水利工程阻隔影响下的河道洄游性鱼类景观遗传研究-以圆口铜鱼为例

The endemic fishes have the survival strategy compatible with the local water environmental characteristics in the long evolution process. Hydraulic engineering constructions lead to the segmentation of river's continuity and integrity, and the landscape environmental changes of fish habitat,and then influence or even change the species' future evolution direction. Landscape genetics that integrates high resolution landscape data and molecular genetic data provides a way for our understanding of the species' micro-evolution for ecological adaptation. This study presents a case of the river migratory lareemouth bronze gudgeon (Coreius guichenoti Sauvage et Dabry) which live in the upper reaches of the Yangtze River. We incorporate landscape variables ((obtained from field investigation, published data, map data , geographic information system (GIS) data)) with the microsatellite and mitochondrial data that reflect the different history, to analyze the spatial genetic structure and current gene flow, examine the environmental characteristics related to spatial genetic variation, identify the specific barriers or landscape variables on gene flow, compare the observed genetic structure patterns between the contemporary and historic landscapes, and explore the mechanism to the micro-evolution of the natural population affected by anthropogenic landscape changes (e.g. Hydraulic engineering barrier) . The result of this study is expected to provide a theoretical basis or reference for their related resource protection or the other river migratory, river-lake migratory and river-sea migratory fishes.

特有鱼类在长期进化过程中形成了与当地水域环境特征相适应的生存策略。水利工程建设导致河流的连续性和完整性受到分割和削弱，鱼类栖息地景观环境发生变化，从而影响甚至改变物种未来进化方向。景观遗传学通过整合高分辨度的景观环境变量和大宗分子遗传学数据，为我们了解环境变化下物种生态适应的微进化提供了途径。本研究以长江上游特有的河道洄游性鱼类圆口铜鱼为例，应用微卫星和线粒体两套反应不同历史印迹的遗传数据，结合实地考察、文献调研、地图和GIS系统获得的景观变量，分析圆口铜鱼遗传变异的空间分布和现时基因流，探寻与空间遗传变异相对应的环境特征，辨识基因流中的障碍，比较现时和历史景观影响下的遗传结构模式, 探讨水利工程阻隔带来的人为景观变化对天然种群微进化的影响机制。本研究成果预期可为开展圆口铜鱼种质资源保护或其他河道洄游型、河湖洄游型或河海洄游型鱼类的遗传进化研究提供理论依据或借鉴。

本研究以圆口铜鱼为研究材料，以金沙江中游云南石鼓至四川攀枝花江段为典型研究区域，利用物理栖息地景观调查和遗传学分析等方法，了解圆口铜鱼遗传变异的空间分布;分析金沙江梯级电站开发对典型区域圆口铜鱼资源量变化的影响程度。其主要研究结果如下：.（1）2012-2014年间，金沙江中下游水电站建设相继截流或蓄水。主要通过蓄水倒灌淹没原有产卵场以及迫使原有产卵场上移；金沙江中游原有金安桥、涛源、皮拉海和灰拉古产卵场逐渐变为铁锁、湾碧和温泉产卵场，分布长度从2012年的80 km锐减为2014年的34 km，长度减少了43%。2015、2016年连续两年在阿海电站至观音岩电站之间江段未监测到产卵，铁索、湾碧和温泉产卵场消失。.（2）2012年研究区域内的金安桥、涛源、皮拉海和灰拉古4个产卵场的产卵规模分别是25.33、90.17、21.17和113.73×104粒； 2013年电站蓄水后变化为铁锁、湾碧和温泉产卵场，其产卵规模分别为23.74、16.83和121.93×104粒；2014年其产卵规模分别为136.5、85.9和90.4×104粒。2015年和2016年在这三个地方未监测到产卵。.（3）景观因子的比较研究表明：圆口铜鱼倾向于在具有沙砾和大型岩石底质、断面平均水流较急、河流流态较为复杂（多漩涡或上升流）、较低的水温（18-23℃）、洪水时较低的流量（小于5000 m3/s）的自然流水江段产卵。.(4) 圆口铜鱼产卵场断面与非产卵场断面的底质类型、河流流态景观特征在统计学上存在极其显著的差异（p<0.01）。.（5）分子变异分析（AMOVA）结果表明：微卫星揭示圆口铜鱼96.73%的变异来自个体内部，只有3.27%的遗传变异来自群体之间；线粒体揭示圆口铜鱼的遗传变异也主要来源于个体之间，占总遗传变异的96.9%。地理种群（采样点）之间的遗传差异仅为3.1%。这表明在线粒体DNA水平上，圆口铜鱼没有表现出种群分化的特征。.（6）从本项目的研究结果来看，我们可以初步预测当整个金沙江中游完全开发后，现分布在金沙江中游的圆口铜鱼产卵场很可能全部消失，其物种的维持将很可能完成依赖于圆口铜鱼人工繁殖技术的突破。