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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2018年
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底栖有孔虫分子多样性及其环境特征研究初探

吕曼  
【摘要】:为探索不同海区类型沉积物中底栖有孔虫的分子多样性及与环境因子之间的相互关系,本研究从潮间带、海湾、陆架浅海一直到深海大洋区,共采集了81个站位或季节的共计243个样品。提取环境样品的总DNA,利用有孔虫特异性引物(s14F3-s17)扩增其18S rRNA基因3’端的一个高变区(大约300 bp),使用Illumina HiSeq 2500测序平台进行双端250 bp测序。此外,为探索不同DNA提取和染色方法对有孔虫分子鉴定研究的影响,本论文进行了有孔虫单种实验方法学研究。具体工作包括如下:1.DNA提取和染色方法对有孔虫分子鉴定研究的影响研究以野外采集的钙质瓷质壳类底栖有孔虫五玦虫属Quinqueloculina spp.(Foraminifera,Miliolida)为研究材料,研究经虎红染色后虫体的DNA质量,以此评估虎红染色对有孔虫分子实验的影响。通过方法学的摸索可知,经1 g/L虎红染色36 hrs的大部分瓷质壳类底栖有孔虫样本可以成功提取到DNA,并且可以用于下游的PCR等分子实验。2.青岛湾潮间带底栖有孔虫分子多样性月变动及与环境关系研究14个月采集的样品经测序共得到605种底栖有孔虫。沉积物中底栖有孔虫物种数在冬季和夏季较多,秋季次之,春季最少。而分子多样性的季节变化整体上呈现夏季高,秋冬季节次之,春季少的规律。Rotaliida相对丰度在秋冬季节较高,春季其次,夏季较少,Miliolida相对丰度随季节的变化趋势与之相反。优势属为:Ammonia(卷转虫属),Textularia(串珠虫属),Epistominella(小上口虫属),Operculina(盖形虫属),Bulimina(小泡虫属)。Epistominella及Operculina相对丰度与水温和泥温均呈显著正相关。底栖有孔虫的群落多样性在春季和夏季与水温和泥温正相关,与盐度负相关;在秋季与水温、泥温和盐度均呈负相关;而在冬季与水温和泥温呈负相关,与盐度呈正相关。有孔虫种类会随着季节发生演替,在不同年份差别较大。相邻月份的样品之间群落相似性更高,同时有孔虫群落结构年际变化在很短的尺度上就有很明显的体现。3.胶州湾浅海陆架底栖有孔虫分子多样性季节变动及与环境关系研究样品采集自3个站位,5个季度共15个样品,测序共得到781种底栖有孔虫。沉积物中底栖有孔虫物种数及分子多样性整体上在秋季和夏季较高,冬季较低。有孔虫种类在一年四个季度中基本稳定不变,而特有种类在秋季最多,并呈现一定的季节变化。底栖有孔虫物种数量在C1站位较多,D6站位次之,A5站位较少。A5、C1和D6站位沉积物中底栖有孔虫的种类在相邻年份相同月份发生了比较大的变化。这三个站位的共有的底栖有孔虫种类占比稳定在50%左右。优势属为:Ammonia,Bulimina,Epistominella,Cibicides(面包虫属),Stainforthia以及未能鉴定到属的轮虫unidentified_Rotaliida,并且优势属在各个季节的分布是更替变换的。Epistominella属的相对丰度与水深和水温均呈显著负相关。此外,A5和C1站位沉积物中底栖有孔虫群落结构更相似,而与D6站位差别较大。底栖有孔虫的群落多样性在春季与底层水温呈正相关,与水深、盐度和pH呈负相关;在夏季与底层水温和盐度呈正相关,与水深和pH呈负相关;在秋季与底层水温呈正相关,与盐度和pH呈负相关;而在冬季与底层水温呈负相关,与盐度和pH呈正相关。4.黄海陆架区底栖有孔虫分子多样性对pH变化的响应研究经测序,H02站位共得到348种底栖有孔虫,H07站位394种,H09站位460种,B21站位367种,SY02站位460种。因此,五个站位的沉积物中底栖有孔虫种数在H09和SY02站最多,H07和B21次之,H02站位最少。在H07和B21站位,海水pH的降低会导致底栖有孔虫物种数的减少,从而产生不利的影响。随培养时间增加,近岸站位B21有孔虫数目基本不变,而H02站则有所下降。相反,离岸站H07及SY02有孔虫数目则随着培养时间增加,H09站位有孔虫数目随培养时间先升高后降低。黄海各个站位之间的底栖有孔虫优势类群大部分相同,但存在少量的差异。这些优势类群相对丰度总和不超过25%。沉积物中底栖有孔虫的物种数与水深、水温和盐度没有明显的相关性。5.热带西太平洋海山区底栖有孔虫分子多样性及与环境关系研究在热带西太平洋海山区17个站位采集的样品经测序共得到2238种底栖有孔虫,远远高于潮间带、海湾及陆架浅海区。另外,2016年度沉积物样品中底栖有孔虫物种数量明显高于2014和2015年。而三个年份共有的有孔虫种类仅有30种。海山与邻近大洋区沉积物中底栖有孔虫的群落结构差别较大。另外同一年份的样品群落结构更相似,而不同年份的样品中有孔虫群落结构差异较大。沉积物中底栖有孔虫的群落多样性与水深呈负相关,与水温和盐度均呈正相关。Cibicides,Epistominella及Streptochilus属的相对丰度均与水温呈显著正相关,而与水深呈显著负相关,并且后者与盐度呈显著负相关;另外,Bulimina属的相对丰度仅与水温呈显著正相关,而与其他环境因子没有显著相关性。综合比较四个海区:在目水平,四个海区的优势类群组成相似,玻璃质壳类有孔虫轮虫目Rotaliida在沉积物中均占具绝对优势,占比平均值为85.1%-99.9%,其次瓷质壳类有孔虫为粟米虫目Miliolida,占比平均值为0-10.2%。四个海区的共有优势属为Ammonia属和Epistominella属。热带西太平洋海山区沉积物中底栖有孔虫多样性远远高于潮间带及近岸海域,而且前者的SY站位可能存在新的有孔虫类群。水深、水温、盐度及pH等环境因子会显著影响底栖有孔虫的群落结构,只是影响方式不尽相同。另外,用于进行序列比对的数据库中关于有孔虫的记录较少,以至于大部分测序序列无法比对到属水平,而被划归到“Others”的范畴。本研究系对热带西太平洋海山区底栖有孔虫分子多样性的首次探索性研究,也是国内第一次对潮间带、海湾、陆架浅海到深海大洋区底栖有孔虫的分子多样性进行的系统性调查。但是由于在多个区域(例如胶州湾、热带西太平洋海山区等)没有开展过底栖有孔虫形态学方面的调查研究,因此本论文缺乏一些与形态学数据比对的工作,有待后期进行更深入的研究。本论文不仅可以为各种海区类型底栖有孔虫的多样性研究提供依据,而且可以为传统方法对底栖有孔虫多样性的调查结果进行校正提供参考。同时还研究了底栖有孔虫分子多样性与环境因子之间的关系,找出了一些会对有孔虫群落结构产生重要影响的因素,为构建底栖有孔虫群落结构与环境关系模型提供一些参考。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:Q958.8

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