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                      城市環境所在瘤棘奈氏蟲地理分布及其對升溫響應研究中獲進展

                      2021-11-25 城市環境研究所
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                        原生動物是單細胞生物,對環境變化響應敏感,具有個體小、豐度高、分布廣的特點,在生態和演化過程中具有重要和獨特的地位。但長期以來,多數生物地理學分布以及對升溫響應的研究側重大型生物,對于單細胞生物的研究相對滯后,特別是對原生動物特有種的相關研究較匱乏。瘤棘奈氏蟲(Netzelia tuberspinifera)是東亞特有種,屬于有殼蟲原生動物,殼體大小約100 μm。研究發現,瘤棘奈氏蟲可以捕食藻類、輪蟲、枝角類和橈足類等浮游生物。最近,通過對我國88個湖泊和水庫中瘤棘奈氏蟲種群分布的調查,發現其主要分布在低緯度、低海拔、高溫度的中國南方季風區亞熱帶和熱帶水體。

                        中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組研究員楊軍團隊從時間和空間尺度揭示了瘤棘奈氏蟲種群密度和形態特征的差異,重點以福建廈門汀溪水庫連續四年時間序列樣品和中國南方地區28座水庫(14個流域)空間樣品為基礎,研究了瘤棘奈氏蟲種群時空變化規律及其影響因子(圖1)。結果表明,汀溪水庫瘤棘奈氏蟲種群密度為0-10.7 ind/L,具有顯著的季節變化規律,水溫和食物(藻類)是主要影響因子,其中水溫的影響更大;汀溪水庫水溫變化范圍在14.3-32.1 °C之間,高于30 °C的水溫更適合瘤棘奈氏蟲生長繁殖,因此在夏秋季節種群密度較高,在溫度較低冬春季水體較難發現蟲體;空間尺度上,28座水庫的瘤棘奈氏蟲種群密度為0–19.2 ind/L,主要受到地理因子限制,隨經度、緯度的增加而降低,食物(藻類)、電導率和硝態氮對種群密度也存在顯著影響。在形態方面,殼口直徑是決定瘤棘奈氏蟲種群在季節間(33.5-68.2 μm)和流域間(33.5-73.6 μm)形態差異的主要特征;食物(藻類)可能是影響汀溪水庫不同季節殼口直徑差異的主要因子,而不同流域間種群殼口直徑的差異主要受到食物(藻類)、總碳和濁度等生態因子的影響。

                        進一步研究發現,從1月至12月,當水溫高于25.5 °C時,水庫水體中才能檢測到瘤棘奈氏蟲;水溫低于21.2 °C時,水庫水體中瘤棘奈氏蟲完全消失,冬季和春季較難采集到活蟲體。經過8年的探索和優化,水生態健康研究組取得了一項發明專利 “一種砂殼蟲的分離與培養技術”,利用該技術實現了瘤棘奈氏蟲的實驗室人工傳代培養,解決了冬春季樣品缺少的難題。在此基礎上,研究設置4-40°C溫度梯度控制培養實驗,發現35 °C條件下瘤棘奈氏蟲生長繁殖最快;結合3個溫度條件的轉錄組學分析,科研人員研究了瘤棘奈氏蟲對升溫的種群和分子響應機制(圖2),進一步說明溫度作為關鍵驅動因子調控瘤棘奈氏蟲種群的地理分布和季節變化。轉錄組數據表明,當溫度<25 °C時,升溫啟動并觸發了核糖體的生物合成;當溫度>25 °C時,升溫顯著促進與細胞分裂、殼體形成和生物量增加相關的分子代謝過程。然而,一旦溫度超過40 °C,瘤棘奈氏蟲將無法正常存活。研究推測,在全球變暖持續影響下,瘤棘奈氏蟲的分布可能會向高海拔或緯度地區擴張。

                        該研究揭示了東亞特有原生動物瘤棘奈氏蟲種群密度和形態的時空差異性,在種群、細胞和分子水平闡明了溫度是影響瘤棘奈氏蟲分布的關鍵因子,加深了對有殼蟲種群地理分布和多樣性的認知,為氣候變化背景下水生態評價與生物多樣性保護提供了基礎數據。

                        相關研究成果分別以“中國瘤棘奈氏蟲種群密度和形態特征的時空差異及其影響因子Population and molecular responses to warming in Netzelia tuberspinifera–an endemic and sensitive protist from East Asia為題。發表在《科學通報》和Science of The Total Environment上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃“全球變化及應對”重點專項、福建省自然科學基金等的資助。

                        論文鏈接:1、2

                      圖1.中國南方季風區水庫瘤棘奈氏蟲密度的時空分布(a,廈門汀溪水庫;b,28座亞熱帶和熱帶水庫)

                      圖2.瘤棘奈氏蟲對升溫的響應

                      打印 責任編輯:閻芳

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