DNA宏条形码技术在海洋浮游动物多样性和生态学研究中的应用

浮游动物是海洋生态系统的关键类群,其覆盖门类广泛,多样性高。传统形态鉴定技术需要检测人员具备专业的形态鉴定知识,且费时费力。宏条形码技术无需分离生物个体,而是提取拖网采集到的浮游动物混合样本的总DNA,或者水体中的环境DNA （eDNA）,依托高通量测序平台测序,能够实现对大规模样本快速、准确、经济的分析,在海洋浮游动物生态学研究中得到越来越广泛的应用。分析了DNA宏条形码技术常用的核糖体和线粒体分子标记,在浮游动物多样性和数量研究中的可靠性和不足,并给出在海洋浮游动物群落监测,食物关系分析及生物入侵早期预警等研究中的应用。未来,开发多基因片段组合条形码,发展完备的参考数据库及实现准确的量化研究是DNA宏条形码技术发展的重要方向。     

DNA条形码及其在海洋浮游动物生态学研究中的应用

浮游动物的准确鉴定是浮游动物生态学研究的基础.传统的基于形态特征的鉴定不仅费时费力,而且部分类群特别是浮游幼体由于形态差异细微,鉴定存在困难,导致物种多样性被低估.DNA条形码(DNA barcodes)技术为浮游动物物种鉴定提供了一个有力工具,已迅速应用于海洋浮游动物生态学研究.本文介绍了DNA条形码的基本概念、优势及局限性,总结了该技术(主要是基于线粒体细胞色素C氧化酶第一亚基(mtCOI)基因序列片段的DNA条形码)在海洋浮游动物物种快速鉴定、隐种发现、营养关系研究、生物入侵种监测、群落历史演变反演、种群遗传学以及生物地理学中的成功应用.随着DNA条形码数据库信息量覆盖率的不断提高和新一代测序技术的快速发展,DNA条形码将提供除了种类鉴定外更加丰富的信息,从而帮助人们更好地理解海洋浮游动物的多样性及其在生态系统中的功能,推动海洋浮游动物生态学的发展.     

中国近海浮游动物多样性研究的过去和未来

中国是世界上南北纬度跨度最大的国家之一.复杂的气候、水文和地形因素形成了我国海洋环境的多样性,也造就了浮游动物多样性的格局.我国浮游动物多样性的研究经历了分类、分布为主、环境变化对浮游动物的影响和浮游动物环境适应研究等阶段.在我国,地形、季风和水团是形成海洋环境格局的三大驱动力,因此不同环境对浮游动物的影响是较为活跃的研究方面.无论在我国还足在世界上,浮游动物对环境适应的研究是薄弱环节,研究方法的缺乏是重要的原因.近年来,已经解决了利用现场调查获得的多学科观测数据和资料(field data)结合统计方法求得种类最适温度、最适温度区间等生态学参数的技术难点.yield-density函数模型,麦夸特(Marquardt)法曲线拟合,中值定理,龙贝格(Romberg)积分法计算等数学方法得到应用.这些研究方法应用在生态类群划分是一项创新,对于浮游动物多样性成因分析有重大意义,未来浮游动物多样性应从不同生境、不同时空尺度、不同分类单元、不同粒径谱、不同生态类群和不同测度方法等多个方向展开,而这些领域的应用研究是浮游动物多样性最具前景的方向.     

南麂列岛海洋保护区浮游动物调查

主要研究南麂列岛海洋保护区浮游动物种类组成、数量分布、多样性指数、浮游动物与浮游植物动态变化及浮游动物数量变化与营养盐的关系。经鉴定共发现,浮游动物98种,主要有2个生态类群:(1)暖温带近海类群,优势种有中华哲水蚤(Calanus sinicus)、中华假磷虾(Pseudeuphausia sinicas)、五角水母(Muggiaea atlantica)、百陶箭虫(Sagitta bedoti)、拿卡箭虫(S.nagae)等;(2)暖水性外海类群,代表性种类有肥胖箭虫(S.enflata)、精致真刺水蚤(Euchaeta concinna)等。结果表明,8月份南麂列岛浮游动物生物量和丰度出现最高值,9、10月份逐渐减少,多样性指数变化范围1.78~4.38,平均3.99;保护区内浮游动物数量与浮游植物细胞密度呈良好的正相关关系,与氮含量呈负相关关系。     

