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真核微型浮游生物(0.8-20μm)主要由微型藻类和原生动物组成,是微食物网的主要成员,在营养循环和物质流动中起着重要作用。尽管人们已经意识到真核微型浮游生物在水生态系统中的重要作用,但对自然界中真核微型浮游生物的多样性及地理分布却知之甚少。原因在于传统的显微镜镜检方法很难鉴定大多缺少明显形态特征的微小生物,而且很多原生生物离开自然水体后容易变形,使得形态鉴定更为困难。基于核糖体小亚基RNA(SSUrRNA)分析的分子生物学技术已经成功用于细菌和古细菌多样性的研究,这些方法也逐渐被用于各种自然生态系统中微型真核浮游生物的研究。由于这些新技术的应用,人们对自然界中微型真核浮游生物的多样性和时空分布才有了更深层次的了解。
本论文通过聚合酶链式反应—变性梯度凝胶电泳(polymerase chainreaction-denaturing gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)和构建18S rRNA克隆文库及序列分析(Cloning/Sequencing)的方法,研究太湖六个湖区的微型真核浮游生物的基因多样性和主要组成,并通过多元统计方法,分析了太湖微型真核浮游生物群落结构空间异质性的主要调控因子;通过PCR-DGGE技术,研究了太湖梅梁湾和湖心区真核微型浮游生物群落结构季节变化,并通过多元统计方法,分析了梅梁湾和湖心区微型真核浮游生物群落结构季节变化的主要调控因子;通过原位受控实验,分析了浮游甲壳动物的种类和数量对微食物网结构的影响,包括其对真核微型浮游生物群落结构的影响和对细菌群落产生的营养串联效应。
2006年11月份,分别在太湖六个湖区—梅梁湾、湖心、贡湖、五里湖、西太湖和东太湖进行了调查,通过PCR-DGGE和构建18S rRNA克隆文库,分析不同湖区微型真核浮游生物的结构组成和多样性。总计分析528个阳性克隆子,产生165个RFLP型(restriction fragmem length polymorphism),最后得到131个OTUs(operational taxonomic unit)。序列分析结果表明太湖真核微型浮游生物多样性很高,主要种类属于异鞭毛虫类(stramenopiles)、曩泡虫类(alveolata)、丝足虫类(cereozoa)、隐藻、绿藻和真菌,少数种类属于choanoflagellida、euglenida、centroheliozoa、ancyromonadidae、ichthyosporea和kathablepharid。另有六个OTUs与任何已知的真核生物序列不同。不同湖区真核微型浮游生物的种类组成和多样性差异明显:梅梁湾多样性较低,异鞭毛虫类、丝足虫类和隐藻是该湖区最重要类群;湖心多样性较高,主要由异鞭毛虫类、曩泡虫类和丝足虫类组成;贡湖是6个克隆库中真核微型浮游生物多样性最低的,而且60%的克隆子与纤毛虫相关:五里湖的营养水平较高,异鞭毛虫类、曩泡虫类和隐藻是其真核微型浮游生物的主要类群;东太湖的营养水平是6个湖区中最低的,但其多样性最高,主要由囊泡虫类、异鞭毛虫类、隐藻和真菌组成;另外,隐藻、异鞭毛虫类和真菌是西太湖的主要微型真核浮游生物。典型对应分析表明,不同湖区真核微型浮游生物群落结构的差异与不同的营养水平、底泥再悬浮作用和浮游甲壳动物的捕食有关。
2006年8月至2007年7月研究了太湖梅梁湾和湖心区真核微型浮游生物的季节变化规律。结果表明,梅梁湾和湖心的真核微型浮游生物的群落特征指数(Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数)和群落结构均随季节显著变化。梅梁湾的Shannon-Wiener指数年平均值为3.24,湖心稍低,为3.15,但无显著差异。RDA分析表明太湖真核微型浮游生物群落结构与环境因子的动态变化具有显著的相关性,而且梅梁湾和湖心区对真核微型浮游生物群落结构动态变化起主导作用的环境因子存在差异:在梅梁湾,总磷(TP)浓度和枝角类的捕食作用对真核微型浮游生物群落结构动态变化有着重要的作用;而在湖心,总氮(TN)浓度和水体的电导率与真核微型浮游生物群落结构动态变化显著相关。
通过添加不同种类和不同密度的浮游甲壳动物(涵Daphnia、象鼻溞Bosmina、新镖水蚤Neodiaptomus、中剑水蚤Mesocyclops),分析浮游甲壳动物的种类和数量对微食物网结构的影响。结果表明,不同的浮游甲壳动物种类和密度对藻类生物量、纤毛虫和细菌数量及杆状细菌比例的影响差异显著,但各处理间鞭毛虫的数量无显著差异。真核微型浮游生物的DGGE指纹图谱表明,第7天和第15天分别检测到52和32条不同的条带。表征微型真核浮游生物群落特征的Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数在各处理间均无显著差异。基于UPGMA(unweighted pair group method with arithmetic mean)的聚类分析表明,第7天不同处理间的微型真核浮游生物群落结构没有明显的分化,而第15天时,枝角类处理(溞和象鼻潘)和桡足类处理(新镖水蚤和中剑水蚤)形成了明显的两个分枝。细菌DGGE指纹图谱表明,第7天和第15天分别检测到29和22条不同的条带。细菌群落特征指数Shannon-Wiener、Simpson和Pielou在各处理间均无显著差异。聚类分析表明,第7天时不同处理间的细菌群落结构已存在明显的分化,枝角类处理(溞和象鼻溞)和桡足类处理(新镖水蚤和中剑水蚤)形成明显的两个分枝,第15天时,这种分化仍然存在。