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城市环境所在瘤棘奈氏虫地理分布及其对升温响应研究中获进展

2020-11-25 城市(shi)环境研究(jiu)所(suo)
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  原生动物是单细胞生物,对环境变化响应敏感,具有个体小、丰度高、分布广的特点,在生态和演化过程中具有重要和独特的地位。但长期以来,多数生物地理学分布以及对升温响应的研究侧重大型生物,对于单细胞生物的研究相对滞后,特别是对原生动物特有种的相关研究较匮乏。瘤棘奈氏虫(Netzelia tuberspinifera)是东亚特有种,属于有壳虫原生动物,壳体大小约100 μm。研究发现,瘤棘奈氏虫可以捕食藻类、轮虫、枝角类和桡足类等浮游生物。最近,通过对我国88个湖泊和水库中瘤棘奈氏虫种群分布的调查,发现其主要分布在低纬度、低海拔、高温度的中国南方季风区亚热带和热带水体。

  中(zhong)国科学院城市环境(jing)研究(jiu)(jiu)所水(shui)(shui)生态(tai)健康研究(jiu)(jiu)组研究(jiu)(jiu)员杨(yang)军团队从时(shi)间(jian)和(he)空间(jian)尺度(du)(du)揭示了瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)种(zhong)群密(mi)度(du)(du)和(he)形态(tai)特(te)征(zheng)(zheng)的差(cha)异(yi),重点(dian)以福(fu)建(jian)厦门汀溪(xi)水(shui)(shui)库(ku)连续(xu)四年(nian)时(shi)间(jian)序列样品和(he)中(zhong)国南方地区28座水(shui)(shui)库(ku)(14个流(liu)域)空间(jian)样品为(wei)基础,研究(jiu)(jiu)了瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)种(zhong)群时(shi)空变化(hua)规(gui)律及其影(ying)响因子(zi)(图1)。结果(guo)表明,汀溪(xi)水(shui)(shui)库(ku)瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)种(zhong)群密(mi)度(du)(du)为(wei)0-10.7 ind/L,具有显著的季(ji)(ji)节(jie)(jie)(jie)变化(hua)规(gui)律,水(shui)(shui)温(wen)(wen)和(he)食(shi)(shi)(shi)物(wu)(藻类(lei))是主(zhu)要影(ying)响因子(zi),其中(zhong)水(shui)(shui)温(wen)(wen)的影(ying)响更大;汀溪(xi)水(shui)(shui)库(ku)水(shui)(shui)温(wen)(wen)变化(hua)范围在(zai)(zai)14.3-32.1 °C之(zhi)间(jian),高于30 °C的水(shui)(shui)温(wen)(wen)更适合瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)生长繁殖,因此在(zai)(zai)夏秋季(ji)(ji)节(jie)(jie)(jie)种(zhong)群密(mi)度(du)(du)较(jiao)高,在(zai)(zai)温(wen)(wen)度(du)(du)较(jiao)低(di)冬春(chun)季(ji)(ji)水(shui)(shui)体较(jiao)难发现虫(chong)体;空间(jian)尺度(du)(du)上,28座水(shui)(shui)库(ku)的瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)种(zhong)群密(mi)度(du)(du)为(wei)0–19.2 ind/L,主(zhu)要受(shou)到(dao)地理因子(zi)限(xian)制,随经度(du)(du)、纬度(du)(du)的增加而降低(di),食(shi)(shi)(shi)物(wu)(藻类(lei))、电导率和(he)硝态(tai)氮对种(zhong)群密(mi)度(du)(du)也(ye)存在(zai)(zai)显著影(ying)响。在(zai)(zai)形态(tai)方面,壳口(kou)直径是决定瘤(liu)棘(ji)奈氏虫(chong)种(zhong)群在(zai)(zai)季(ji)(ji)节(jie)(jie)(jie)间(jian)(33.5-68.2 μm)和(he)流(liu)域间(jian)(33.5-73.6 μm)形态(tai)差(cha)异(yi)的主(zhu)要特(te)征(zheng)(zheng);食(shi)(shi)(shi)物(wu)(藻类(lei))可能是影(ying)响汀溪(xi)水(shui)(shui)库(ku)不(bu)同季(ji)(ji)节(jie)(jie)(jie)壳口(kou)直径差(cha)异(yi)的主(zhu)要因子(zi),而不(bu)同流(liu)域间(jian)种(zhong)群壳口(kou)直径的差(cha)异(yi)主(zhu)要受(shou)到(dao)食(shi)(shi)(shi)物(wu)(藻类(lei))、总碳和(he)浊(zhuo)度(du)(du)等生态(tai)因子(zi)的影(ying)响。

