直，具不等長分枝,見圖2：(a)、(b)，頂部內(nèi)彎，呈彎鉤狀，見圖2(c)。基部有盤狀固著器固著于基質(zhì)上。主軸直立,見圖2(d)，上有部分小枝,見圖2(e)，主要呈三叉分枝，存在少數(shù)二叉分枝和四叉分枝,見圖2：(f)、(g)、(h)。具明顯的節(jié)和節(jié)間，皮層完全,見圖2(i)。藻體中心是一列軸細胞，呈圓柱狀，在分枝頂端具一頂端細胞，由其產(chǎn)生圍軸細胞。圍軸細胞8個,見圖2(k)，較大，近橢圓或多角狀。圍軸細胞分生出皮層細胞，包圍軸細胞，組成皮層。皮層細胞1-3層，近橢圓形，較小，排列緊密,見圖2(j)。成熟囊果側(cè)生，無柄，生于雌性藻體分枝或小枝的次末端或生育枝的末端,見圖2(l)，單個或成列，具4-5個總苞，直徑60-100 μm，長140-650 μm,見圖2：(m)、(n)。

(a)、(b)藻體上部；(c)藻體頂部；(d)藻體軸；(e)小分枝；(f)-(h)二叉分枝，三叉分枝，四叉分枝；(i)皮層細胞；(j)、(k)軸橫切面顯示皮層細胞和圍軸細胞；(l)雌性藻體；(m)、(n)囊果枝

樣品中沒有發(fā)現(xiàn)雄性藻體。

模式標本產(chǎn)地：日本。

國內(nèi)地理分布：遼寧大連，河北秦皇島，山東煙臺、青島，浙江南麂島。

樣品編號：20190512003，20190512004，采自河北秦皇島山海關(guān)老龍頭；20190511008，20210330001，20210516010，20210518002，采自河北秦皇島秦皇求仙入海處。

2.3 孫氏仙菜(新擬名)[圖3：(a)-(q)]

CeramiumsungminbooiJ.R.Hughey & G.H.Boo[22]2016,p.216,figs.1-5.

描述：藻體呈玫瑰紅色或紅色，濃密且呈扇形，生境中聚集呈球形，高3-8 cm,見圖3(a)，藻體直立，呈假二叉分枝,見圖3：(b)、(c)、(h)。具明顯的節(jié)和節(jié)間，僅在節(jié)處有皮層,見圖3：(d)、(e)，主軸上有部分鉗狀小枝,見圖3：(d)、(f)，頂端稍彎曲,見圖3：(c)、(i)。圍軸細胞5個,見圖3(q)，圍軸細胞分生出皮層細胞，于圍軸細胞外部組成皮層。皮層由2-3層皮層小細胞組成,見圖3：(o)、(p)。四分孢子囊直徑30-40 μm，從分枝的圍軸細胞正面突起且強烈突起，見圖3：(j)、(k)、(l)、(m)，頂端分枝由7-8個細胞組成,見圖3(n)。

(a)藻體整體;(b)、(c)藻體上部;(d)、(e)藻體直立枝表面觀;(f)小分枝;(g)藻體頂部;(h)藻體假二叉分枝;(i)藻體頂端分枝;(j)四分孢子囊枝;(k)-(m)四分孢子囊細節(jié);(n)藻體頂端分枝顯示為7-8個細胞;(o)藻體皮層表面觀;(p)軸細胞及皮層細胞，箭頭指示軸細胞;(q)軸橫切面顯示5個圍軸細胞

樣品中沒有發(fā)現(xiàn)生殖藻體。

模式標本產(chǎn)地：韓國。

國內(nèi)地理分布：河北秦皇島。本種為我國新紀錄種。

樣品編號：20210329014，20210517020，采自河北秦皇島山海關(guān)老龍頭；20210516015，采自河北省秦皇島秦皇求仙入海處。

2.4 多姿對絲藻[圖4：(a)-(g)]

AntithamniondefectumKylin[23,24],1925,p.46,fig.27;1956,p.348,fig.276B；Smith[25],1944,p.75；Abbott et Hollenberg[26],1976,p.573；劉劍華[27],1984,p.40-47,pl.2,figs.1-5；鄭柏林等[10],2001,p.13-14,fig.6；丁蘭平等[11],2015,p.180.