植食性浮游桡足类摄食生态学研究进展

由于浮游动物在调节海洋生物生产中的关键作用,对其摄食生态学的研究一直是海洋生态学研究的重点。总结了近年关于浮游动物主要类群－桡足类对浮游植物摄食的研究进展及其在海洋生态系统动力学研究中的重要意义。主要包括：影响植食怀桡足类摄食强度的主要因素,饵料对于桡足类种群变动的影响;现场测定桡足类摄食率的方法以及海洋生态系统动力学研究中需要关注的问题。     

南沙群岛珊瑚礁浮游动物多样性与群落结构

珊瑚礁是地球上已知的海洋生物多样性最高的生态系统,为了深入分析珊瑚礁的浮游动物多样性和群落结构,2004年5月5-15日在南沙群岛渚碧礁布设10个大面站(漏湖、礁坪各5个)和1个连续站(位于礁坪),使用网目孔径分别为169 μm和505 μm的两种浮游生物网进行垂直拖网采样.结果表明:共鉴定浮游动物种类96种和幼虫17个类群(或类型),其中桡足类最多,达65种,其次是幼虫;浮游动物数量丰富-根据169 μm网具样品的数据,平均丰度高达926.0±1,155.8 inds./m3,优势类群依次是桡足类、被囊类和幼虫,优势种为奥氏胸刺水蚤(Centropages orsinii)、珍妮纺锤水蚤(Acartia shuzheni)、长尾住囊虫(Oikopleura longicauda)、梭形住囊虫(O.fusifornis)和腹足类面盘幼虫(Gastropoda veliger);渚碧礁浮游动物空间分布差异相当显著,漏湖区形成与礁坪区不同的群落,前者种类多、丰度高、优势种突出、均匀度低,而后者则完全相反,浮游动物群落的空间变化是由珊瑚礁礁盘的空间异质性所造成.浮游动物昼夜变化明显,夜间出现的种数和平均丰度分别是日间的4.6和46.2倍.浮游动物群落以终生浮游生物的种类和数量占多数,它们来源于礁外海水,有的也属于礁栖类型.在珊瑚礁中,中小型浮游动物无论在种类还是丰度方面都占有非常重要的位置.     

微型浮游生物生态学研究概述

最近一二十年来,原绿藻和微食物网的重大发现已使人们充分认识到微型浮游生物在水域生态系统的养分循环和能量流动中的重要意义,也为微型浮游生物的研究提出了新的方向。对微型浮游生物的主要类群,即微型浮游植物、异养细菌和微型浮游动物的生态学研究进展作了概述,在此基础上讨论了类群间的生态关系和微食物网的研究动向。最后对微型游生物生态学的继续研究提出了几点看法。     

中国近海浮游动物群落结构及季节变化

2006年7-8月、12月-2007年2月、2007年4-5月、2007年10-12月,对中国近海进行了4个航次生物、化学和水文等专业综合调查.根据采集的浮游动物样品分析鉴定结果,对中国近海浮游动物群落结构、种类组成及优势种的季节变化进行研究.结果表明,中国近海浮游动物有1330种,隶属于7门19大类群,浮游幼体47类,其中,节肢动物为最优势类群,有782种,占58.80％,其次为刺胞动物,有324种,占24.36％.在浮游动物群落结构中,4个海区均以桡足类和水母类的种类和数量占绝对优势.中国近海4个海区浮游动物种类数有明显季节变化,渤海和黄海,浮游动物种类数夏、秋季多于春、冬季;东海和南海,浮游动物种类数春、夏季多于秋、冬季.中国近海浮游动物群落大体可划分为6个主要生态类群:近岸低盐类群、低温高盐类群、高温高盐类群、低温广盐类群、高温广盐类群和广温广盐类群.结合同步调查的其它生物、水文、化学环境参数的分析结果,对中国近海浮游动物群落种类丰度与环境因子进行生物与环境变量关系分析,结果表明,浮游动物群落结构与水温、盐度、水深、溶解氧、硝酸盐和pH存在明显相关关系.水温和盐度是影响浮游动物群落结构最重要的两个环境因子.     

夏、秋季长江口及毗邻海域浮游动物的分布与变化

浮游动物在整个海洋生态系统中起着非常重要的调控作用,它通过摄食控制浮游植物的数量和分布,同时又是许多经济鱼类的主要饵料,因而其分布与变化可以直接影响渔业资源状况[1,2].     

