（海洋生物学专业论文）中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系.pdf

1 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 缩略词 ii65删5肌mmmi8川1洲y 厶 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 摘要 海洋中微型真核浮游生物是构成海洋微型食物链和生物量的重要组成部分，在 海洋生态系统中占有十分重要的地位。本研究以分子生物学技术为研究方法，对南 海代表性海域微型真核浮游生物遗传多样性分布情况进行了分析与评估，利用多学 科技术创建了数据平台，对微型真核浮游生物的环境影响因素进行了讨论。 本研究在之前获得大量序列的工作基础上，为了准确定位这些在南海各不同海 域发现的a l v e o l a t e s ，s t r a m e n o p l i e s ，r a d i o l a r i a ，c e n t r o h e l i o z o a ，t e l o n e m i a 和 k a t a b l e p h a r i d o p h y t a 的未培养环境序列，分析它们在南海海域的遗传多样性分布规 律，探讨它们与和环境的关系；运用了两种算法n j 平h b a y e r s 分析它们的系统进化关 系确定它们所属的亚类群。还发现了大量南海特有的放射虫类群的环境克隆，结合 真核分类国际最新进展对这些新类群进行了重命名为：r a dv i ，r a d v i i 。放射虫 环境类群的发现对研究原生动物的起源进化有很大帮助。在该类群发现的基础上， 分析了它们与南海大陆架结构、海流以及沉积化石的关系、讨论了放射虫现代生态 学研究与古海洋学和石油形成构造理论的关系。 本研究运用地理信息系统软件平台对南海先后构建各海域文库的群落分子生态 学性结构和地理分布进行统计计算，创建了方便数据录入、调取和图像化的数据平 台。将实验室前后研究的数据成果和南海地理环境数据做了整合和分析。在中国南 海海域这里真核生物类群的分布规律是：0 5 米表层水由纤毛类和鞭毛类以及自养的 s t r a m e n o p i l e s 芒1 据，1 0 0 米深被a l v e o l a t ag r o u pi l l 矛h r a d i o l a r i a 占据。分不同水层讨 论了这些未知类群分布与南海海洋环境的关系：a l v e o l a t ag r o u pl 和a l v e o l a t ag r o u p i i 都应该是海水特有的物种而a l v e o l a t ag r o u pi i 对咸水环境的要求更严格。 t e l o n e m i a 和k a t a b l e p h a r i d o p h y t a 都分布在南海的浅海海域，t e l o n e m i a 所适应的纬 度明显l l c e n t r o h e l i d s 要高。 这些结果为认识海洋中微型生物群落的分布提供了新的线索；同时也为我国近 海生物资源的开发和生物多样性的保护提供科学依据。 关键词：微型与超微型真核浮游生物，分了生态，遗传多样性，1 8 sr d n a ，南海 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 a b s t r a c t t h ep o p u l a t i o ns t r u c t u r ea n dm o l e c u l a re c o l o g yo ft h es m a l le u k a r y o t i cp l a n k t o ni n t h es o u t hc h i n as e aa r er e p o r t e db a s e do na n a l y s i so f18 sr i b o s o m a lr n a g e n e s ，a n dt h e f a c t o r sc o n t r o l l i n gt h es m a l le u k a r y o t ec o m m u n i t y c o m p o s i t i o na r ea l s od i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o w e dah i g hd i v e r s i t yo fs m a l le u k a r y o t e si nt h i ss e aa r e aw i t ha no b v i o u s s p a t i a lv a r i a t i o n ，a n dt h em o s ta b u n d a n tm a j o rt a x aw