基于底栖动物的海河流域河流生态健康评价及9种田螺系统发育研究

发布时间：2020-05-20 00:20

【摘要】：健康的河流生态系统是生态环境的重要组成部分,也是人类社会存在和发展的基础条件之一。海河流域与我国华北地区主要的工农业生产区域和京津城市群几乎重合,生产生活用水需求巨大和水资源有限的矛盾十分突出,海河流域的河流健康状况值得关注。本研究于2013年5月至11月,分夏秋两季对海河流域的底栖动物现状进行了全面调查,并根据群落结构特征对该流域底栖动物的耐污值、河流健康现状进行了研究,同时研究了9种田螺的系统进化和基于比较转录组学的5种田螺适应性进化。主要结果如下:夏秋两季设置408个样点,其中有效样点230个。共采集并鉴定出海河流域9个水系底栖动物323种,隶属于5门8纲76科178属。其中节肢动物59科164属254种,环节动物共6科18属40种,软体动物共9科13属27种,其他动物两种。全流域夏季采集并鉴定底栖动物种类263种,秋季采集并鉴定底栖动物236种。夏季9个水系中,子牙河水系底栖动物种类最多(102种),徒骇马颊河(67种)和黑龙港运东水系(68种)较少。秋季滦河水系底栖动物种类最多(111种),徒骇马颊河最少(53种),大清河的底栖动物种类比夏季减少了35%。海河流域功能摄食类群中,优势类群是直接收集者,种类最少的是撕食者,大清河和海河天津干流的季节差异最明显。整个海河流域生活型中,夏季和秋季种类最多的都是穴居者,种类数最少的是游泳者。海河流域底栖动物耐污值研究共获得53个底栖动物类群的耐污值,其中夏季36种,秋季35种。耐污值小于2的敏感种和大于8的耐污种相对较少,位于低分段的无齿蚌属、细蜉属、蜉蝣属、扁螺属、扇囂属和m虾属均可作为清洁水体的指示种,位于高分段的萝卜螺属、圆扁螺属、医蛭属、环足摇蚊属、枝角摇蚊属等分类单元可作为较重污染的水体指示种,而颤蚓属、摇蚊属、水丝蚓属、雕翅摇蚊属等类群分值最高,可作为重度污染水体的指示种。采用底栖动物完整性指数(B-IBI)对海河流域河流健康进行了评价。根据230个采样点的夏季底栖动物完整性评价结果,海河流域达到极好和健康的样点共68个,剩余162个样点的健康状况均未达到健康等级。其中山区河流样点67个,74.6%的样点处于健康以下状况,平原地区河流样点163个,68.8%的样点处于健康以下。海河平原地区河流健康状况稍好于山区,但是流域内河流的整体健康状况不佳。底栖动物调查结果表明,在海河流域大型底栖动物中的软体动物类群中,多种田螺科的种类分布非常广泛。田螺在河流生态生态健康中扮演着重要的角色,但是人们对田螺系统发育研究较少,同时研究结果也存在较大分歧,因此作者对海河流域等区域的田螺科相关种类的系统发育关系和适应性进化进行了研究。线粒体基因组是研究物种分子系统发育关系的重要手段之一。本研究对东北田螺、中国圆田螺、乌苏里圆田螺、滇池圆田螺、螺蛳、牟氏螺蛳、铜锈环棱螺、梨形环棱螺和方形环棱螺等9种中国土著田螺的线粒体全基因组进行了测序,并与现有报道的新进腹足总目种类的线粒体基因组进行了比较。田螺科的线粒体基因组在新进腹足总目中最长(16392到18544bp),碱基AT的百分比最高(平均72.5%),而且与新进腹足总目的大多数种类相比,田螺科某些种类具有独特的基因顺序(MYCWQGE等7种t RNA的重排)。根据已有研究报道,除了蛇螺科和蟹守螺超科具有特殊基因排布顺序外,其余大多数新进腹足总目的线粒体基因排布顺序相对保守,极少变异。