基于景观遗传学方法解析千岛湖片段化栖息地中花臭蛙遗传格局的形成机制

The habitat fragmentation caused by human activities was considered as the one of the reasons for biodiversity loss in nature. As the bridge from aquatic to terrestrial in vertebrate, amphibians has the highest extinction rate, and habitat with fragmented land matrix played a key role in extinction. However, the mechanism and process are still unknown about the effects of fragmentation by matrix of fresh water on amphibian genetic patterns. In this research, we will discuss the effects of habitat fragmentation by fresh water on genetic patterns of Chinese piebald odorous frog (Odorrana schmackeri) from two aspects based on landscape genetics approach in Thousand Island Lake. First, we will disentangle the effects of historic vs. contemporary landscape structure on population genetic patterns. Second, we will study the maintenance mechanism of gene flow of frogs between habitat patches. This project will expanding the theories of landscape genetics and habitat fragmentation, biogeography. It also supporting scientific knowledge for ecological assessing after dam construction and conservation and management of the amphibian population in fragmented habitat.

由于人类活动而导致的栖息地片段化被认为是引起自然界生物多样性衰退的主要原因之一。作为脊椎动物从水生过渡到陆生的重要类群，两栖动物各类群目前正面临着在脊椎动物中最高的灭绝速率，而其中以陆地为基质的栖息地片段化扮演了非常重要的角色。然而作为片段化栖息地的另一种典型类型，以淡水为基质的栖息地片段化对两栖动物遗传格局的影响过程和作用机制尚不清楚。为此，本项目拟以千岛湖人工湖泊陆桥岛屿为研究平台，基于景观遗传学方法，通过对千岛湖景观格局的变化与花臭蛙(Odorrana schmackeri)遗传格局关系以及千岛湖片段化栖息地中花臭蛙基因流维持机制的研究，阐明千岛湖片段化栖息地花臭蛙遗传格局的形成机制，从理论上丰富和发展景观遗传学、栖息地片段化和生物岛屿地理学等相关学科知识，同时为今后该类项目的生态影响评估和人工湖泊陆桥岛屿两栖动物物种的保护和管理提供科学的依据。

栖息地片段化是导致全球生物多样性下降的重要原因之一。目前，关于栖息地片段化的研究多集中于以陆地为基质的生态系统类型，而作为片段化栖息地的另一种重要类型，以淡水为基质的栖息地片段化对生物多样性的影响研究相对不足。两栖动物作为脊椎动物从水生过渡到陆生的重要类群，其种群数量近年来在全球范围内不断下降。已有研究发现在陆地基质片段化栖息地中，两栖动物由于物种自身较弱的运动能力和种群间地理隔离的增加，种群多呈现遗传多样性下降的趋势。然而以淡水为基质的片段化栖息地，对于以水和陆地两栖生活的动物的遗传格局有着怎样的影响过程和作用机制尚不清楚。因此，本项目以花臭蛙（Odorrana schmackeri）为代表物种，以千岛湖片段化栖息地及其毗连大陆为研究地，通过比较不同空间尺度（千岛湖片段化栖息地与邻近连续栖息地）和不同时间尺度（千岛湖片段化栖息地当前与历史）花臭蛙遗传多样性、遗传结构和基因流等的差异，以期揭示以水为基质的片段化栖息地对两栖动物遗传格局形成机制的影响；同时通过景观遗传学方法探究千岛湖栖息地景观特征的变化对花臭蛙遗传多样性和基因流等的影响。研究结果发现：千岛湖岛屿种群的遗传多样性要高于大陆种群的遗传多样性，岛屿种群的遗传分化要小于大陆种群的遗传分化，岛屿种群的近交系数要高于大陆种群的近交系数，且岛屿种群在历史上经历过瓶颈效应；其次，岛屿种群与大陆种群间形成了明显的遗传差异，且岛屿种群与大陆种群各自内部的基因流水平均较低；此外，千岛湖片段化栖息地中的景观特征（如：岛屿面积、岛屿间距离等）对遗传多样性和遗传距离的形成并没有显著的影响。本研究结果是以水为基质的栖息地片段化对两栖动物遗传格局影响的典型例子，该结果可用于大坝建设前的环境影响评估和保护生物学学科的理论和应用发展。