江西省浅水湖泊大型底栖无脊椎动物多样性特征和影响因素

2019年春、秋两季,对江西省76个湖泊的底栖动物进行了调查,在分析其群落结构和多样性的基础上,探讨了多样性与环境因子间的关系,旨在确定影响大型底栖无脊椎动物多样性的重要环境因子,以期为江西省湖泊的精准化管理提供科学依据和技术支持。两次调查共检出140个分类单元,以水生昆虫和软体动物为主,摇蚊类物种数占水生昆虫物种数的53.62%。富营养指示种(长足摇蚊属一种和摇蚊属一种)为春、秋两季的优势分类单元,湖沼典型种(长足摇蚊属一种、摇蚊属一种、石田螺属一种、苏氏尾鳃蚓和霍甫水丝蚓)的丰度变化导致了群落结构的季节变化。大型底栖无脊椎动物α多样性水平较低,基于PLSR和PLS-SEM的分析结果表明,影响大型底栖无脊椎动物多样性指标的环境因子既与藻类种群动态密切相关,也与水质状态有关。大型底栖无脊椎动物多样性与藻类种群状态存在稳定的联系,不受季节因素的影响,过高的藻类丰度不利于大型底栖无脊椎动物多样性的提高,而较好的水质状况有利于大型底栖无脊椎动物多样性的提高。为保护江西省湖泊大型底栖无脊椎动物资源,应在具有渔业养殖功能的湖泊和城镇湖泊中进行水生植物的修复工作,使藻型湖泊向草型湖泊方向演化;对一些富营养化程度较高的水体进行系统治理,控制面源污染,促进传统渔业养殖模型向生态渔业模式转换,并有针对性地开展一些生态修复措施;应在控制藻类和改善水质的基础上,增强湖泊的连通性和水体交换能力,充分发挥自然修复功效。

澜沧江真核浮游生物的空间格局及其多样性

目前关于澜沧江浮游生物的研究多局限于浮游植物,缺乏从整个真核生物群落的角度进行探讨的研究。为填补相关方面的研究空白,于2020年10月在澜沧江近2 000 km的区域布设了36个样点进行样品采集,基于18S rRNA宏条形码技术探究了真核浮游生物群落的空间分布差异及其对环境因子的响应。测序共得到1 269个OTU,涵盖了45门284属,测序深度足够反映物种多样性。NMDS和ANOSIM分析显示澜沧江真核浮游生物群落依据地理空间分布可划分为3个分组:上游的自然河道段、中游的乌弄龙电站和功果桥电站之间区域、下游的功果桥电站以下区域。根据多样性及群落组成数据发现:属于自然河道段的上游群落组成最为均匀,金藻门和硅藻门广泛分布于该区域;属于水库段的中游和下游多样性类似且均低于上游,隐藻门广泛分布于该区域。影响澜沧江真核浮游生物群落结构变化的环境因子主要为水温和碱度。上、中、下游的环境驱动因子有所不同,电导率是影响上游真核浮游生物群落结构的关键环境因子,水温是影响中游的关键环境因子,而下游则主要受总磷的影响。

怒江真核浮游生物的海拔分布格局及其环境影响因素

为研究怒江真核浮游生物群落的多样性,于2020年11月在怒江干流约2 000 km的区域布设了35个样点进行样品采集,基于18S rRNA分子标记进行宏条形码分析,探究了真核浮游生物群落的空间分布差异及其对环境因子的响应。测序共得到1 320个操作分类单元(OTU),涵盖了真核浮游生物群落共34门302属。β多样性显示怒江的真核浮游生物群落能够随海拔梯度的变化明显分为高海拔(4 000 m以上)、中海拔(1 000~4 000 m)和低海拔(1 000 m以下)3个分组,组间差异大于组内差异。不同海拔真核浮游生物的α多样性显示,表征物种丰富度的Chao1指数、表征群落均匀度的Pielou指数、表征群落整体多样性的Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随着海拔的升高呈降低趋势,说明海拔的升高会影响真核浮游生物的多样性。在不同海拔的群落组成差异上,纤毛虫门和绿藻门的物种相对丰度随着海拔的降低而升高,主要富集于低海拔区域;硅藻门物种是相对丰度最高的物种,主要富集于中海拔区域;节肢动物门的物种相对丰度随着海拔的降低而降低,主要富集于高海拔区域。环境影响因素上,怒江pH值和电导率随纬度的降低而降低,水温、溶解氧、流速和浊度随纬度的降低而升高,海拔、水温和流速是显著影响怒江真核浮游生物群落分布的环境因子。

中国球状绿藻新纪录属—索囊藻属(Choricystis)