  进(jin)一步研(yan)究(jiu)发(fa)(fa)现(xian),从(cong)1月(yue)至12月(yue),当(dang)水温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)高(gao)于25.5 °C时(shi),水库(ku)(ku)水体(ti)(ti)中才能检(jian)测(ce)到瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong);水温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)低于21.2 °C时(shi),水库(ku)(ku)水体(ti)(ti)中瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)完(wan)全消(xiao)失,冬(dong)季和(he)(he)春季较难采(cai)集到活虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)体(ti)(ti)。经过8年的(de)(de)探(tan)索和(he)(he)优化,水生(sheng)态(tai)健康研(yan)究(jiu)组(zu)取得了(le)一项发(fa)(fa)明(ming)专(zhuan)利 “一种砂壳(qiao)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)离与培(pei)养(yang)技(ji)术(shu)”,利用(yong)该技(ji)术(shu)实(shi)现(xian)了(le)瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)的(de)(de)实(shi)验(yan)室(shi)人工传(chuan)代培(pei)养(yang),解决了(le)冬(dong)春季样品缺少的(de)(de)难题。在(zai)此基础上,研(yan)究(jiu)设置4-40°C温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)梯度(du)控制培(pei)养(yang)实(shi)验(yan),发(fa)(fa)现(xian)35 °C条(tiao)件下瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)生(sheng)长繁殖最快(kuai);结合(he)3个(ge)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)条(tiao)件的(de)(de)转录(lu)组(zu)学分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析,科研(yan)人员研(yan)究(jiu)了(le)瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)对升(sheng)(sheng)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)种群(qun)和(he)(he)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)响(xiang)应(ying)机制(图2),进(jin)一步说明(ming)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)作为关(guan)键驱动因子(zi)调控瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)种群(qun)的(de)(de)地理分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布和(he)(he)季节变(bian)化。转录(lu)组(zu)数(shu)据(ju)表明(ming),当(dang)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)<25 °C时(shi),升(sheng)(sheng)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)启(qi)动并触发(fa)(fa)了(le)核糖体(ti)(ti)的(de)(de)生(sheng)物(wu)合(he)成(cheng);当(dang)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)>25 °C时(shi),升(sheng)(sheng)温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)显著(zhu)促进(jin)与细(xi)胞分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)裂、壳(qiao)体(ti)(ti)形成(cheng)和(he)(he)生(sheng)物(wu)量增(zeng)加相关(guan)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)子(zi)代谢过程(cheng)。然而(er),一旦温(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)超过40 °C,瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)将无法正(zheng)常存(cun)活。研(yan)究(jiu)推测(ce),在(zai)全球变(bian)暖持续影响(xiang)下,瘤(liu)(liu)棘(ji)奈氏(shi)(shi)虫(chong)(chong)(chong)(chong)(chong)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布可能会向高(gao)海拔或纬(wei)度(du)地区扩张。

  该(gai)研究揭示了东(dong)亚特有(you)(you)原生动(dong)物瘤(liu)棘奈氏(shi)虫(chong)种(zhong)群密度和(he)形态(tai)的时(shi)空差(cha)异性(xing)(xing),在种(zhong)群、细胞和(he)分(fen)(fen)子(zi)水平阐明了温度是(shi)影响瘤(liu)棘奈氏(shi)虫(chong)分(fen)(fen)布的关键因子(zi),加(jia)深了对有(you)(you)壳虫(chong)种(zhong)群地理(li)分(fen)(fen)布和(he)多样(yang)性(xing)(xing)的认知,为气候变化(hua)背景下水生态(tai)评(ping)价与生物多样(yang)性(xing)(xing)保护(hu)提供了基础(chu)数(shu)据。

  相关研究成果分别以“中国瘤棘奈氏虫种群密度和形态特(te)征(zheng)的(de)时空差异(yi)及其影响因(yin)子Population and molecular responses to warming in Netzelia tuberspinifera–an endemic and sensitive protist from East Asia为题。发表在《科学通报》和Science of The Total Environment上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划“全球变化及应对”重点专项、福建省自然科学基金等的资助。

  论文链(lian)接:、

图1.中(zhong)国南方季(ji)风区(qu)水(shui)库瘤棘奈氏虫密度的(de)时空分布(a,厦门汀溪水(shui)库;b,28座亚热(re)带(dai)和热(re)带(dai)水(shui)库)

图2.瘤棘奈氏(shi)虫对升(sheng)温的响应

打印 责(ze)任(ren)编辑:阎(yan)芳

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