近期，我所海气室张元标课题组在海洋变暖驱动有害微藻向高纬度扩张的细胞生理与分子机制方面取得新进展，研究成果深入揭示了温热带有害微藻细胞冷适应的生态学过程和分子机制，以“Cold adaptation of harmful dinoflagellate facilitates their poleward colonization: insights into extracellular polymeric substances and intracellular bio-macromolecules dynamics through in-situ FTIR imaging”为题，发表在国际权威期刊International Journal of Biological Macromolecules（中科院二区TOP，JCR Q1, IF = 7.7）上。我所郭辉革副研究员为论文第一作者，我所张平高工为第一通讯作者，王晓晨博士、张元标正高级工程师、薄军研究员、罗肇河研究员为本研究做出了重要贡献。本论文第一通讯单位为自然资源部第三海洋研究所，本研究得到了国家重点研发专项资金、海洋三所基本科研业务费的资助。

海洋微藻作为初级生产者，是海洋生态环境系统稳定的基石，气候变化引起的大尺度环境因素改变给浮游植物种群的稳定带来重大影响，是海洋浮游植物演替的关键因素。尤其，全球气候变化引起的海洋变暖，高纬度区域出现更多“相对温暖”的窗口期，减弱了地理温度的限制，温、热带水域有害微藻正加速向高纬度冷水地区扩张。已有的研究报道主要集中在海洋水体变暖为有害赤潮藻种提供了适宜的温度、营养盐环境条件等方面。然而，少有人关注从地球极端古气候环境演变至今的海洋藻类，在从温、热带向高纬度寒冷水域扩张时，物种自身对低温环境展现的强冷适应能力。海洋变暖背景下，拥有强冷适应能力的有害藻种向高纬度区域扩张，是一种 “双向奔赴”的生态异常现象。

图1 研究路线示意图

本论文以已有报道向高纬度扩张的有害甲藻——链状裸甲藻（Gymnodinium catenatum）为研究对象，利用原位焦平面阵列傅里叶变换红外光谱成像结合透射电子显微镜的鉴定，证实了微藻在扩张的冷适应生态学过程中，通过建立两道细胞屏障来适应冷胁迫：（1）藻细胞分泌大量的胞外聚合物质（EPS），为藻细胞创造局部的安全区域，为细胞应激反应的适应过程提供有利时空环境；（2）重塑细胞微环境中的脂质及构建胞内区室，为维持细胞器的最低功能代谢创造适宜胞内环境。同时，细胞内生物大分子（脂质、蛋白质和碳水化合物）以有序和高效的代谢表达方式，组织并抵抗低温环境；转录组分析了有关脂质重塑、能量代谢方面的差异表达基因及信号通路。本研究从细胞亚结构、生物大分子物质动态变化及基因水平综合阐析了有害藻种扩张过程的强冷适应机制，与我们前期在甲藻交互作用方面的研究工作（https://doi.org/10.1111/pce.15057）一同为有害藻种在全球范围内的扩张提供了强有力的证据。

图2 生物大分子物质半定量分析图

图3 胞内区室形成过程

论文链接： https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.143054