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超微真核浮游生物一般是指0.2-5.0μm的真核类浮游生物,包括单细胞自养藻类、异养原生动物及真菌,是水生态系统的重要组成部分,在物质循环和能量流动中起着十分重要的作用。但由于其体积微小,又缺乏形态学鉴定特征且不易分离培养,使得目前对它们的多样性及地理分布认识十分有限。最近基于聚合酶链式反应(PolymeraseChainReaction,PCR)的分子生物学技术可以最大限度地获得相关微生物(包括难培养微生物)的遗传信息,从而全面地分析样品中的微生物的种类和多样性。
目前,国内关于超微真核浮游生物的分子生态学研究主要集中于海洋和富营养化的浅水湖泊,对贫营养型的深水湖泊则很少关注。抚仙湖位于云南省中部,是典型的亚热带贫营养型高原深水湖泊。本论文通过构建18SrRNA克隆文库及序列分析方法,研究了抚仙湖中的超微真核浮游生物的多样性和群落结构以及主要控制因素,主要内容包括:通过野外调查研究了抚仙湖夏季超微真核浮游生物水平分布及与环境的关系;通过受控实验分别研究了不同光照强度和添加不同种类浮游甲壳动物对抚仙湖超微真核浮游生物群落结构的影响。
2011年8月对抚仙湖北湖区进行了水平断面采样,通过构建18SrRNA克隆文库及序列分析方法,研究了抚仙湖中的超微真核浮游生物的多样性和群落结构以及主要控制因素。结果显示抚仙湖的营养水平、叶绿素a浓度均非常低,浮游甲壳动物种类及丰度随着离岸距离的增加有减少的趋势。通过测序分析最终得到352个有效阳性克隆子、50个OTUs(operationaltaxonomicunit)。86.0%的克隆子为已知物种,多数OTUs属于异鞭毛虫类、囊泡虫类、真菌、植物相关、领鞭毛虫类和丝足虫类,少数OTUs与隐藻、定鞭藻、Apusozoa和叶足虫类相关。抚仙湖水草区检测出寄生或可以释放毒素的有害种类(如囊泡虫类的厚鱼钩虫、沃氏藻和裸甲藻,以及定鞭藻类的Gymnodiniumsp.)能引起鱼类、贝类和枝角类的疾病。本研究发现在一定范围内,若溶解氧和浮游甲壳动物丰度升高,可能导致超微真核浮游生物的多样性提高。抚仙湖的超微真核浮游生物有很多分类地位不明确,生态特征研究不多的种类。与此同时,抚仙湖中部分种类为高纬度种类,推测水生超微真核浮游生物可能具有高海拔和高纬度生物种类的相似性,但该推测有待大量数据验证。
通过2011年7月末至8月初的光照受控实验和18SrRNA克隆文库及序列分析的方法,分析了强光和弱光对超微真核浮游生物群落结构的影响。通过测序分析最终得到267个有效阳性克隆子、51个OTUs。初始状态的主要OTU属于真菌、异鞭毛虫类和囊泡虫类,也检出了Ichthyosporea和Collodictyonidae等后期处理组未检出的种类。强光组相比其他组,各OTU种类数量相对较均一,囊泡虫类、真菌和异鞭毛虫类相对较多,其余种类OTU数相同。而弱光组的主要OTU类群为囊泡虫类和异鞭毛虫类。本研究结果显示该环境下也出现了一些特有的超微真核浮游生物种类(如Centroheliozoa和眼虫类)。实验进行7天后两个不同光照处理的超微真核浮游生物的群落结构发生了分歧,强光组的超微真核浮游生物的多样性要高于弱光组。相比强光环境,弱光下的囊泡虫类,生长快速,生物量大。Apusozoa为分类地位不明确种类,其生态特征研究的报道不多,在本研究中,该种喜好生活在高光强的静水环境。
通过2011年7月末至8月初的添加不同浮游甲壳动物种类(枝角类、桡足类)的受控实验及对照组,通过18SrRNA克隆文库及序列分析的方法,分别研究了浮游甲壳动物:枝角类和桡足类的捕食等行为对超微真核浮游生物群落结构的影响。通过测序分析最终得到343个有效阳性克隆子、54个OTUs。初始状态的主要OTU属于真菌、异鞭毛虫类和囊泡虫类;对照组的主要OTUs类群为囊泡虫类和异鞭毛虫类。添加枝角类(盔形溞)处理组的主要OTUs类群为囊泡虫类和异鞭毛虫类;添加桡足类(舌状叶镖水蚤)的处理组中囊泡虫类、丝足虫类和异鞭毛虫类为主要OTUs类群。囊泡虫类受浮游甲壳动物的影响较大,较对照组明显降低,可能是浮游甲壳动物的摄食对象。添加浮游甲壳动物后Apusozoa克隆子数增长2倍以上,与囊泡虫类有此消彼长的现象。与此同时,丝足虫类也有所上升,可能是浮游甲壳动物丰度的上升会提供更适宜丝足虫类生存的环境。在本研究中,添加浮游甲壳动物的处理组与对照组的超微真核浮游生物群落结构变化较大,但不同浮游甲壳动物处理组间的超微真核浮游生物群落结构未发生明显差异。
通过整个研究发现,相比其他亚热带湖泊,抚仙湖夏季超微真核浮游生物的群落结构具有独特性。在抚仙湖中发现了大量Apusozoa,以及Collodictyonidae、Centroheliozoa等分类地位不明确,生态特征研究不多的种类,这些种类在湖泊生态系统中报道的并不多;抚仙湖水平调查结果显示,在水生植物生长的环境下,超微真核浮游生物的多样性最高;另外,光照强度和添加浮游甲壳动物均是影响超微真核浮游生物群落结构的因素。