中国南海微型与超微型真核浮游生物的分子生态学研究

摘要

海洋中微型真核浮游生物是构成海洋微型食物链和生物量的重要组成部分，在海洋生态系统中占有十分重要的地位。本论文以分子生物学技术为研究方法，对南海代表性海域微型真核浮游生物分子生态空间分布情况进行了分析与评估，利用多学科技术创建了数据平台，对微型真核浮游生物的环境影响因素进行了讨论。 选取南海北部浅海、岛屿、大陆架海域等海洋微型真核浮游生物的样品构建18SrDNA的文库。经序列测定和分子系统学分析，研究发现了两类近年最新发现的真核生物类别的序列：Telonemia和picobiliphytes，这两类超微型真核生物是第一次在热带和亚热带海域被报道。对这些未知真核生物全球生态分布的时空状况进行了分析，发现Picobiliphytes的丰度应该和日照时间或者强度有很大关系。本论文还发现了大量南海特有的放射虫类群的环境克隆，结合真核分类国际最新进展对这些新类群进行了重命名为：RAD SCS 1，RAD SCS2；env Spumellaria NS I，env Spumellaria NSⅡ， env Nassellaria NSⅠ，env Nassellaria NSⅡ， env Taxopodida SCS。放射虫环境类群的发现对研究原生动物的起源进化有很大帮助。在该类群发现的基础上，讨论了它们与南海大陆架结构、海流以及沉积化石、石油形成的关系。为了使在短时间内分析大量样品成为可能，首次将细菌群落分析的T-RFLP技术运用在浮游真核生物研究，为微型浮游生物快速鉴定和监测提供了可能。在国际核糖体数据库的真核序列还未共享的前提下，利用本实验室积累的数据，进行电子模拟酶切分析并用实验证明18 S rDNA浮游真核生物作为物种快速鉴定的可行性。 首次运用生态学评价的Shannon Wiener指数、Pielou均匀度以及地理信息系统软件平台对南海先后构建各海域文库的群落分子生态学性结构和地理分布进行统计计算，创建了方便数据录入、调取和图像化的数据平台。将实验室前后研究的数据成果和南海地理环境数据做了整合和分析。发现南海微型真核浮游生物群落多样性水平较高，结构较稳定，在南沙群岛海域最为丰富；分布规律和网采浮游藻类的形态学研究结果是一致的，与采样位点的水文状况有很大关系。在中国南海海域这里真核生物类群的分布规律：0.5m表层水由纤毛类和鞭毛类以及自养的stramenopiles 占据，100m深被Alveolata Group Ⅰ/Ⅱ和Radiolaria占据。Alveolata和Stramenopiles 的环境类群分布和水深没有直接联系。Alveolata GroupⅡ受低盐度抑制，光合自养stramenopiles类群反而在低盐度丰度更高。讨论了硅藻、甲藻的比例与水温、盐度的相关性，发现甲藻的比例在中国沿海被严重低估。而绿藻Chlorophyta的成分，它的种群分布与纬度有明显关系。放射虫类群的分布丰度因黑潮和环流影响的位点升高，而大陆坡的构造也造成放射虫群体会回旋甚至堆积在陆坡的底部。在南海海域Novel Alveolates groupⅡ(NAll)的亚类群里，我们所获得的的克隆子有68％都是Amoebophrya类似海洋寄生生物的克隆，其寄主为我国海域常见赤潮藻种。这已是首次在中国海域对Amoebophrya类群的报道，让人们对生物控制有害藻类有了期望。在南海北部海域发现石油耐受性P6X4.2类群(ElAa6I和N4aC52)，判断为石油烃降解菌的捕食者。不仅可以作为环境污染监测的指标，而且通过序列设计探针捕获这类浮游生物，将对石油降解的生态调节会有更透彻的理解。这些结果为认识海洋中微型生物群落的分布提供了新的线索，也为研究真核生物的起源进化提供了相关分子数据。南海微型真核生物分子生态学的研究同时也为我国近海生物资源的开发和生物多样性的保护提供科学依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1南海海域的特点

1.2海洋微型浮游生物的定义与重要性

1.3微型真核浮游生物的发现

1.4微型真核浮游生物的研究进展

1.4.1自养类群

1.4.2异养类群

1.5真核分子系统分类学研究进展

1.5.1真核生物分子系统分类的主要类群

1.5.2完全生命树的构建与真核分类

1.5.3常见真核浮游生物类群

1.5.4微型真核浮游生物未知类群的发现与分类

1.6微型浮游生物分子生态研究技术

1.6.1分子生态学的定义

1.6.2不依赖于PCR的研究技术

1.6.3依赖于PCR的分子生态研究技术

1.7与生物信息学结合的分子生态分析方法(T-RFLP)

1.8分子生态学空间分析的进展

1.9本论文的研究目的和意义

第二章材料与方法

2.1实验材料及主要试剂

2.1.1实验材料来源及初步处理

2.1.2实验中用到的主要试剂

2.1.3实验中用到的主要仪器

2.1.4实验中用到的主要引物序列

2.2实验方法及步骤

2.2.1实验流程

2.2.2样品总DNA的提取

2.2.3 18S rDNA的PCR扩增

2.2.4 18S rDNA的PCR产物的浓缩、纯化

2.2.5 18S rDNA基因文库的构建

2.2.6 18S rDNA基因文库中重组质粒的筛选

2.2.7 18S rDNA基因文库中克隆子的测序及数据分析

2.2.8测序结果的分析

2.2.9 18S rDNA的T-RFLP

2.2.10数据分析

2.2.11空间分布分析

第三章结果与分析

3.1总DNA制备结果

3.2 18S rDNA的PCR扩增及割胶纯化结果

3.3 18S rDNA基因文库的构建、筛选和克隆子测序结果

3.4三个18S rDNA基因文库中各主要类群的丰富度和优势类群

3.4.1 Alveolates类群多样性

3.4.2 Stramenopiles类群多样性

3.4.3 Radiolaria类群多样性

3.4.4 Heliozoan类群多样性

3.4.5两个全新真核生物类群(Telonema and picobiliphytes)

3.5 T-RFLP图谱分析

3.6南海真核生物多样性与环境的关系

3.6.1南海真核生物遗传多样性分布

3.6.2用于多样性指数对南海微型真核生物遗传多样性进行评估

3.6.3南海微型真核浮游生物GIS分析

第四章讨论

4.1南海微型浮游放射虫的分布规律以及与沉积放射虫的关系

4.1.1沉积多孔放射虫的分布

4.1.2南海微型浮游放射虫的分布规律

4.1.3放射虫分布与南海环境的关系

4.1.4放射虫的研究价值

4.1.5放射虫与海底石油形成的关系与研究前景

4.2 Picobiliphytes的分布规律

4.2.1各海域Picobiliphytes亲缘关系分析

4.2.2 Picobiliphytes的时空分布

4.3总结

4.3.1系统生物学时代的藻类学研究

4.3.2分子生物学技术在浮游生物群落研究中的运用

4.3.3 Amoebophrya类群与赤潮藻类寄主

4.3.4 NAI-l原油耐受类群与环境

展望

参考文献

附录

致谢