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造礁石珊瑚与共生藻互利共生是维护珊瑚礁生态系统持续存在的关键之一。这种古老的共生体系对诸如温度、光照等环境干扰极为敏感,并会导致共生体从宿主体内排出的“白化”现象。然而,共生藻具有丰富的遗传多样性和生理差异的特点,不同类型的共生藻有着独特的生理耐受性。宿主造礁石珊瑚通过调整体内的共生藻组成(从环境中获取或是对体内已有共生体进行重组),可能会改变共生功能体对环境胁迫的抗逆性,从而在一定程度上适应环境的变化。
本论文聚焦于共生藻的多样性及其与造礁石珊瑚的共生专一性和可塑性,以理解共生藻在造礁石珊瑚适应环境变化中所扮演的角色。首先,通过PCR-DGGE分析了南海区域和地方尺度下的丛生盔形珊瑚和鹿角杯形珊瑚共生藻多样性的分布格局。所有的造礁石珊瑚群体共有6种ITS2型分属于C和D系群共生藻,其中,抗逆型共生藻(D系群)出现的频率随着纬度的降低而增加,可能与SST沿纬度降低而上升有关。此外,在地方尺度(<15 km)上,抗逆型共生藻较多出现于光照和浊度更强的浅水区域。结果表明了抗逆型共生藻偏好于温度更高、浊度更强的浅水环境,而宿主造礁石珊瑚可以通过调整共生体组成以适应其栖息环境。造礁石珊瑚种内与共生藻的共生可塑性暗示了共生功能体适应环境变化的潜在机制。
接着,在三亚小东海,对丛生盔形珊瑚的共生藻组成进行了逾1年的监测,通过PCR-RFLP分析了共生藻在系群水平的组成变化。结果显示丛生盔形珊瑚可以分别或是同时与C、D系群共生藻共生。但是,在整个监测研究期间,从生盔形珊瑚共生藻的组成并不随着环境的季节变化而有显著改变。从而,进一步确证了住自然季节变化下,许多种类的造礁石珊瑚并不会在系群水平上改变其体内的共生藻群落,而是维持稳定的共生关系。
此外,分析了三亚国家级珊瑚礁自然保护区的9科20属共44种造礁石珊瑚的共生藻多样性,通过PCR-DGGE鉴定了共11种ITS2型的共生藻。大部分种类(88.6%)的造礁石珊瑚只含C系群共生藻,并以广布型C3和C1共生藻为主且较少受到共生体传递模式的影响。该区与夏威夷、大堡礁和冲绳的同种造礁石珊瑚共生藻的多样性特征相似,一定程度上表明,这些区域通过地理和海洋水文因素存在连通性,而使得它们之间的共生藻得到交换和扩散。此外,比较分析了PCR-RFLP,cp23S rDNA序列分析等方法在分析共生藻多样性时的优缺点。分析不同类型共生藻所代表的独特生态意义,取决于所选择基因区域的保守性和技术方法的不同。基于ITS rDNA,通过DGGE结合测序的方法能够快速而有效的判定共生藻类型。虽然有必要开发单拷贝的分子标记,但在目前急需依据当前的技术方法米增加我们对造礁石珊瑚及其共生藻的认识。
最后,通过免培养方法分析了西沙群岛和三亚两处典型珊瑚礁区水体的共生藻多样性。相比于ITS2,通过cp23S-HVR标记,能有效分析水体的共生藻多样性。总共获取485条共生藻序列代表40种类型的共生藻分属于A,B,C,D,F,G和H系群。分析结果表明,水体共生藻多样性丰富并具有复杂的分布特征。值得注意的是,三亚造礁石珊瑚与其邻近水体并无相同序列型的共生藻,表明造礁石珊瑚通过水体进行共生体的补充或是交换可能有限,暗示了造礁石珊瑚对共生体的选择和维持机制十分复杂。
总而言之,本论文加深了我们对造礁石珊瑚与共生藻的共生可塑性以及共生藻在珊瑚礁中重要作用的认识。共生藻在全球变化下的共生功能体响应中作为重要的方面,迫切需要加强学科交叉融合的研究。