淡水刚毛藻科的分类及系统学研究

Cladophoraceae is a green algal family belong to Ulvophyceae, thalli are branched or unbranched filaments, multinucleated siphon. They widely distributed in various types of freshwater, salt water, ocean, and even subaerial substratum. The classification and identification of Cladophoraceae are more difficult because of the ecological variation and nomenclature problems. The traditional taxonomy is hard to resolve the problems since the impossibility of pure culture indoor and variation of morphological features in the field. In recent years, the phylogeny based on molecular data is still not fully resolve the taxonomic confusion of Cladophoraceae because of material limitation, since the species more than 90% belong to the family have not be sequenced yet, and the representativeness of their results is doubtful. This project will have a comprehensive collection of Cladophoraceae from various habitats in inland water bodies in China; we will revise the taxonomy and phylogeny of freshwater Cladophoraceae based on classical morphological methods and multi-gene fragment single-cell PCR technique from field material; and define the family characteristics of Cladophoraceae and discuss the phylogeny between their genera. We will study the ecological ranges of the common plastic species of freshwater Cladophoraceae. As a result, we will know exactly the inland flora of Cladophoraceae from Chinese; the origin and evolution of freshwater Cladophoraceae, and also the phylogeny relationships between the freshwater and marine species.

刚毛藻科属绿藻门石莼纲，植物体为分枝或不分枝丝状体，细胞多核管状。广泛分布于各种类型的淡水、咸水、海水水体，甚至亚气生。刚毛藻类的分类鉴定比较困难，主要是因为此科藻类的生态变异大和难以纯培养，且分类学遗留的问题很多，通过经典形态学来解决其分类学问题遇到了困难。近年来基于分子数据的系统学研究受限于实验材料的局限性，仍然没有完全解决刚毛藻科的分类学困惑，即90%的种类没有分子数据；通过这些零散数据得出的结论，其代表性值得怀疑。本项目将对各种生境的刚毛藻科种类进行全面采集，了解我国内陆水体刚毛藻科的区系特点；通过基于野外材料的单细胞PCR技术，综合经典形态学和多基因片段的分子数据的系统学研究，对淡水刚毛藻科进行系统的分类学整理，确定刚毛藻科应包含的范围和属间系统关系。对于一些形态学多变的常见种类，界定其生态变异范围；探讨淡水刚毛藻科与海产种类的关系及淡水刚毛藻类的起源和演化。

刚毛藻目是一类由单列细胞组成的分枝或不分枝的丝状藻类，广泛分布于淡水、咸水和海水环境，是水生态系统中重要的初级生产者。刚毛藻目位于绿藻门石莼纲，和橘色藻目、羽藻目和绒枝藻目有较近的亲缘关系。该目下有两个科：刚毛藻科和黑孢藻科。.为了详细的了解我国淡水刚毛藻目的资源多样性和系统进化关系，我们在2011-2015年间，分别对中国东北、西南、中部、南部地区进行了样品采集。经整理，确认我国淡水刚毛藻目种类6属21种。刚毛藻科有2属（刚毛藻属和根枝藻属）14种，包括5个新种和2个新记录种；黑孢藻科有4属7种，包括1个新种和3个新纪录种。同时，也对所采集的样品进行了详细的形态学描述，制作了样品干标本，并拍摄了光学和电子显微照片，为我国淡水刚毛藻类的分类鉴定提供参考资料。.基于从环境样品中提取的基因组DNA，本研究获得了刚毛藻目藻类的18S rDNA、28S rDNA和ITS序列，共计约430条序列。三种分子标记所构建的系统进化树的拓扑结构基本一致，显示刚毛藻目分为两大主支、六小分支。系统发育分析的结果与基于形态学对刚毛藻藻目的分析在属以上水平保持一致，但在属以下水平上存在一些分歧。刚毛藻属等淡水刚毛藻类多处于系统进化树的顶部，而一些海水和咸水种类则处于树的基部。黑孢藻科的分析结果相似，这显示刚毛藻目的淡水种类属于进化中比较高级的类群。此外结果也显示刚毛藻属种类的基因序列和地理分布并无直接关联。.对淡水刚毛藻类的ITS2二级结构进行了分析和预测。淡水刚毛藻的二级结构模型由一个核心core环和3个螺旋helices（Helix I–III）组成。其中，Helix II结构最保守，Helix III-2区域最可变。结果显示刚毛藻的ITS2的二级结构可以有效的用于种及种以下水平的分类鉴定。