描述：藻體暗紅色，纖細，直立，絲狀，高0.5-2.5 cm,見圖4(a)。主軸由匍匐基部產(chǎn)生，主軸上的側(cè)枝無小枝對生,見圖4(b)。主軸和側(cè)枝的細胞上部具有對生小枝。小枝細胞基本等徑,見圖4：(c)、(d)、(g)。小枝除基部方形細胞外，向軸面產(chǎn)生篦狀羽枝,見圖4(d)。藻體頂端小枝密集，外形呈圓錐形，藻體頂部的小枝和篦狀羽枝細胞較粗短，枝端細胞較鈍,見圖4(f)；下部小枝和篦狀羽枝細胞細長，頂端尖細,見圖4：(c)、(d)。主軸細胞長110-205 μm，寬40-100 μm，長為寬的2-3倍,見圖4：(b)、(c)；小枝細胞長55-75 μm，寬20-25 μm；腺細胞位于小枝基部第二或第三個細胞生出的短小篦狀羽枝上，介于這種枝末端的2-5個細胞內(nèi)側(cè)，長25-35 μm，寬15-20 μm,見圖4：(c)、(d)、(g)。精子囊叢生在小枝向軸面的精子囊枝上,見圖4(e)。

箭頭處為腺細胞；(a)藻體整體；(b)藻體下部及主軸側(cè)枝；(c)對生小枝及腺細胞；(d)蓖狀羽枝；(e)精子囊枝；(f)藻體頂端；(g)小枝細節(jié)

模式標本產(chǎn)地:美國華盛頓。

國內(nèi)地理分布：山東青島，河北秦皇島。本種為渤海沿岸的新紀錄種。

樣品編號：20210330014，采自河北秦皇島秦皇求仙入海處。

2.5 絹絲藻[圖5：(a)-(i)]

Callithamnioncorymbosum(Smith)Lyngbye[28],1819,p.125,tab.38c；劉劍華[6],1979,p.25-37,pl.2,figs.1-4.

ConfervacorymbosaSmith,1812,pl.2352[29].

描述：藻體鮮紅色，纖細，質(zhì)地柔軟，叢生成簇，高1.5-4.5 cm,見圖5(a)，常附生于其他藻體上。藻體上部呈傘房狀，分枝密集,見圖5(b)，頂部細胞鈍圓，常具有早落性的無色毛,見圖5：(f)、(g)。藻體軸由單列細胞組成，基部有許多分枝根樣絲，附著于基質(zhì)上，根樣絲細胞大小為(40±5) μm×(140±9) μm,見圖5(d)。直立枝明顯，呈互生分枝,見圖5(c)，每一分枝呈二叉分枝,見圖5：(e)、(f)、(g)，直立枝細胞大小為(58±6) μm×(160±20) μm，分枝細胞大小為(23±3) μm×(70±5) μm,見圖5：(f)、(g)。四分孢子囊卵形，無柄，生于藻體上部小枝內(nèi)側(cè)近基部，單生或2-3個集生,見圖5：(h)、(i)。

(a)藻體標本；(b)藻體下部；(c)直立枝上的互生分枝；(d)匍匐枝頂端根樣絲；(e)匍匐枝中部；(f)藻體頂端區(qū)域細胞；(g)匍匐枝細胞；(h)、(i)四分孢子囊

樣品中沒有發(fā)現(xiàn)生殖藻體。

模式標本產(chǎn)地：大西洋北部。

國內(nèi)地理分布：河北秦皇島，山東青島，福建廈門和平潭，海南西沙群島。

樣品編號：20210516012,20210516013,20210516016,20210518001，采自河北秦皇島秦皇求仙入海處。

3 討論

仙菜屬由Roth于1797年建立[30]，本屬廣泛分布于世界各地，是紅藻門中最大的屬之一[9,10,12,31]。傳統(tǒng)分類根據(jù)皮層、頂端結(jié)構(gòu)、分枝模式、是否存在不定枝、圍軸細胞的數(shù)量、四分孢子囊和囊果位置等來區(qū)分物種[19,22,32]。

孫氏仙菜Ceramiumsungminbooi為我國新紀錄種，其最為明顯的特征是四分孢子囊從分枝的圍軸細胞正面產(chǎn)生且強烈突起，這在仙菜屬中比較少見。孫氏仙菜與C.cimbricumH.E.Petersen相似，主要區(qū)別在于C.cimbricum圍軸細胞為6-7個，而孫氏仙菜的圍軸細胞為5個[9,21,33]。Kim[34]報道C.cimbricum分布于韓國，Gittenberger等[35,36]也報道了荷蘭瓦登海18個地方分布的“C.cimbricum”，但不能確定是否為本地種。Hughey等[22]則認為，瓦登海樣品很可能是來自亞洲的孫氏仙菜。

波登仙菜Ceramiumboydenii在我國黃海、渤海及東南沿海均有生長，比較常見。報道于國外的CeramiumriosmenaeB.Y.Won et T.O.Cho、C.interruptumSetchell et Gardner、C.sinicolaSetchell et Gardner和本種類似，區(qū)別在于C.riosmenae的藻體和囊果均比波登仙菜的小得多[37]。C.interruptum和波登仙菜的主要區(qū)別為前者皮層不完全[38]。C.sinicola個體明顯小于波登仙菜，且分枝間的間隔軸細胞個數(shù)也遠遠小于波登仙菜。