e r ea l v e o l a t e s ，s t r a m e n o p l i e s ， r a d i o l a r i a ，c e n t r o h e l i o z o a ，t e l o n e m i aa n dk a t a b l e p h a r i d o p h y t a o u rn e wd a t ao n c e n t r o h e l i d sc o n f i r m e dr e c e n ts t u d i e ss h o w i n gt h a tr e p r e s e n t a t i v e so ft h i sg r o u pl i v ei n m a r i n eh a b i t a t sa n dn o to n l yi nf r e s hw a t e r w ea l s o r e p o r tt w on e w l yc l a s s i f i e d e u k a r y o t i cl i n e a g e s ( t e l o n e m i aa n dk a t a b l e p h a r i d o p h y t a ) i nt h es o u t hc h i n as e af o rt h e f i r s tt i m e c o m p a r e dw i t ho t h e rc a s e sf r o mt h eo p e ns e a ，w ed i s c o v e r e das u r p r i s i n g l y g r e a tn u m b e ro fn o v e lr a d i o l a r i a ns e q u e n c e si n t h es o u t hc h i n as e a t h e s en o v e l r a d i o l a r i a ns e q u e n c e sw e r ec l u s t e r e di nt h ep h y l o g e n e t i ct r e et h a tr e v e a l e ds e v e r a lu n i q u e b i o g e o g r a p h i c a lg r o u p sf o rt h es o u t h c h i n as e a t h e yf o r m e dt w on e wc l a d e s ，w h i c hw e d e s i g n a t e dr a d v i v i i t oe s t i m a t et h es p a t i a la n d t e m p o r a lv a r i a t i o no fm i c r o a l g a ea n dh o w t h e i rd i v e r s i t y a n de c o l o g yi sa f f e c t e db ye n v i r o n m e n t a lv a r i a b i l i t yi nt h es o u t hc h i n as e ab y b i o d i v e r s i t yi n d e xa n dg i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) a n a l y s i s t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ep e r c e n t a g eo fu n k n o w ne n v i r o n m e n tc l o n e sw a s e s p e c i a l l yh i g hi nl o w l a t i t u d e i t s e e m st h a tt h et r o p i c a ls e ac o n t a i n sam u c hl a r g e rh i d d e nw o r l dt h a nw et h o u g h t o u r s t u d ys u g g e s t e dt h a ta l v e o l a t ag r o u pi i im a y b er e s t r i c t e dt om a r i n ee n v i r o n m e n t s t h i s a l s oa g r e e sw i t ht h eo p i n i o nt h a tt e l o n e m i aa n dk a t a b l e p h a r i d o p h y t aa d a p t e dt ot h e d i f f e r e n te