中华哲水蚤种群遗传学研究

摘要

中华哲水蚤(Calanussinicus)是西北太平洋陆架区的特征种，也是我国近海重要浮游桡足类之一。其在中国近海生态系统中的作用与地位与大西洋中的飞马哲水蚤(C.finmarchicus)相当。基于中华哲水蚤在海洋生态系统物流和能流中的重要地位，故被称为海洋浮游动物的“关键种”。半个世纪以来，在中华哲水蚤生物学、生态学等研究领域已积累了丰富的资料。但是，作为我国近海浮游动物的关键种，对中华哲水蚤的种群发生、增长及其补充过程和机制、生活史策略、生态对策等重大生物学和生态学问题我们仍知之甚少，许多问题诸如种群地理分化、渡夏机制等仍然悬而未决。研究中华哲水蚤的种群遗传学，是海洋生态系统动力学研究的一个重要组成部分，对于探索生态系统物质的输入和输出以及系统内部能量的运转机制具有重要意义，也是合理利用生物资源和资源保护的重要基础研究，也是研究全球环境变化对海洋生产力和产量影响的重要内容。 本文在中华哲水蚤线粒体COI基因片段序列的基础上，分析了中华哲水蚤的遗传多样性，遗传结构和特点，基因流模式；探讨不同地理种群(渤海，黄海，东海，台湾海峡和粤东沿岸)之间遗传差异以及在不同环境条件下种群分化的遗传学证据，探讨其生态策略等生态适应和生态进化等问题，为中华哲水蚤的种群补充、种群动力学研究以及地理分化提供科学依据。主要结果如下： 1.2002年5月份在青岛胶州湾海域采获的中华哲水蚤的mtCOI基因片段长度为709bp(与登录国际基因库，索引号AY665663)，其碱基组成A、C、G、T含量分别为24.26％、19.18％、22.43％和34.13％；C+G含量为41.61％，A+T为58.39％。与国际基因库登录(索引号AF332769)的中华哲水蚤(日本内海)mtCOI(633bp)比较，差异仅有3个位点，两者一致性(identity)达99.53％。 2.2002年8月和9月在黄海中部和南部海区的14只雌性成体的mtCOI序列(709bp)中，共发现有5个变异位点，分别位于第212、334、365、368和425位点上，变异类型均为转换(transition)类型(C()T，A()G)。发现了5种单倍型；核苷酸多样性(πorPi)和单倍型多样性(h)分别为0.0023和0.769；遗传距离小于0.0025。本研究并未发现不同单倍型(基因型)的中华哲水蚤在黄海中、南部的分布有何规律性，更准确地说，中华哲水蚤的各种单倍型在黄海中、南部海区呈现一种随机的分布状况。 3.2003年4月至2004年6月在浙闽沿岸流区5个地点(嵊泗，玉环，厦门，东山和深圳)采集的25只中华哲水蚤共发现有20个变异位点，15种单倍型。核酸多样性(πorPi)和单倍型多样性(h)分别为0.0036和0.913；平均遗传距离为0.0036；浙闽沿岸流区中华哲水蚤群体之间基因流值为：Fst=0.00048；Nm=1.56。嵊泗、玉环、厦门、东山和深圳的中华哲水蚤地方群体之间未发现有种群分化。 4.在我国沿海各海区中华哲水蚤(2004年5月，渤海5个；黄海14个，东海沿岸20个；粤东沿岸5个)中发现其mtCOI序列有24个变异位点，核酸多样性(Pi)0.00313；19种单倍型，其多样性(h)0.8742，其中第3和第6类型的单倍型发生频率最高，几乎占总受测个体的50％。对核酸多样性和单倍型多样性分析和计算结果表明，中国各海域中华哲水蚤基因流分别为Fst=0.01913；Nm=12.82和Gst=0.03342；Nm=7.23；卡方检验(Chi-squaretest)和PM(permutationtest)检验表明我国各海域中华哲水蚤没有出现种群分化(P值＞0.05)现象。 根据本研究结果推论，中华哲水蚤的遗传多样性相对较为贫乏，物种内缺乏生态进化的物质基础，这使得这种桡足类只能被动适应环境；当环境发生剧烈变动超出了这种桡足类的生存的适宜范围，个体将死亡，种群将消失。中华哲水蚤高基因流的遗传特性使得这种桡足类各地理群体之间缺乏基因隔离或者繁殖隔离的内秉因素，进而也不可能出现种群分化。等位酶谱多态分析表明，中华哲水蚤的同工酶多样性相对较高，表明中华哲水蚤有一定的生态适应潜能，中华哲水蚤能够在扩布的海区里一定程度地适应当地环境条件；中国复杂的环流系统是驱动中华哲水蚤扩大分布的关键因素；而环境条件，尤其是水温，是中华哲水蚤的生存、生长、繁殖以及种群行为变化如昼夜垂直移动改变等的重要影响因素。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

第一节海洋浮游桡足类种群遗传学研究意义

第二节桡足类种群遗传学研究简史

第三节桡足类种群遗传学研究方法简介

第四节中华哲水蚤研究历史及开展本研究意义

第五节研究目标，研究内容以及拟解决的科学问题

第二章材料与方法

第一节材料

第二节测定方法

第三节技术路线

第四节主要仪器及质控标准

附录 福马林溶液固定的中华哲水蚤基因组提取与PCR扩增

第三章青岛海域中华哲水蚤mtCOI基因片段序列

第一节标本采集与处理

第二节中华哲水蚤mtCOI基因片段序列

第三节讨论

第四章中华哲水蚤种群遗传结构

第一节夏季黄海冷水团中华哲水蚤种群遗传结构

第二节浙闽沿岸流区中华哲水蚤种群遗传结构

第三节中国沿海中华哲水蚤种群遗传结构、遗传分化与基因流

第四节讨论

参考文献

本文创色与创新、不足之处与展望

入学以来参加的科研课题和已发表的论文

致谢