长江河口浮游动物的种类组成、群落结构及多样性

于1999年枯水期(2—3月份)、丰水期(8月份)、2000年枯水期(2—3月份)对长江河口浮游动物采样调查,研究了长江河口浮游动物的种类组成、群落结构及多样性并初步探讨了三峡工程对长江河口浮游动物的影响及长江河口水环境的生物监测。调查共发现浮游动物87种,甲壳动物占绝对优势,共59种。在所有浮游动物中挠足类31种。其次为水母类,有9种,此外,枝角类、毛颚类各8种。3次采样浮游动物的优势种主要有河口半咸水种和近岸低盐种类如华哲水蚤(Sinocalanus sinensis)、火腿许水蚤(Schmackeria poplesia)、虫肢歪水蚤(Tortanus vermiculus),真刺唇角水蚤(Labidocera euchaeta)等,还有长江径流带到河口的淡水种如近领剑水蚤（Cyclops vicinus vicinus)、英勇剑水蚤（Cyclops strenuus）、透明溞（Daphnia hyalina)等。一些浮游动物可作为水系指示种,其分布、数量反映了不同水系分布变化,长江河口浮游动物有;类水系指示种。通过对长江河口浮游动物群落聚类分析发现。1999、2000年枯水期浮游动物群落结构相似。可分为河口类群、近岸类群和近外海类群。1999年丰水期只形成近岸和近外海类群。浮游动物种类数由口门内向口门外方向有逐渐增加的趋势。浮游动物种类数由北向南变化趋势一致。大潮与小潮、涨憩与落强等潮汐作用对浮游动物影响往往因采样时间与区域等的不同而不同。对长江河口3次采样的物种多样性指数和均匀度指数进行了计算,结果表明：浮游动物多样性指数1999年枯水期最低,1999年丰水期最高。     

尾管藻属的形态学特征研究

硅藻是一个庞大的微藻类群,不但种类多,数量大,分布也很广泛,是水体中浮游植物的重要组成类群^[1]。硅藻是浮游动物、贝类、鱼类的饵料,在水生生物生态学研究中,常被作为重要的生物指示类群,用于监测水质和评价水环境。化石硅藻也是重要的指示生物,用于石油勘探、底层划分,以及古地理、古气候等领域的研究^[2]。硅藻的分类学依据主要是其硅质细胞壁上的花纹,目前被广泛采用的分类系统是将硅藻门分为中心纲（Centrieae）和羽纹纲（Pennatae）两个纲。     

冰川微生物菌群分布的研究概况及其前景

冰川中以耐冷的生物为主,形成一个以微生物为主要生命形式的相对简单的生态系统.冰川中的微生物包括病毒、细菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌和藻类.其中一些病毒对人类健康具有潜在的危害性.着重论述了不同区域和不同海拔高度的冰川微生物类群和数量分布特征以及冰芯（深冰川）细菌菌群分布与气候环境的关系.综述结果表明：一些微生物类群广泛存在于各地的冰川上,具有全球分布特性;另一些类群只出现在个别冰川上,为一些地方性冰川微生物.随着海拔高度的增加,冰川上呈现出冰、雪冰和雪环境明显不同的生态条件;微生物类群分布也具有明显的差异性,与冰川上的生态条件和盛行的风向有关.优势类群对冰、雪冰和雪环境具有一定的指示意义.冰川微生物数量分布不仅受到冰川上的水热、光照和营养状况的影响,还与降雪的沉积作用有关.冰芯中的细菌数量与矿物微粒含量具有密切的对应关系.最后指出了冰川微生物研究在基因多样性、气候环境变化、生物地球化学循环、微生物对环境变化的响应机制和星际生命探索中的重要性及其生态学和社会经济意义.     