n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a lc o n d i t i o n si n d e p e n d e n t l y o u rw o r ke x t e n d sk n o w l e d g ea b o u tt h ed i v e r s i t ya n dh a b i t a t so ft h es m a l le u k a r y o t i c p l a n k t o n si nt h es o u t h c h i n as e a k e y w o r d ：e u k a r y o t i cn a n o p l a n k t o n sa n dp i c o p l a n k t o n s ，m o l e c u l a re c o l o g y , g e n e t i c d i v e r s i t y , 18 sr d n a ，t h es o u t hc h i n as e a 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 目录 第一章前言1 1 1 南海海域的特点1 1 2 海洋微型浮游生物的定义与重要性。2 1 3 微型真核浮游生物的发现。3 1 - 4 微型真核浮游生物的研究进展。4 1 4 1 自养类群。4 1 4 2 异养类群5 1 5 真核分子系统分类学研究进展6 1 5 1 真核生物分子系统分类的主要类群8 1 5 2 完全生命树的构建与真核分类8 1 5 3 常见真核浮游生物类群9 1 5 4 微型真核浮游生物未知类群的发现与分类1 0 1 6 研究目的和意义11 第二章材料与方法1 4 2 1 实验材料及主要试剂1 4 2 1 1 实验材料来源及初步处理1 4 2 1 2 实验中用到的主要试剂1 5 2 1 3 实验中用到的丰要仪器1 6 2 1 4 实验中用到的_ 丰要引物序列1 6 2 2 实验方法及步骤1 7 2 2 1 样品总d n a 的提取1 7 2 2 2l8 sr d n a 的p c r 扩增一18 2 2 318 sr d n a 的p c r 产物的浓缩、纯化一19 2 2 41 8 sr d n a 基因文库的构建2 0 2 2 51 8 sr d n a 基因文库中重组质粒的筛选2 1 2 2 61 8 sr d n a 基因文库中克隆子的测序及数据分析2 2 2 2 7 测序结果的分析2 3 2 2 8 空间分布分析2 3 第三章结果与分析2 5 3 1 南海微型真核浮游生物多样性分布2 5 3 1 1 南海微型真核浮游牛物遗传多样性统计2 5 3 1 2 南海微型真核浮游牛物遗传多样性g i s 分析2 7 3 2 南海微型真核浮游牛物分了系统学分析3 1 3 2 1a l v e o l a t e s 类群多样性3 1 3 2 2s t r a m e n o p il e s 类群多样性3 4 3 2 3r a d i o l a r i a 类群多样性3 8 3 2 4 1 e li o z o a n 类群多样性4 2 3 2 5 两个全新真核生物类群( t e l o n e m a 和k a t a b l e p h a r i d o p h y t a ) 4 3 中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 讨论4 7 a l v e o l a t e s 和s t r a m e n o p il e s 未培养环境类群在南海的分布规律4 7 t e l o n e m i a 和c e n t r o h e li d 在南海的分布规律5 0 南海微型浮游放射虫的分布规律以及与沉积放射虫的关系5 2 4 3 i 沉积多孔放射虫的分布5 2 4 3 2 南海微型浮游放射虫的分布规律5 3 4 3 3 放射虫分布与南海环境的关系5 5 4 3 4 放射虫的研究价值5 8 4 3 5 放射虫研究与古海洋学5 9 4 3 6 放射虫与海底石油形成的关系与研究前景5 9 展望6 0 4 4 1 分子牛物学技术在浮游生物群落研究中的运用6 0 4 4 2 逆向浮游生物学研究6 1 参考文献6 2 附件6 9 1 ) 个人简历6 9 2 ) 在站期间发表的论文和论著7 0 3 ) 在站期间获得的科研基金及承担的其它课题7 0 4 ) 在站期间参加国内外学术会议情况。7 0 5 ) 在站期间承担教学和或工作情况7 1 致谢7 2 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 第一章前言 随着电子显微技术、流式细胞术和分子牛物学于段等新技术被越来越广泛地应 用到海洋浮游生物领域，人们发现了以前未知的个体微小( 几个微米) 的真核生物。 