底棲有孔蟲分子多樣性及其環(huán)境特征研究初探

底棲有孔蟲分子多樣性及其環(huán)境特征研究初探為探索不同海區(qū)類型沉積物中底棲有孔蟲的分子多樣性及與環(huán)境因子之間的相互關(guān)系,本研究從潮間帶、海灣、陸架淺海一直到深海大洋區(qū),共采集了81個(gè)站位或季節(jié)的共計(jì)243個(gè)樣品。提取環(huán)境樣品的總DNA,利用有孔蟲特異性引物(s14F3-s17)擴(kuò)增其18SrRNA基因3’端的一個(gè)高變區(qū)(大約300bp),使用IlluminaHiSeq2500測序平臺(tái)進(jìn)行雙端250bp測序。此外,為探索不同DNA提取和染色方法對(duì)有孔蟲分子鑒定研究的影響,本論文進(jìn)行了有孔蟲單種實(shí)驗(yàn)方法學(xué)研究。具體工作包括如下:1.DNA提取和染色方法對(duì)有孔蟲分子鑒定研究的影響研究以野外采集的鈣質(zhì)瓷質(zhì)殼類底棲有孔蟲五玦蟲屬Q(mào)uinqueloculinaspp.(Foraminifera,Miliolida)為研究材料,研究經(jīng)虎紅染色后蟲體的DNA質(zhì)量,以此評(píng)估虎紅染色對(duì)有孔蟲分子實(shí)驗(yàn)的影響。通過方法學(xué)的摸索可知,經(jīng)1g/L虎紅染色36hrs的大部分瓷質(zhì)殼類底棲有孔蟲樣本可以成功提取到DNA,并且可以用于下游的PCR等分子實(shí)驗(yàn)。2.青島灣潮間帶底棲有孔蟲分子多樣性月變動(dòng)及與環(huán)境關(guān)系研究14個(gè)月采集的樣品經(jīng)測序共得到605種底棲有孔蟲。沉積物中底棲有孔蟲物種數(shù)在冬季和夏季較多,秋季次之,春季最少。而分子多樣性的季節(jié)變化整體上呈現(xiàn)夏季高,秋冬季節(jié)次之,春季少的規(guī)律。Rotaliida相對(duì)豐度在秋冬季節(jié)較高,春季其次,夏季較少,Miliolida相對(duì)豐度隨季節(jié)的變化趨勢與之相反。優(yōu)勢屬為:Ammonia(卷轉(zhuǎn)蟲屬),Textularia(串珠蟲屬),Epistominella(小上口蟲屬),Operculina(蓋形蟲屬),Bulimina(小泡蟲屬)。Epistominella及Operculina相對(duì)豐度與水溫和泥溫均呈顯著正相關(guān)。底棲有孔蟲的群落多樣性在春季和夏季與水溫和泥溫正相關(guān),與鹽度負(fù)相關(guān);在秋季與水溫、泥溫和鹽度均呈負(fù)相關(guān);而在冬季與水溫和泥溫呈負(fù)相關(guān),與鹽度呈正相關(guān)。有孔蟲種類會(huì)隨著季節(jié)發(fā)生演替,在不同年份差別較大。相鄰月份的樣品之間群落相似性更高,同時(shí)有孔蟲群落結(jié)構(gòu)年際變化在很短的尺度上就有很明顯的體現(xiàn)。3.膠州灣淺海陸架底棲有孔蟲分子多樣性季節(jié)變動(dòng)及與環(huán)境關(guān)系研究樣品采集自3個(gè)站位,5個(gè)季度共15個(gè)樣品,測序共得到781種底棲有孔蟲。沉積物中底棲有孔蟲物種數(shù)及分子多樣性整體上在秋季和夏季較高,冬季較低。有孔蟲種類在一年四個(gè)季度中基本穩(wěn)定不變,而特有種類在秋季最多,并呈現(xiàn)一定的季節(jié)變化。底棲有孔蟲物種數(shù)量在C1站位較多,D6站位次之,A5站位較少。A5、C1和D6站位沉積物中底棲有孔蟲的種類在相鄰年份相同月份發(fā)生了比較大的變化。這三個(gè)站位的共有的底棲有孔蟲種類占比穩(wěn)定在50%左右。優(yōu)勢屬為:Ammonia,Bulimina,Epistominella,Cibicides(面包蟲屬),Stainforthia以及未能鑒定到屬的輪蟲unidentified_Rotaliida,并且優(yōu)勢屬在各個(gè)季節(jié)的分布是更替變換的。Epistominella屬的相對(duì)豐度與水深和水溫均呈顯著負(fù)相關(guān)。此外,A5和C1站位沉積物中底棲有孔蟲群落結(jié)構(gòu)更相似,而與D6站位差別較大。