基于形态和分子证据的硅藻纲肘杆藻属分类研究

Ulnaria is an araphid, pennate freshwater diatom genus. Some of its species are important environmental indicators. A systematic study of the classification of Ulnaria is in urgent need because both the establishment of this genus has gone through a convoluted and historic process, and its type species has not been studied in detail yet. Diatom diversity is relatively abundant in the Wuling Mountains Area. In particular, the genus Ulnaria has high species diversity with many individuals that provide precious material for the study of its classification. Since there is an urgent need to resolve the problems concerning the genus Ulnaria: how to circumscribe this genus and how to sub-group the taxa in this genus, the current project is to perform a comprehensive study of species in this genus using both morphological and molecular characters from the sample sites locating in the areas in or near the 19 national nature reserves within the Wuling Mountains Area. First, each species of Ulnaria will be identified using morphological characters, a species list will be acquired, and sub-groups, if possible, will be made. Following this, rbcL sequences from all studied taxa will be gained and a phylogenetic tree constructed from them, together with existing rbcL sequences in GenBank. Completion of this project will establish a comprehensive classification for the species in the genus Ulnaria, will explore how morphological and molecular data can be analyzed and finally acquire a comprehensive and systematic knowledge of the genus Ulnaria.

肘杆藻(Ulnaria)属于淡水无壳缝羽纹类硅藻，是重要的环境指示生物。由于该属的确立经历了复杂的历史过程，加上其模式种至今尚未得到详细的研究，亟需对该属进行系统的分类研究。武陵山片区硅藻资源十分丰富，特别是其中的肘杆藻属种类多且丰富度高，这为开展肘杆藻分类研究提供了宝贵的材料。本项目针对肘杆藻属急需解决的该属边界界定和属下如何分组的问题，拟以武陵山片区19个国家级自然保护区内及其毗邻水域为研究区域，采用形态和分子证据相结合的方法来加以探索。首先从形态学特征确定每个肘杆藻种类的身份，获得研究区域内肘杆藻属的种类名录，并进行属下分组；然后获得所研究肘杆藻种类的rbcL基因序列，加上GenBank已有的rbcL序列一起来构建分子系统树。本项目的完成可以确立肘杆藻属种类较全面的分类系统，可以探讨如何分析和协调形态资料与分子资料之间的关系，最终获得到对肘杆藻属全面和系统的科学认识。

项目背景：生物分类是人类认识自然的基础，新物种的科学描述和保存巨大地推动以生物分类为基础的众多研究领域的发展。硅藻是真核单细胞藻类中多样性最高的类群，是水域生态系统中重要的初级生产者。中国急需对其丰富多样水域生态系统中的硅藻进行高水平的分类研究。主要研究内容：肘杆藻是一类无壳缝淡水硅藻，该属定义性状为其种类具有闭合的第一环带。由于肘杆藻属一些种类的第一环带性质尚未确定，且肘杆藻新种的描述也需要确定其第一环带性质，因此，揭示肘杆藻第一环带的结构和性质是肘杆藻属分类研究关键。我们对6个肘杆藻种类的活细胞形态进行了详细研究；进一步揭示了肘杆藻的超微结构，如线纹的类型、环带体的环带配置比例等；对肘杆藻生活史中尚未揭示的阶段进行了开创性研究，体现在对该属的初始细胞和前正常期细胞的形态和超微结构的揭示；对肘杆藻的分离和培养进行了探索。另外对与肘杆藻伴生的其它有价值的硅藻种类进行了详细研究。重要结果和关键数据：发现、描述和发表了9个肘杆藻属新种，获得了另外13个肘杆藻疑似新种的描述和投稿所需要全部资料，获得了出版一本肘杆藻专著的全部数据。对肘杆藻属的定义性状提供了大量支持证据，清晰地揭示了肘杆藻属的许多超微结构，加深了对肘杆藻属形态和分布的新认识。获得了大量其它硅藻种类的分类学数据，其中发表和描述了非肘杆藻种类27个(新种11个，中国新记录种7个，已知种9个)。共计发表论文20篇，其中SCI收录12篇、中文核心期刊论文7篇、非核心期刊论文1篇。培养和正在培养4名硕士研究生。科学意义：本项目的研究结果确立了中国是肘杆属的世界生物多样性中心之一，特别体现在具有丰富的双列线纹肘杆藻种类。非肘杆藻新种的不断发现，表明中国的硅藻多样性和分类研究的广度和深度还有极大的拓展空间。本项目发表和尚未发表的硅藻分类学资料为硅藻形态学、分类学和生物地理学增添了新内容，为世界生物多样作出了新贡献。