使我们对海洋中的微生物由藻( 藻类) 、虫( 原生动物) 和菌( 细菌) 构成的旧有认 识得以改观。在以往的研究中发现了很多新物种，特别是大量的微型异养微牛物。 这些未知生物的遗传多样性和在海洋里分布范围是惊人的，从开放性大洋到深海海 底热液口，已有的牛物分类的门和纲完全无力描述它们。这些未知的微型生物分布 规律是什么? 和环境有着怎样的关系。在这篇论文里，我们试图以分子系统血为研 究方法，中国南海海域的微型真核生物为研究对象，讨论这些微型真核浮游生物的 遗传多样性和环境的关系。 1 1 南海海域的特点 南海是世界上最大的边缘海，面积达3 5 1 0 5 k m 2 ，平均水深为1 2 1 2m ，位于 亚洲大陆、中印半岛、加里曼丹岛、巴拉望岛、菲律宾群岛和南海岛的环抱之中。 纵跨热带与亚热带，以热带海洋性气候为主要特征，周年水温和盐度较高，属于典 型的季风气候区。南海的大陆架在北部和南部均较宽较缓，水深小于2 0 0m ，而东 部和西部陆架则较狭较陡；位于中间的中央深海盆最深处超过5 0 0 0m 【3 】。南海经众 多海峡和水道与开阔大洋相沟通，但只有在吕宋海峡南海水才与西北太平洋发生有 效的水交换。南海周边沿岸还有湄公河、珠江等大径流量的河流输入，带来大量淡 水及丰富的营养盐。中国南海从赤道附近的新加坡跨越到北回归线上的台湾海峡， 海域广、地形地貌特征显著、海况条件复杂，生态环境独特，包含多个不同类型的 典型的生态系统，如河口、海湾、珊瑚礁、红树林、上升流、深海等系统。也是我 国海洋生物多样性最高的区域之一【4 j 。 近年来随着南海的矿产油田和生物资源的勘探和开发以及周边国家工农业的迅 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 猛发展和全民生活水平的提高，南海海洋生态环境遭受的污染与损害日趋严重。南 海北部与我国国民经济的重心和发展最快的东南沿海地区相毗邻，其周边大多为发 展中国家，随着经济的高速发展和人口的急剧增长，化肥的使用量和生活污水大大 增加，通过地表径流进入南海北部，给近海带来富营养化等问题，直接影响近海的 生态环境和渔业资源【卯。气候的变化，入海径流、营养盐通量和结构的变化使得珠 江口及南海北部海域浮游生物群落的生物量、牛产力、优势种和生物多样性等都较 之以前有很大变化【6 】。因此对南海微型真核浮游生物的多样性分布和分子牛态结构 的研究，探讨它们和环境的关系有着重要的现实意义。 1 2 海洋微型浮游生物的定义与重要性 海洋微型浮游牛物并不是一个严格的生物学概念，而是一个生态学概念。目前 国际上通常所说的海洋微型浮游牛物包括微型真核白养生物、微型真核异养生物、 微型原核自养生物和微型原核异养生物等单细胞生物以及浮游病毒等多个类群。它 们共同的特点是个体极小( 小于2 0 i jm ) ，以致能通过以前浮游生物采集常用的筛 网而曾被忽略。按国际贯用的生物粒级尺度标准，海洋单细胞浮游生物可大致分为 三类：微微型浮游生物( p i c o p l a n k t o n ) 主要是指那些粒径为0 2 2 0 m 的浮游牛物， 微型浮游生物( n a n o p l a n k t o n ) 丰要是指在2 0 2 0 肛m 大小的浮游生物，小型浮游生 物( m i c r o p l a n k t o n ) 则是指粒径范围在2 0 2 0 0 m 的浮游牛物【7 ，引。 以往人们认为真核藻类，特别是小型硅藻是海洋中主要的初级生产者，是形成 水华的主要类群，但近年来很多的粒径分级研究表明，微型浮游生物和微微型浮游 生物才是主要的初级生产者。在海洋初级牛产者中，各类群微型浮游生物是非常重 要的贡献者，因为在水域中微型浮游生物的分布密度极大。常占据了浮游牛物的大 部分数量；另一面，微型浮游生物具有牛长快、数量多、周转速率高的特点，虽然 个体微小，个体牛物量不是很高，仍然可维持相当高的牛产力；第二，它们是些 异养鞭毛虫和纤毛虫的直接食物，从而问接被大型浮游动物所摄食，借此进入海洋 经典食物网，最终影响海洋渔业的产量；第四，某些种类的微型浮游牛物还常常与 海洋鱼类等经济动物的病害、污染等方面有一定的联系。微型和微微型浮游生物在 2 李绿砚 初级生产力中 的8 0 或更多，它们比细胞较大的种类有明显的优势7 一。 1 3 微型真核浮游生物的发现 微型真核浮游牛物的研究相对聚球藻、原绿球藻等微型光合原核生物少得多， m a s s a n a 等【1 0 】认为对超微型真核生物的研究要比原核滞后约l o 年，属于初始起步阶 段。m o o n - v a nd e rs t a a y , s y 等【1 1 1 和l o p e z g a r c i a ，p 1 2 l 等通过构建1 8sr d n a 克隆 文库，分别研究了太平洋赤道区和南极水域超微型真核浮游生物的多样性。随后， 在世界各个大洋和沿岸海域也逐步开展相关的多样性研究工作 1 3 - z 8 】。目前报道开展 了超微型真核浮游的海域包括红海、地中海、南极水域、英吉利海峡、大西洋近岸 与外海、地中海、太平洋赤道海域等。