根据48个(46种)新进腹足总目的线粒体基因组(13个蛋白编码基因和37个基因两种数据集),使用最大似然法和贝叶斯法重建了本总目上述种类的系统发育关系,得到了相应大拓扑结构系统树。系统发育树内的田螺科可分为三个类群:a)螺蛳属和圆田螺属(乌苏里圆田螺除外),b)环棱螺属和乌苏里圆田螺,c)东北田螺。本研究结果表明,某些圆田螺属的种类(滇池圆田螺和中华圆田螺)似乎应该重新划分到螺蛳属,乌苏里圆田螺似乎应该被重新划分到其他属(可能是环棱螺属,甚至成为一个新属)。新进腹足总目的高级分类阶元(科级以上)中仍存在并系关系。本研究选取铜锈环棱螺、中国圆田螺、乌苏里圆田螺、东北田螺和螺蛳为研究对象,采用Illumina Hi Seq平台对上述物种进行转录组测序,获得了上述5个物种57254802~68596882的测序原始读长。过滤去除低质量读长后,采用Trinity拼接过滤后的纯净读长,形成转录本,取每条基因中最长的转录本作为Unigene,每个物种得到了108101~155758条Unigene。采用Nr,Nt,Pfam,KOG/COG,Swiss-prot,KEGG和GO等7种数据库对Unigene进行注释。注释成功率最高的是GO数据库,最低的是NT数据库。5种螺类Unigene注释成功率最高的是乌苏里圆田螺,为27.48%,注释成功率最低的是铜锈环棱螺,为23.11%。采用Ortho MCL算法,得到5种田螺科螺类的直系同源基因。基于直系同源基因的系统发育拓扑结构显示,乌苏里圆田螺与铜锈环棱螺聚为一支,中国圆田螺与螺蛳聚为一支,东北田螺单独为一支。这5个种类的转录组系统发育关系与线粒体系统发育分析结果一致。采用分支位点模型,分别筛选出螺蛳和东北田螺的正向选择基因各5个和18个。螺蛳的正向选择基因中,OSBP1、Syt7、RAB37和Rock2等4个基因与Ca~2+的代谢调控或Ca~2+依赖型功能蛋白相关,TP53I11基因与抗紫外线辐射和DNA修复有关。东北田螺的18个正向选择基因中,Rock2、ATP7A、Eif2ak3、PARP14、EIF2D、BDH1和Kyat3等7个基因与能量代谢相关,另有TTPAL基因与抗低温脂质过氧化相关。
【图文】：

华中农业大学 2017 届博士研究生学位论文料和方法研究范围和样点设置研究包括组成海河流域的海河和滦河两大主要水系内所有二级河流及级支流。其中滦河水系位于海河流域东北部，由滦河和冀东沿海诸河系位于滦河水系西南部，由北三河、永定河、大清河、子牙河、漳卫南颊河、黑龙港运东和海河天津段干流水系组成（图 1-1）。

基于底栖动物的海河流域河流生态健康评价及 9 种田螺系统发育研究系则适当新增样点。d.样点涵盖不同级数的河流，干流和其重要布设于分叉节点附近，便于就近调查采样。e.在城镇和明确排污别布点，以研究水质变化。f.特点均一的河段减少样点数。上述原则，，本研究原规划设置了 408 个采样点，排除河道干涸、严重无底栖动物检出的样点后，实际获得有效底栖动物样点 230 分布最北端为内蒙古自治区锡林郭勒盟多伦县上都河奶厂外（滦点为河南省新乡市卫辉市西口外村（漳卫河水系），最西端样点为场进水口（永定河水系），最东端为河北秦皇岛市小陈庄（滦河别为 2013 年夏季（5 月～8 月）和秋季（9 月～11 月）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X826;Q958.8


本文编号：2671710