盐城自然保护区越冬丹顶鹤食性动态及其肠道菌群适应性机制研究

Food resource is an important ecological factor to determine the survival of wild red-crowned cranes. The change of the overwintering habitat can lead the difference in the spatial and temporal distributions of macrozoobenthos, and thus may reshape the winter food of the red-crowned cranes. Up to now the specific food of the overwintering cranes is not well understood, so it is impossible to reveal the adaptability of the species to habitat and food changes. Here, we intend to investigate the dynamics in food and gut microbiota of the overwintering cranes in Yancheng Nature Reserve. First, we will filter the optimum DNA barcodes and use to build the gene pool of potential food resource of red-crowned cranes in Yancheng Nature Reserve. Then, we will adopt metabarcoding and microscopy methods to analyze the faecal samples at different overwintering stages in different habitats for revealing the food composition and its dynamics of overwintering cranes. After that, we will use the 16S rRNA high-throughout sequencing to study the structure difference of the gut microbiota shaped by different food items for the red-crowned cranes. Finally, we will reveal the adaptability of red-crowned cranes to the changes of food items by analyzing the functions of gut microbiota. This project can have a positive significance for understanding the adaptation and effective management of the overwintering red-crowned cranes.

食物资源是决定野生丹顶鹤生存的重要生态因子。丹顶鹤越冬地生境的改变可导致大型底栖动物分布的时空差异，进而可能重塑越冬丹顶鹤的食性。目前，越冬丹顶鹤的具体食性仍不明确，因此更无法阐明该物种对生境及食性变化的适应性，不利于丹顶鹤的长期保护。本项目拟对江苏盐城国家级珍禽自然保护区越冬丹顶鹤食性及其肠道菌群结构动态展开研究。首先，筛选适宜的DNA条形码，构建盐城自然保护区越冬丹顶鹤潜在动植物食物资源信息库。然后，利用宏条形码技术及显微镜镜检等手段对不同越冬阶段采集的粪便样品进行比较分析，揭示丹顶鹤食物组成及相对丰度的时空差异。之后，应用16S rRNA高通量测序技术，研究越冬丹顶鹤肠道菌群结构，并比较分析肠道菌群结构的动态变化，揭示其食性变化对肠道菌群结构的影响。最后，通过分析肠道菌群的功能，揭示丹顶鹤对食性变化的适应性机制。本项目研究结果对于理解丹顶鹤越冬适应性和开展越冬种群的管理具有积极意义。

食物资源直接影响野生丹顶鹤的生存，而目前丹顶鹤的越冬食性仍不明确，较难对其食物资源进行针对性管理。肠道微生物及其代谢产物不仅能够影响宿主的健康以及生理状况，更在宿主与食物因子之间建起重要的桥梁，目前关于丹顶鹤肠道菌群响应食性变化的研究仍不多见。鉴于此，本项目采用宏条形码技术对盐城自然保护区越冬丹顶鹤食性动态展开研究；并在人为控制条件下，对圈养幼年丹顶鹤的肠道菌群形成与食物变化间的潜在关系展开研究。以COI和rbcL为条形码，对整个越冬季（11月、12月及次年1月）采集的45份丹顶鹤粪便进行扩增和高通量测序，研究其食性组成及动态。结果表明，丹顶鹤的动物性食物主要包括带鱼、鳀鱼、方形环棱螺、黄鳝、通俗环毛蚓、夜蛾、丽蝇、蚂蚱、虻等动物资源，植物性食物则主要包括荻、玉米、空心莲子草等植物资源。每月的食物组成具有一定随机性，一些食物资源会随机地出现在不同越冬月份的食谱中，但每个月内的食物组成较月间的差异小。根据动植物食物资源的分布，可推测丹顶鹤在保护区内外的活动地点包括沿海泥滩、淡水浅沟、农地、草丛及人工投食点等多种生境类型，这些觅食场所均需要严格管理保护。以16s rRNA为条形码，对不同喂食阶段、饲养环境及发育阶段下采集的24份圈养幼年丹顶鹤粪便进行测序分析。结果发现，幼年丹顶鹤肠道菌群以厚壁菌门、变形菌门、梭杆菌门等菌类为主。食物和环境同时改变，会造成幼年丹顶鹤的肠道菌群丰度和菌群组成发生明显变化。随着丹顶鹤生长发育，其肠道菌群会逐渐稳定，并与成年丹顶鹤肠道菌群结构更为接近。圈养幼年丹顶鹤肠道菌群的形成受食物、环境以及宿主成长发育等多种因素共同影响和作用。此外，初生丹顶鹤的肠道菌群稳定性极为脆弱，需严格把控其开食饲料的质量。本项目的研究结果可为野生和圈养丹顶鹤的保护与管理提供理论依据，有助于该濒危物种的种群复壮。