微型真核浮游牛物在热带、温带、寒带的全 球各大洋都有分布，其分布数量因地理环境、水体理化因素、季节变化以及生物类 别差异而不同。一些超微型真核浮游生物物仅出现在特定的海洋环境中，使得小同 海域的类群结构不同，如b o l i p h y c e a e ，e u s t i g m a t o p h y c e a e ，p e l a g o p h y c e a e 等纲的 类群，在已有的研究中发现存在于南极水域、地中海和太平洋赤道海域，但在英吉 利海域并没有发现【l9 1 。而某些超微型浮游植物如m i c r o m o n a sp u s i l l a 能够广范分布 在不同海域，但其丰度却很不相同，如在加勒比海、马尾藻海、太平洋赤道和北太 平洋西部海域其丰度为1 1 0 c e l l s m l ，在北极水体为1 0 一1 0 3c e l l s m l ，而在挪威沿海、 那不勒斯湾、巴伦支海和乔治亚海域中高达1 0 3 1 0 4c e l l s m l 。 海洋自养微型真核浮游牛物就是指那些具有光合色素，能进行光合自养的微小 的真核生物。迄今报道过的自养微型真核浮游牛物大约有4 0 多个属，属于1 3 个纲 ( b a c i l l a r i o p h y c e a e ，b o l i d o p h y c e a e ，c h l o r o p h y c e a e ，c h r y s o p h y c e a e ， c o s c i n o d i s c o p h y c e a e ，d i c t y o c h o p h y c e a e ，d i n o p h y c e a e ，e s u t i g m a t o p h y c e a e ， p r a s i n o p h y c e a e ，p r y n m e s i o p h c e a e ，p i n g u i o p y c e a e ，p e l a g o p h y c e a e ，t r e b o u x i o p y c e a e ) 1 2 0 。通过构建1 8sr d n a 克隆文库发现在各海域占主要比例的自养主要包括异鞭藻 类( h e t e r o k o n t a ，或者为s t r a m e n o p i l e s ) 中的一部分，a l v e o l a t e 中的一部分类群分、 定鞭藻类( h a p t o p h y t a ) 、金藻类( c r y s o p h y c e a e ) 、隐藻类( c r y p t o p h y t a ) 和绿藻类 作报告 1 4 微型真核浮游生物的研究进展 1 4 1 自养类群 常占 绿素a _ 根据它 相当较 h y c e a e ， 在超微型粒级的真核浮游牛物中研究最为详细的是青绿藻纲( p r a s i n o p h y c e a e ) 。 其中绝大多数是海洋单细胞n a n o 级鞭毛藻。目前所知的种类均为光合色素具叶绿 素a b c 。c o u r t i e s 等( 1 9 9 4 ) 在地中海应用f c m 发现迄今为止所记录的最小的( o 9 5p m ) 微微型光合真核生物o s t r e o c o c c u st a u r i ，即属于p r a s i n o p h y c e a e 。o s t r e o c o c c u st a u r i 拥有最小的细胞结构( 只由无鞭毛的裸露细胞和单个简单的叶绿体与线粒体构成) ， 基因组也极小( 大约1 2m b p ，已经完全测序) t 2 2 1 。这些让它成为真核藻类光合作用分 子生物学研究的模型牛物。目前为止，研究发现在近海常见分布的p r a s i n o p h y c e a e 中的超微型粒级属是o s t r e o c o c c u s ，m i c r o m o n a 和b a t h y c o c c u 2 3 1 。这些微型浮游生物 在各个海域广泛存在，包括极地均有发现。不仅有用分离培养电镜观测的报道 2 4 , 2 5 】， 很多也在不同地理分布和深度的海洋浮游牛物样本1 8 sr d n a 的研究中被报道【1 3 ，1 7 , 1 8 ，2 6 o 海洋硅藻是海洋浮游植物的重要组成部分，种类繁多，分布广泛。是除被予植 物以外观察到多样性最为丰富的光合作用类群。据研究，全球初级生产力的5 0 以 上源于海洋，而海洋硅藻贡献的初级生产力达到整个海洋总初级牛产力的4 0 ( 张学 成等，2 0 0 5 ) ，日中国海域以往对硅藻的研究，主要在细胞大小在5 5 0 l am 这一范围 的硅藻研究较为深入。而对于超微型粒级的硅藻存在，许多环境样品遗传序列的分 4 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 析给予了证樊1 2 ，1 4 , 1 6 1 ，但是缺乏纯化培养和形态学特征的支持。