三叉仙菜Ceramiumkondoi在我國沿海均有分布，多見于遼寧大連、河北秦皇島、山東青島及浙江嵊山等海區(qū)，該藻從春季到夏季在沙石上或作為附生植物在其他藻類上大量生長[39]。此外，還常見于日本[17,19]、韓國[20]和俄羅斯遠東地區(qū)[40]。該種分枝模式和皮層化程度多變，包括4個變型——f.abbreviatumNakamura、f.ambiguumNakamura、f.kondoiNakamura和f.trichotomumNakamura[19,41,42]，但也存在爭議[39]。該種與C.virgatumRoth和C.rubrumC.Agardh相似，但C.virgatum具有全皮層的軸[15,19,20]。該種也常與C.rubrum混淆，后者是一種著名的世界性藻類物種[39,43]。據(jù)Nakamura[41]報道，一些被鑒定為三叉仙菜的日本標本可能因其具有二叉分枝而被命名為C.rubrum，而一些被鑒定為C.rubrum的歐洲標本也可能被命名為三叉仙菜。Garbary等[44]發(fā)現(xiàn)，加拿大地區(qū)的C.rubrum沒有明顯的三叉分枝。Boo等[20]根據(jù)對三叉仙菜分枝模式的全年觀察，認為三叉分枝方式是該種在分類學上的有效分類特征，可明確區(qū)分三叉仙菜和C.rubrum。三叉仙菜與波登仙菜在外形上也極為相似，區(qū)別在于三叉仙菜的老枝上無輪生小枝，而波登仙菜存在[10]。

對絲藻屬Antithamnion由N?geli于1847建立[45]，分布在北極和南極地區(qū)以及亞熱帶至熱帶沿海植物區(qū)[46]。其主要特征為主軸絲狀，由單列細胞組成，主軸和側(cè)枝的細胞上部具有對生小枝，小枝的基部細胞近方形。該屬的物種常通過輪生小枝的形態(tài)、腺細胞小枝的形態(tài)和位置、不定枝端部果胞期分枝的數(shù)量和不定側(cè)枝的位置來區(qū)分[47]。以往在確定對絲藻屬物種時，部分區(qū)分特征有時似乎被過分重視[46]。Gardner[48]指出，A.defectum、A.setaceumN.L.Gardner及A.pygmaeumN.L.Gardner十分相似，表現(xiàn)在小枝和篦狀羽枝的形態(tài)及藻體大小等方面，主要不同點：A.setaceum初期藻體的頂端小枝細胞可形成毛，而多姿對絲藻則無此特征；A.pygmaeum的篦狀羽枝和小枝細胞較長且頂端尖細，而多姿對絲藻小枝細胞短粗且頂端較鈍。而Wollaston[49]認為，大多數(shù)藻類有無毛與其發(fā)育時期或環(huán)境條件有關(guān)，并不可作為明確的分類特征。且Norris等[50]指出，自然生長的A.pygmaeum經(jīng)培養(yǎng)可具有像多姿對絲藻較鈍的頂端。因此，Wollaston[49]將A.pygmaeum和A.setaceum作為多姿對絲藻的同物異名處理。A.sparsum由Tokida[51]根據(jù)庫頁島南端阿尼瓦灣的樣品進行首次報道，與多姿對絲藻在四分孢子體中的主軸細胞長寬比、腺體細胞的位置和數(shù)量是不同的。但Grant[52]提出，由于A.setaceum和多姿對絲藻之間沒有顯著的形態(tài)差異，因此作同種處理。Athanasiadis[53]在對其樣本進行檢查后，將A.sparsum和多姿對絲藻歸為同物異名種。

絹絲藻屬Callithamnion由Feldmann-Mazoyer[54]于1940年建立，分布于太平洋、大西洋和地中海區(qū)域。我國僅報道C.corymbosum1種[10,11,55]。絹絲藻和麗絲藻屬Aglaothamnion的形態(tài)結(jié)構(gòu)相似，但其細胞為單核。

4 結(jié)論

本研究利用生物冷凍切片技術(shù)，通過形態(tài)學和解剖學方法，鑒定出我國渤海地區(qū)5種仙菜科物種，分別為仙菜屬3種，即波登仙菜CeramiumboydeniiGepp、三叉仙菜CeramiumkondoiYendo和孫氏仙菜CeramiumsungminbooiJ.R.Hughey et G.H.Boo；絹絲藻屬1種，即絹絲藻Callithamnioncorymbosum(Smith)Lyngbye；對絲藻屬1種，即多姿對絲藻AntithamniondefectumKylin。其中，孫氏仙菜為我國新紀錄種，多姿對絲藻為渤海沿岸首次紀錄。本研究結(jié)果豐富了我國渤海地區(qū)仙菜科的物種多樣性，可為后續(xù)研究提供參考。