底棲有孔蟲的群落多樣性在春季與底層水溫呈正相關(guān),與水深、鹽度和pH呈負(fù)相關(guān);在夏季與底層水溫和鹽度呈正相關(guān),與水深和pH呈負(fù)相關(guān);在秋季與底層水溫呈正相關(guān),與鹽度和pH呈負(fù)相關(guān);而在冬季與底層水溫呈負(fù)相關(guān),與鹽度和pH呈正相關(guān)。4.黃海陸架區(qū)底棲有孔蟲分子多樣性對(duì)pH變化的響應(yīng)研究經(jīng)測序,H02站位共得到348種底棲有孔蟲,H07站位394種,H09站位460種,B21站位367種,SY02站位460種。因此,五個(gè)站位的沉積物中底棲有孔蟲種數(shù)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的降低會(huì)導(dǎo)致底棲有孔蟲物種數(shù)的減少,從而產(chǎn)生不利的影響。隨培養(yǎng)時(shí)間增加,近岸站位B21有孔蟲數(shù)目基本不變,而H02站則有所下降。相反,離岸站H07及SY02有孔蟲數(shù)目則隨著培養(yǎng)時(shí)間增加,H09站位有孔蟲數(shù)目隨培養(yǎng)時(shí)間先升高后降低。黃海各個(gè)站位之間的底棲有孔蟲優(yōu)勢類群大部分相同,但存在少量的差異。這些優(yōu)勢類群相對(duì)豐度總和不超過25%。沉積物中底棲有孔蟲的物種數(shù)與水深、水溫和鹽度沒有明顯的相關(guān)性。5.熱帶西太平洋海山區(qū)底棲有孔蟲分子多樣性及與環(huán)境關(guān)系研究在熱帶西太平洋海山區(qū)17個(gè)站位采集的樣品經(jīng)測序共得到2238種底棲有孔蟲,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于潮間帶、海灣及陸架淺海區(qū)。另外,2016年度沉積物樣品中底棲有孔蟲物種數(shù)量明顯高于2014和2015年。而三個(gè)年份共有的有孔蟲種類僅有30種。海山與鄰近大洋區(qū)沉積物中底棲有孔蟲的群落結(jié)構(gòu)差別較大。另外同一年份的樣品群落結(jié)構(gòu)更相似,而不同年份的樣品中有孔蟲群落結(jié)構(gòu)差異較大。沉積物中底棲有孔蟲的群落多樣性與水深呈負(fù)相關(guān),與水溫和鹽度均呈正相關(guān)。Cibicides,Epistominella及Streptochilus屬的相對(duì)豐度均與水溫呈顯著正相關(guān),而與水深呈顯著負(fù)相關(guān),并且后者與鹽度呈顯著負(fù)相關(guān);另外,Bulimina屬的相對(duì)豐度僅與水溫呈顯著正相關(guān),而與其他環(huán)境因子沒有顯著相關(guān)性。綜合比較四個(gè)海區(qū):在目水平,四個(gè)海區(qū)的優(yōu)勢類群組成相似,玻璃質(zhì)殼類有孔蟲輪蟲目Rotaliida在沉積物中均占具絕對(duì)優(yōu)勢,占比平均值為85.1%-99.9%,其次瓷質(zhì)殼類有孔蟲為粟米蟲目Miliolida,占比平均值為0-10.2%。四個(gè)海區(qū)的共有優(yōu)勢屬為Ammonia屬和Epistominella屬。熱帶西太平洋海山區(qū)沉積物中底棲有孔蟲多樣性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于潮間帶及近岸海域,而且前者的SY站位可能存在新的有孔蟲類群。水深、水溫、鹽度及pH等環(huán)境因子會(huì)顯著影響底棲有孔蟲的群落結(jié)構(gòu),只是影響方式不盡相同。另外,用于進(jìn)行序列比對(duì)的數(shù)據(jù)庫中關(guān)于有孔蟲的記錄較少,以至于大部分測序序列無法比對(duì)到屬水平,而被劃歸到“Others”的范疇。本研究系對(duì)熱帶西太平洋海山區(qū)底棲有孔蟲分子多樣性的首次探索性研究,也是國內(nèi)第一次對(duì)潮間帶、海灣、陸架淺海到深海大洋區(qū)底棲有孔蟲的分子多樣性進(jìn)行的系統(tǒng)性調(diào)查。但是由于在多個(gè)區(qū)域(例如膠州灣、熱帶西太平洋海山區(qū)等)沒有開展過底棲有孔蟲形態(tài)學(xué)方面的調(diào)查研究,因此本論文缺乏一些與形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)比對(duì)的工作,有待后期進(jìn)行更深入的研究