1 9 9 9 年g u i l l o u 等 【2 7 1 发现两株超微型真核浮游植物，它们与硅藻具有相似的光合色素组成，并且核糖 体小亚基( s s u ) r n a 基因序列与硅藻具有较好的亲缘关系，但并不具有硅质外壳， 被命名为b o l i d o p h y c e a e 这个类群可能广泛分布于寡营养海域( 地中海东部和赤道太 平洋【2 8 1 ，但是在这些海域丰度并不高，在赤道太平洋海域与地中海东部海域均少于 4 的贡献比例( 光合色素指示) 。 定鞭金藻( h a p t o p h y t a ，也称为p r y m n e s i o p h y c e a e 或c o c c o l i t h o p h o r a d s ) 在很多 海域，如地中海、赤道太平洋、大西洋、英吉利海峡以及阿拉伯海都发现【b ，1 4 , 1 6 1 ， 已知具有5 0 0 多个种，多属于微型和超微型浮游植物。很多定鞭金藻的种类具有重 要的生态地位，球石藻( c o c c o l i t h o p h o r i d s ) 特别是e m i l i a n ah u x l e y i 是一种全球分布 且重要的微型浮游植物，从极地到热带海域都有分布，球石藻是海洋中最丰要c a c 0 3 牛产者，可导致c 0 2 沉降，它也是开放海域最重要生产者之一。p h a e o c y s t & 棕囊藻 是另外一个具有重要生态学意义的类群，棕囊藻可以形成赤潮，1 9 9 7 年至1 9 9 8 年 春在东南沿海发生棕囊藻( p h a e o c y s t i s ) 赤潮，仅在广东饶平柘林湾就造成经济损 失近1 亿元人民币。定鞭金藻在系统发牛学具有特殊地位，虽然它所具有的光合 色素与s t r a m e n o p i l e s 里许多类群相似，但是它的质粒( 叶绿体) 具有不同的来源。曾 经认为它们是属于金藻( c h r y s o p h y c e a e ) 。后根据形态学和遗传学特征( r b c l 基因 等) ( a n d e r s o n e ta 1 ，2 0 0 4 ) 将h a p t o p h y t a 形成独立的分枝。 1 4 2 异养类群 自养类群因其普遍有其独特的色素，比较容易通过流式细胞仪或者其它色素分 析技术进行检测和群落构成的评估。分子牛物学的研究手段则对是否具有色素没有 偏向性，目前绝大部分微型真核浮游生物异养类群的发现还是通过1 8sr d n a 建库 测序实现的。微型异养真核浮游生物主要是异养鞭毛类。这类生物以一根或多根鞭 毛运动，细胞分裂总是纵向的，是渗透营养型和吞食营养型的。另外还包括微型纤 毛类( c i l i a t e s ) 。纤毛虫类也是种类繁多的吞食性生物，分裂总是横向的，主要类别 包括旋毛类、少毛类、膜口类、鞭纤毛类等。它们是海洋浮游细菌、蓝细菌和有机 李绿砚 中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 碎屑颗粒的主要消费者【1 4 】。由于这类微型浮游生物缺乏色素，多具有鞭毛或纤毛， 也被称为浮游动物。其中，也同样包括异鞭藻类( i - i e t e r o k o n t a ，或者为 s t r a m e n o p i l e s ) 中t h r a u s t o c h y t d d s 、h y p h o c h y t r i o m y c e t e s 、l a b y r i n t l l u u d a 和未定名 的种类，另外还包括c e r c o z o a 、c r y o t h e c o m o n a s 、c h o a n o f l a g e l l i d a 、a c a n t h a r e a 、 p o l y c y s t i n e a 等。0 1 年对太平洋表层水的研究，发现大量典型异样类群 i i c h o a n o f l a g e l l a t e sa n da c a n t h a r e a ) 以及混合营养的代表序列( d i n o n a g e l l a t e s ) 存在【1 1 】。 在南极2 5 0 到3 0 0 0m 深海也发现了惊人数量的异养类群1 8sr d n a 序y l j ( c i l i a t e s ， a c a n t h a r e a ，f u n g i ，t h r a u s t o c h y t r i d sa n dd i p l o n e m i d s ) ，使得原来因深海温度低、少光照、 寡营养而推断那里生物量不高的观点得以改观【1 2 】。后来相继的地中海，大西洋等地 区的研究也证明从海洋表层到深海，微型真核浮游生物异养类群微型真核浮游牛物 异养类群都占有相当大的比例 1 3 , 2 9 。