海洋微藻是海洋生态系统中的初级生产者，也是重要的海洋生物资源。海洋微藻遍布全球海洋的每一部分，种类多、数量大、繁殖快。海洋微藻的很多种类具有很高的经济价值，在海洋生态系统的物质和能量的循环中起着极其重要的作用。海洋微藻的分类是微藻各项研究的基础，从19世纪以来，微藻的鉴定方法经历了从形态学鉴定、生理生化鉴定到分子生物学鉴定的发展，但每种方法都有局限性。对海洋微藻的分类还没有达到对高等动植物分类的水平，例如生殖隔离和生殖方式尚未应用于海洋微藻的分类中。本研究首先在分子生物学和形态学两方面探讨了对不同海洋微藻的分类方法，然后在微藻生殖方式研究方面进行了探索：1.本研究通过单细胞把对保存的海洋微藻样品的分子信息和形态信息联系起来。针对长度大于20微米的海洋微藻，本研究利用单细胞PCR方法，调查了40种以微藻为主的中国南海的小型浮游生物的18S rRNA基因信息，并使之与其形态相对应。最终结果显示，利用这种形态与分子生物学信息结合的办法，可以把分离得到的小型浮游生物（主要是微藻）鉴定到属的水平。研究中，我们提出了绕过海洋微藻培养，用分子生物学进行鉴定的新方法。2.本研究选择微拟球藻作为典型，研究利用分子生物学方法把微藻鉴定水平提高到种的方法。由于微拟球藻属是一种小型、简单，并在全世界范围广泛分布的生物，属于真眼点藻纲。这一属中的物种常常在近海被发现，它们大小通常为2-5微米。微拟球藻通常被认为是微小型浮游生物。我们利用平板法分离得到了一株微拟球藻，提取其DNA，扩增并测序得到18S rRNA基因，rbcL基因和核糖体转录单元的ITS区域序列，然后构建邻接法（neighbor joining）（Tamura-Nei距离转化模型）和最大简约（maximum parsimony）算法系统发育树分析其在微拟球藻属内分类关系。结果证明这一株微拟球藻为Nannochloropsis oceanica，表明18S rRNA基因，rbcL基因和ITS区域序列三种序列联合使用可以成功将微拟球藻鉴定到种的水平。3.微藻传统的分类方法很少考虑生殖方式。生殖是微藻生活史的重要阶段，影响着微藻物种的稳定性，这是分类的重要依据。本研究利用Illumina GA测序技术对微拟球藻（N. oceanica S. Suda et Miyashita）的全基因组进行测序，揭示了微拟球藻的无性生殖方式。本研究显示微拟球藻的基因组约30Mb，含有11,129个编码蛋白的基因。N. oceanica的多态性核苷酸的低频率以及与1：1(major:minor, minor≥10)期望值的偏离，揭示了N. oceanica的核单倍性。而缺少主要减数分裂相关特异蛋白编码基因则证明了微拟球藻（N. oceanica）的生殖方式为无性生殖。4.硅藻的有性生殖的类别反映了硅藻进化中的重要变化，这也是微藻形态学分类的一个重要根据，也可以解决海洋微藻在培养过程中形态变化造成的形态鉴定困难。三角褐指藻是一种针晶羽纹硅藻，被广泛用作生物化学和生理学的研究材料，全世界三角褐指藻都属于一种，分子生物学分类的研究已开展过，但关于它的有性生殖还从未在形态上被发现过，有性生殖方式还未被描述过。三角褐指藻具备三种形态且可以相互转化，对其生殖方式的观察有助于揭示单纯对其某一种形态的观察所不能揭示的进化位置问题。在本研究中，我们观察到了三角褐指藻细胞核在细胞之间的转移；发现了两个细胞配对，有时配对的两个细胞其中一个的细胞核转移到另一个细胞中。细胞的配对起始于两个细胞在其细胞臂顶端处铰合，然后围绕连接处转动，最终并排连接在一起。将要进行细胞核转移的配对细胞可以在下壳的厚度和细胞排列方式上同有丝分裂形成的细胞对区分。我们观察到三角褐指藻上符合Hustedt的羽纹硅藻生殖方式的第二种模型-简化类型A，从两个母细胞通过交配产生一个复大孢子：两个配对的细胞只产生并释放一个细胞；配对的细胞只能通过行为而不是外观区别出来。这里的异配生殖是进行融合的配子活动方式的不同，其中一个保持不动，而另一个则运动着影响胞质融合。三角褐指藻的有性生殖方式的揭示有助于理解其在硅藻中的进化位置，也是分类鉴定尝试中的重要发现。