基于分类多样性参数探讨微型真核浮游生物群落多样性对海洋近岸水体环境变化的响应

Marine microbial plankton are the most abundant biological entities in marine ecosystems and play a crucial role in the functioning of microbial food web. In order to understand the response of microbial plankton diversity to environmental variations, we plan to study the community structure characteristics, genetic diversity, and distribution dynamics of the microbial eukaryotes by the high throughput sequencing and multivariate analyses in coastal waters of Yellow Sea which is particular stressed area and presents a unique marine ecosystem. Via analyzing the tempo-spatial variation patterns in genetic diversity and taxonomic diversity indices of microbial eukaryote community, we therefore expect to determine the forcing environmental factors which affect biodiversity most. It is the first time to combine community ecology, high throughput sequencing, and taxonomic diversity indices together to study marine microbial plankton diversity and their response to environmental changes. And, the results of this study will help us to understand the characteristics of microbial ecology and provide the foundational data for future ecological and environmental studies.

海洋微型真核浮游生物因其在微食物网内的重要功能而成为海洋、生态、环境等领域重要的研究对象。迄今的工作表明，人们对微型真核浮游生物群落多样性对水体环境状况的响应了解仍很粗浅。为此，本课题选择黄海近岸海域，围绕微型真核浮游生物群落多样性的时空分布特征，借助高通量测序手段和多元分析手段探讨其分类多样性参数分布变化规律，及对水体环境状态变化的响应机制，特别是确定主要的环境影响因素。本工作将微型真核浮游生物对不同季节、营养盐梯度等因素带来的环境差异的响应作为研究重点，填补此类研究的空白。本工作首次将群落生态、分子测序技术与分类多样性参数整合并据此探讨海洋微型生物对海洋近岸水体富营养等环境变化的响应机理，将为生物生态学、海洋环境学等研究提供重要的理论依据，为更好的理解近岸海洋环境变化对生物多样性的影响提供新的角度和基础数据。

微型浮游真核生物是海洋微型生物的重要类群，具有极高的多样性，是海洋微食物环中重要的组成部分。黄海中，该类生物的基因多样性和群落结构的了解仍然不足，特别是人类活动和海洋洋流引起的环境改变，促使微型浮游真核生物群落的时空变动规律亟待展开研究。通过搭载国家自然科学基金委黄渤海开放航次，从黄海站位获得了大量的样品。借助Illumina MiSeq测序平台对真核生物18S rDNA的V4区进行测序，获得了一大批物种基因多样性和相对丰度的数据，结合环境参数，形成了黄海微型真核生物群落基因数据集，为一系列分析和研究奠定了物质基础。通过对数据集的整理归纳，发现黄海微型真核生物分类组成、基因多样性的结果表明：黄海水域中微型真核浮游生物序列广泛分布于Alveolates, Stramenopiles, Chlorophytes, Hacrobia, Rhizaria, Opisthokonta, Apusozoa 和Amoebozoa8个超类群，与其他海域微型真核浮游生物的构成基本类似。尽管总体上的优势群落出现在Alveolates（囊泡虫类）,Stramenopiles（不等鞭毛类）和Chlorophytes（绿藻类）这三大类群，但不同的水体环境具有其自身的群落结构及多样性的差异。如在黄海中部，是否受到黄海暖流影响的背景下，微型真核浮游生物，具有特定的群落结构和优势种，并随时间改变。而在长江口及临近的黄海海域，受冲淡水等影响，群落空间分布模式与环境异质性有很好的吻合。在黄海北部开放水体和扇贝养殖区的比较研究中，发现两者群落明显不同，且养殖区的多样性更高，并且发现了大量的潜在赤潮藻类。此外，验证了多元离散参数，在基于种类组成的有无数据基础上，能够很好的与营养盐相关，具有指示水质的应用潜力。以上对黄海微型真核生物群落基因序列组成、多样性、群落结构时空分布动态及与环境关系研究取得的阶段性结果，为未来的生态研究提供了基础数据。共发表标注本项目的SCI收录论文15篇，中文核心论文1篇。