分子牛物学一直都是研究极端环境生物多样性 的最佳工具。在大西洋洋底l o s tc i t y 热液口的取样发现，那里并没有在其它深海 洋底发现的白养类群如绿藻和异鞭毛藻等自养类群的存在。优势类群是a l v e o l a t e s 中的纤毛类和鞭毛类。其它是属于异养类群的r a d i o l a r i a ，c e r c o z o a ，h e t e r o l o b o s e a 和 e u g l e n o z o a 。这证明了这里的生态体系是由捕食者、分解者和寄牛类组成的f 3 0 1 。北 冰洋是个寒冷的封闭海，上层海水( 3 0 - 6 0m ) 盐度都小于3 0 0 ，接近淡水。4 0 的 文库克隆都是a l v e o l a t e s 。3um 滤膜预过滤后，其中还有不少属于放射虫r a d i o l a r i a n 的序列： a c a n t h a r e a ，p o l y c y s t i n e a 和t a x o p o d i d a 在这些异养类群里很多序列都和 深海环境发现的序列比较相似，共同点是长年水温低【3 1 】。 1 5 真核分子系统分类学研究进展 分子系统发牛分析是重塑生物类群进化关系的重要工具。分子牛态学的研究对象 是种群差别，而种群差别的划分依据来源于系统发生研究( p h l o g e n e t i ca n a l y s i s ) ， 即在已知所研究的类群不同的情况下，揭示类群间的历史进化关系。随着分子水平 研究的发展，分子系统发生分析也广泛地用于物种分类的研究，不仅带来了新物种、 新类群的发现，也改变了人们以往按传统形态分类对生物界的认识。 分子分类学( m o l e c u l a rt a x o n o m y ) 研究进展见图1 1 。实线表示左边列全部组 6 李绿砚中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 分整合入了到右边列的组分，虚线表示左边列组分被拆分，只有部分组分整合入了 到右边列的新组分中。可以看出最大变化的是原生生物界。 w h i t t a k e r 1 9 6 9 p r o t i s t a 一= 一 p l a n t a e ，：一一一 a n i m a h a - - f u n g i - - m a r g u l i s & s c h w a r t z 1 9 8 8 f u n 西 c a v a l i e r - s m i t h 1 9 9 8 a d le ta l 2 0 0 5 a m o e b o z o a c h r o m a l v e o l a t a e x c a v a t a o p i m h o k o n t a a r c h a e p l a s t i d a r 1 1 i z a r i a 图1 1 过去的5 0 年中关于真核生物系统分类的四个代表性结构的比较3 2 - 3 4 1 。 f i g u r el 一1 t r e n d si nt h et a x o n o m yo fe u k a r y o t e s a c o m p a r i s o no ff o u rr e p r e s e n t a t i v et a x o n o m i e si l l u s t r a t e st r e n d sw i t h i ne u k a r y o t i c t a x o n o m yo v e rt h ep a s t5 0y e a r s l + 表1 1 六大类别的主要代表性类群和物种【3 5 1 t a b l el 一1 r e p r e s e n t a t i v e so fe u k a r y o t i cs u p e r g r o u p s a m o e b o z o a 变形虫 c h r o m a l v e o l a t a e x c a v a t a o p i s t h o k o n t a 后鞭毛牛物 a r c h a e p l a s t i d a 泛植物 r h i z a r i a l o b o s ea m o e b a e 阿米巴 s l i m em o l d s 粘菌 p e l o b i o n t s c i l i a t e s 纤毛类 s t r a m e n o p i l e s 不等鞭毛类 a l v e o l a t a 囊泡类 d i p l o m o n a d s 双滴虫 e u g l e n o z o a 眼虫 p a r a b a s a l i d s a n i m a l s 动物 f u n g i 真菌 c h o a n