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利用环境DNA分析冬季中国东黄海水域的鱼类多样性

赵梦迪  
【摘要】:生物多样性对于生态系统和人类社会的稳定具有重要意义。传统的监测海洋生物多样性的方法主要是捕捞调查,耗时耗力。环境DNA(environmental DNA,eDNA)是指生物通过皮肤脱落、粪便、唾液、配子和分泌物等方式向环境中分泌的游离DNA,已有大量研究表明其在生物多样性和资源量监测中具有重要意义。本文利用eDNA方法对中国东黄海的生物多样性和资源进行了评估,主要研究结果如下:1.本研究采用高通量测序方法检测了黄海南部和东海北部10个站位的鱼类多样性以及丰度信息,结果如下:这10个站点的测序高质量序列在3555209–5931287之间,通过聚类分析共得到3838条OTU,筛选后有效序列(注释到鱼类的可信序列)总数为3042条,占注释序列总数的88.30%。10个站位共鉴定到了100种鱼,隶属于2个纲,19个目,53个科,85个属。黄海南部鉴定到72种,隶属于1个纲15个目38个科51个属,东海北部为91种,隶属于2个纲18个目48个科77个属。通过相似性大于97%的OTU估算10个站点的鱼类总数为571种左右,隶属于2个纲,26个目,117个科。通过查找台湾鱼类数据库发现所鉴定到的鱼类大部分为东黄海常见种或者曾经在东黄海有记录。此外,我们比较了eDNA所获得的站位优势种和当次捕捞的优势种信息,发现二者基本一致。这表明eDNA应用于渔业资源调查是可行的。随后我们利用环境DNA获得的数据对10个站位的鱼类多样性进行了分析。结果表明东海北部多数站点的多样性高于黄海南部,东海北部的C04(东经125度北纬31度)站位的物种数和α多样性指数均相对较低,结合当次的渔业资源调查数据建议对此站位的信息做进一步的调查。黄海南部北纬35度四个点的β多样性指数数据表明随着离海岸线距离的增加,物种的更替速率加快。此外本次研究检测到了两种珍稀鱼类中华鲟和黄唇鱼,并对其相对分布做了一定的预测。2.设计了一对针对龙头鱼特异性引物,并用荧光定量方法对黄海南部和东海北部18个站位的龙头鱼资源量进行了预测,结果表明龙头鱼主要分布于北纬31度和北纬32度的海域,这与历史捕捞调查的结果基本一致。同时对荧光定量的结果和高通量测序的结果进行了比较分析,表明二者呈显著的正相关。此外,对线粒体CO1序列和18S核糖体RNA序列作为宏条形码的研究进行了初步的探索,结果表明所设计的线粒体CO1引物不适合做鱼类宏条形码序列的研究。CO1作为现在鱼类多样性研究中使用最广泛的条形码,其应用在环境DNA方面的研究还有待进一步开展。18S引物的扩增产物80%以上均为鱼类的序列,但其区分度较差,一个克隆可能与多种鱼的相似性相同,因此还需要进一步的研究。3.分析了eDNA数据和当次渔业资源调查捕捞数据二者之间的关系。对18种鱼的渔获重量和高通量测序所获得的物种丰度构建模型为Y=1.40+0.31X(X代表高通量测序丰度,Y代表捕捞渔获重量,下同),相关系数R为0.479,调整后R2为0.215,检验结果为显著相关(P0.05)。对鳀鱼、龙头鱼和黄鲫的分析结果发现鳀鱼的线性关系明显,模型为Y=-7.03+1.93X,相关系数R为0.709,调整后R2为0.420,检验结果为显著相关(P=0.0490.05);龙头鱼去掉个别异常值后线性关系明显,捕捞渔获量Y和荧光定量结果的模型为Y=-0.92+5.65X,相关系数R为0.735,调整后R2为0.463,检验结果为显著相关(P=0.0380.05);黄鲫的检验结果为不显著,结合eDNA分析站位的优势种的结果,可能是eDNA取样时黄鲫污染所致。综上所述,本论文对环境DNA在渔业资源调查中的鱼类多样性和丰度监测方面进行了初步探索,并对环境DNA和传统方法获得的数据进行分析,表明eDNA用于渔业资源监测中是可行的,同时还有很多问题需要改进,我们建议现阶段将其作为传统资源调查方式的补充手段。


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