三门湾浮游动物的季节变动及微型浮游动物摄食影响

2002年8月、11月、2003年2月和5月,在三门湾进行了4个航次生物、化学和水文等专业综合调查。根据采集的浮游动物样品的分析鉴定及海上现场实验结果,对浮游动物的群落组成、生物量、丰度、多样性指数的分布和季节变动及其浮游动物对浮游植物的摄食影响进行研究。结果表明,三门湾浮游动物有67属,89种,16类浮游幼体,主要可划分为4个生态类群：以近岸低盐类群为主,其优势种为中华哲水蚤Calanus sinicus、真刺唇角水蚤Labidocera etwhaeta、捷氏歪水蚤Tortanus derjugini、太平洋纺锤水蚤Acartiapacifica、中华假磷虾Pseudeuphausia sinica和百陶箭虫Sagitta bedoti等。半咸水河口类群、暖水性外海类群和广布种相对较少。浮游动物生物量和丰度的平面分布趋势除了夏季有所差异外,其它季节基本一致。2月份和5月份,浮游动物生物量和丰度,从湾顶向湾口呈逐渐增加趋势;8月份,湾口区生物量最高,而丰度高值区出现在湾顶部;11月份,生物量和丰度的平面分布相对均匀。浮游动物种类多样性指数有明显的季节变化,其动态变化与浮游动物种数和丰度的变化一致。微型浮游动物对浮游植物存在摄食压力,且有季节变化,摄食率的变化在0．18．0．68d^-1,微型浮游动物的摄食率低于相同季节的浮游植物生长率。微型浮游动物对浮游植物摄食压力的变化范围为16．1％-49．1％d^-1,对初级生产力摄食压力的变化在58．3％-83．6％d^-1。11月份,微型浮游动物对浮游植物和初级生产力的摄食压力均出现最高值。     

三沙湾浮游动物生态类群演替特征

根据2010年6月-2011年5月三沙湾海域5个航次海洋综合调查资料,对三沙湾浮游动物种群特征进行分析,并与我国不同纬度海湾生态类群结构进行比较.探讨三沙湾海域浮游动物生态类群季节变化特征及其受水团季节变化的影响.研究结果表明:4月和5月三沙湾海域主要受到浙闽沿岸流影响,生物多样性H'指数分别为2.03和2.02;种类数分别仅为17种和19种,明显低于6月、8月和10月;浮游动物生态类群以暖温带近海种为主;优势种种类数少,单一优势种优势性明显,4月中华哲水蚤丰度占浮游动物总丰度的65.03％;群落结构特征与同期我国长江口浮游动物区系特征相似.6月三沙湾海域受到浙闽沿岸流和台湾暖流共同影响,同时因闽北雨季导致大量大陆径流汇入,使得该月浮游动物种群结构复杂,生物多样性指数和种类数全年最高,为3.12和45种,与5月相比,种类更替明显,物种更替率为69.39％;亚热带近海种丰度百分比最高(73.03％),亚热带外海种种类数百分比次之(48.89％),是海域浮游动物生态类群由以暖温带近海种为主向以亚热带外海种为主的过渡时期.8月和10月浙闽沿岸流消失,三沙湾海域受台湾暖流控制,海水温度和盐度升高,生物多样性指数和种类数均略低于6月;生态类群结构以亚热带外海种为主;优势种特征表现为种类数多而各个优势种丰度较低;浮游动物群落结构特征与南海北部海域浮游动物组成极为相似.     

长江河口中小型浮游动物数量分布、变动及主要影响因素

于1999年枯水期(2～3月份)、丰水期(8月份)、2000年枯水期(2～3月份)对长江河口浮游动物采样调查,研究了长江河口浮游动物的数量分布、变动及主要影响因素.结果表明:1999年枯水期浮游动物平均数量仅为79.07ind/m3,浮游动物在河口内与口外海滨形成两个高丰度区,浮游动物个体数量从口门内向近岸及近外海逐渐递减,优势种数量分布情况决定了该期浮游动物总数量分布.1999年丰水期,浮游动物平均数量高达300.89ind/m3,浮游动物分布不均匀,数量由河口内向近岸水域与近外海水域递增.2000年枯水期,浮游动物数量分布总体趋势与1999年枯水期相同.1999年枯水期、丰水期,2000年3月枯水期,桡足类数量占浮游动物总数量分别为95.54%、85.82%、84.83%,桡足类数量在浮游动物总数量中占绝对优势,并在浮游动物数量分布中起关键作用.浮游动物数量分布受潮周期影响显著,优势种在浮游动物数量潮周期分布中起重要作用.由各样站的浮游动物数量与盐度做回归分析,在枯水期均不成线性关系,在丰水期则成线性相关,回归方程为:y=0.34134 0.0112x(r=0.9341, n=8).此外,长江口浮游动物数量季节变化与温度、径流量、海流及食物等关系密切.     