o f l a g e l l a t e s 领鞭毛虫 p l a n t a e 植物 r e da l g a e 红藻 g l a u c o p h t e s r a d i o l a r i a 放射虫 f o r a m i n i f e r a 有孔虫 c e r c o z o a 丝足虫 7 a m o e b a d i c t y o s t e l i u m e n t a m o e b a t e t r a h y m e n a p h y t o p h t h o r a p l c l s m o d i u m g i a r a d i a t r y p a n o s o m a 乃f c h o m o n a s d r o s o p h i l a e n c e p h a l i t o z o o n m o n o s i g a a r a b i d o p s i s p o r p h y r a c y n o p h o r a t e t r a p y l e a l l o g r o m i a p a u l i n e l l a 李绿砚 中国南海微型真核浮游生物遗传多样性和环境的关系中山大学博士后研究工作报告 1 5 1 真核生物分子系统分类的主要类群 在真核分子系统分类方面影响最大的是发表在0 3 年s c i e n c e 上的文章3 4 1 ，将大 多数能够培养的和特征明确的真核生物划分成了8 个大的类群( 主要包括： e x c a v a t e s ，d i s c i c r i s t a t e s ，s t r a m e n o p i l e s ，a l v e o l a t e s ，c e r c o z o a ，p l a n t s ，a m o e b o z o a , o p i s t h o k o n t s ) 。而且随着研究方法和研究思路的不断进步，例如利用多基因 ( c o m b i n e dm u l t i g e n e ) 共同构建系统树；将公认的同一类群合并( c o n s e n s u s ) 讨 论；不断排除各种人为假象( a r t i f a c t s ) ，如克服长枝吸引( 1 0 n g b r a n c ha t t r a c t i o n ) 等问题【4 0 】，科研人员正在不断完善这棵系统树，使其更加欣欣向荣【2 1 。但是近年来 出现的大量的关于微型、超微型浮游生物的分子数据，几乎覆盖了整个真核系统树， 而且还不断发现新的类群。t h o m a sc a v a l i e r - s m i t h 对真核分子系统提出了六大界来 区分真核生物的构想3 5 ，4 1 1 ，不过此概念仍具争议。新的分类方法将生物分为6 种 主要类别，而不是之前的4 个界。这里的六个类别并不是我国学者七十年代提出的 六界系统。没有包括非细胞形态的病毒在内，也是因为病毒系统地位不明之故。这 些类别分别为o p i s t h o k o n t a 、a m o e b o z a 、e x c a v a t a 、r h i z a r i a 、a r c h a e p l a s t i d e 和 c h r o m a l v e o l a t a 。o p i s t h o k o n t a 包括动物、真菌、领鞭虫( c h o a n o f l a g e l l a t e s ) 和 m e s o m y c e t o z o a ；a m o e b o z o a 包括大部分传统的阿米巴虫、粘菌、t e s t a t ea m o e b a e 、 一些a m o e b o f l a g e l l a t e s 和几个没有线粒体的种；e x c a v a t a 包括o x y m o n a d s 、 p a r a b a s a l i d s 、双滴虫类、j a k o b i d s 和其他几个异养鞭毛虫属以及e u g l e n o z o a 和 h e t e r o l o b o s e a ；r h i z a r i a 包括有孔虫类、大多数放射虫和具有f i l o s ep s e u d o p o d i a 的 c e r c o z o a ；a r c h a e p l a s t i d a 包括g l a u c o p h y t a 、红藻、绿藻和植物界；c h r o m a l v e o l a t a 包括a l v e o l a t a 、c r y p t o p h y t e s 、h a p t o p h y t e s 和s t r a m e n o p i l e s 。 1 5 2 完全生命树的构建与真核分类 牛命树( t o l ，t r e eo fl i