原核微生物的多样性

微生物是一群以分解代谢为主的重要生物类群,其生物学多样性十分丰富。但由于它们的微观性,尤其原核微生物简单的单细胞结构、以无性方式进行快速地繁殖而造成的无准确的基线难以对其进行种群数目和数量的统计,因而对微生物的多样性研究远没有宏观生物那样深入和受到重视。本文根据原核微生物的特性,从其物种、所代表的进化分支、生理代谢类群及遗传背景几个方面简述了它们的多样性及重要意义,意在引起科学界和全社会对这类生物资源的认识和保护的重视。     

乐清湾浮游动物的季节变动及摄食率

2002年8月、11月、2003年2月和5月,在乐清湾进行了4个航次生物、化学和水文等专业综合调查。根据采集的浮游动物样品的分析鉴定及海上现场实验结果,对浮游动物的群落组成、生物量、丰度、多样性指数的分布和季节变动及其浮游动物对浮游植物的摄食率进行研究。结果表明,乐清湾已鉴定的浮游动物有56属,75种,17类浮游幼体,主要可划分为4个生态类群,以近岸低盐类群为主,其优势种为真刺唇角水蚤Labidoceraeuchaeta、太平洋纺锤水蚤Acartiapacifica、驼背隆哲水蚤Acrocalanusgibber、中华假磷虾Pseudeuphausiasinica和百陶箭虫Sagittabedoti等,半咸水河口类群、暖水性外海种和广布种的种数相对较少。浮游动物生物量和丰度的平面分布趋势基本一致,有明显季节变化。2月份和5月份,浮游动物生物量和丰度,从湾顶向湾口呈逐渐增加趋势;8月份,生物量和丰度的分布与2月份、5月份的分布趋势不同,从湾顶向湾口,生物量和丰度逐渐降低;11月份,生物量和丰度的平面分布相对均匀。浮游动物种类多样性指数有明显的季节变化,其动态变化与浮游动物种数和丰度的变化一致。微型浮游动物对浮游植物存在摄食压力,且摄食率有季节变化,摄食率的变化在0.15~0.48d-1。     

臂尾轮虫的种间竞争研究进展

轮虫(特别是臂尾轮虫)是浮游动物群落的重要组成部分和优势类群,它们之间的种间竞争是调节水生态系统结构和功能的主要动力之一。影响臂尾轮虫种间竞争结局的因素主要包括食物资源的种类和数量、竞争轮虫的相对个体大小、起始密度及晶囊轮虫等捕食者对其选择性捕食等生物因子,以及温度、竞争轮虫释放的化感物质及水环境污染物等非生物因子。已有的相关研究大多只涉及单一或两种因子对两种臂尾轮虫的种间竞争的影响,而关于多因子对多种臂尾轮虫种间竞争的研究还很不足。可通过模拟自然水体中的多因子及其随季节变化的波动开展不同臂尾轮虫种间竞争的实验室研究,并结合野外研究,可为臂尾轮虫乃至浮游动物的种间竞争结局和机理研究提供更多的基础资料。     

宏生态学(Macroecology)及其研究

宏生态学是生态学与其他宏观学科不断交叉和融合后的产物。它以个体、种群和物种的生态特征在大时空尺度上的格局和变化规律为主要研究内容,它比其他生态学更强调归纳和推论,也更依赖数据的积累。近年来,宏生态学在对物种一面积关系进行探讨的基础上,对生物类群间的物种数量的协同变化以及物种和高级分类单元间的关系等进行了新的研究;宏生态学试图将有机论和个体论结合来探讨和总结群落结构中的物种组成规律;并对物种多度和分布格局间的关系从生态位和异质种群角度进行新的解释;个体大小频次分布规律是宏生态学一重要内容,对其深入研究和探讨已与物种多度、能量、分布面积、历史起源等多方面特征相结合,并得到一些普遍性规律;最后,宏生态学还探讨物种在地理区域上的普遍性的分布模式,并对其假说进行检验和探讨。宏生态学在中国还处于刚起步阶段,但中国具有资源的优势,并具有一定的数据积累,将在宏生态学研究中发挥越来越重要的作用。     

稳定同位素技术在土壤跳虫研究上的应用

稳定同位素技术的发展和应用是20世纪90年代生态学研究方法最重要的进步之一.许多生态学过程都伴随着同位素比率的变化,根据这些变化可以追踪生态系统的物质循环和能量流动.近年来,许多学者把稳定同位素技术引入到土壤生态学,主要用于研究土壤碳循环和土壤生物之间的营养关系,在很大程度上提升了对地下生态系统的理解.跳虫作为土壤动物群落的重要组分,它的食性和营养位置一直存在着许多不确定性.稳定同位素技术的应用,为确定跳虫的食物来源、营养位置和营养关系提供了一个强大的工具.本文综述了稳定同位素技术在跳虫食性和营养级研究上的应用,并指出了不足之处以及今后的发展方向.