在西藏那曲的错鄂和湖北武汉的紫阳湖采集到两株淡水绿色海绵。形态观察显示,两株海绵呈现绿色是由于其内共生有球状绿藻。基于形态观察和分子系统发育分析确定为该球状绿藻为索囊藻属的寄生索囊藻(Choricystis parasitica(K.Brandt)Pr?schold&Darienko)。结果表明:(1)两株藻均为纺锤形或倒卵形,长1.2—2.8μm,宽0.8—1.5μm;具一个侧位片状色素体;(2)依据18S r DNA和rbc L cp DNA的进化分析显示这两株藻均位于胶球藻科(Coccomyxaceae),索囊藻属(Choricystis);(3)基于ITS2的二级结构分析显示这两株藻与寄生索囊藻具有相同的二级结构,表明这两株内共生的球状绿藻均为寄生索囊藻。寄生索囊藻为中国新纪录种,所在属索囊藻属为中国新纪录属。本研究以形态性状和分子性状描述了采自中国的寄生索囊藻标本,为今后研究提供依据和参考。

团藻目群体鞭毛类的中国新记录

于2015年3月到7月在湖北省内多处水体采集浮游藻类样品,通过光学显微镜观察样品形态,共鉴定出团藻目群体鞭毛类3科5属8种。其中四豆藻科Tetrabaenaceae Nozaki et Itoh为中国新记录科,四豆藻属Tetrabaena(Dujardin)Fromentel和似团藻属Volvulina Playfair为中国新记录属,发现了5个新记录种分别为简单四豆藻Tetrabaena socialis(Dujardin)Nozaki et Itoh、科尔曼实球藻Pandorina colemaniae Nozaki、致密似团藻Volvulina compacta Nozaki、柱状空球藻Eudorina cylindrical Korshikov和单果空球藻Eudorina unicocca Smith。基于3种分子标记进行的系统发育分析验证了各样品的形态学鉴定;同时四豆藻科、盘藻科和团藻科均为单系类群,进一步支持了Nozaki的分类系统。

基于环境DNA宏条形码的丹江口水库浮游生物多样性及群落特征

为了解丹江口库区浮游生物群落的多样性,本研究于2020年7月在丹江口库区丹库、汉库和入库支流等区域共计9个样点采集水体样品,抽滤并提取总DNA样本后,基于18S和16S分子标记进行单分子实时测序,分别探究真核和原核浮游生物群落的多样性及其群落特征.结果表明:(1)真核浮游生物群落的主要优势类群包括节肢动物、链型植物、绿藻门、硅藻门等;本研究在种水平上鉴定出库区分布广泛且相对丰度较大的物种,包括弯曲隐藻、对蛋白核隐藻和空球藻等,它们与库区化学需氧量密切相关;库区化学需氧量是影响真核浮游生物群落格局的重要环境因子.(2)原核浮游生物群落的主要优势类群为变形菌门;原核生物中相对丰度较大的不动杆菌Acinetobacter是污水污染的指示菌群;群落中起重要作用的Limnohabitans与水体的富营养化密切相关;尽管库区蓝藻相对丰度较低,但与蓝藻关系密切的CL500-29_marine_group和hgcI_clade两类细菌在浮游生物群落中也起着重要作用;原核生物群落中的各类物种均指示丹江口水库的水生态健康存在一定风险,需要加强监测以预防生态环境的恶化.(3)丹江口水库不同区域的浮游生物群落异质性较大,tb-RDA分析显示丹江口的浮游生物群落可以分为丹库型、汉库型和入库支流型,其组间差异要大于组内差异.综上所述,丹江口水库的浮游生物群落具有明显的空间异质性,整个库区的群落结构与水体富营养化、水体有机污染和污水污染等方面相关,需要加强对丹江口库区的水生态监测.

采自青海湖的刚毛藻属一新种——青海刚毛藻

对青海湖的丝状藻类进行了样品采集,分析引起水华的藻类种类和组成。基于SSU-LSU的联合进化分析和基于ITS的系统进化分析显示:形成青海湖水华的丝状藻为一种刚毛藻,该种与史氏刚毛藻Cladophora stimpsonii和散束刚毛藻Cladophora vagabunda具有较近的亲缘关系,属于海洋刚毛藻和淡水刚毛藻的中间过渡种类。和邻近种类的区别特征如下:该种生长于咸水生境,植物体纤细柔软,呈绿色或浅绿色,分枝旺盛,具明显的顶端生长和居间生长。细胞直径较小。主轴细胞直径30.0—90.0μm,细胞长宽比2.4—8.0。分枝细胞直径25.0—70.0μm,长宽比4.0—12.3。顶端细胞直径25.0—50.0μm,长宽比3.6—12.0。基于形态学特征和分子系统发育分析,将其定为一新种,即青海刚毛藻Cladophora qinghaiensis sp. nov.。

基于深度学习技术的藻类智能监测系统开发

浮游藻类对水环境的变化非常敏感,是评价水环境质量的重要指示生物。传统的浮游藻类监测依靠人工采样分析,需要专业检测人员使用显微镜对藻细胞逐一鉴定并计数,耗时耗力且严重依赖检测人员的专业知识与鉴定经验,限制了浮游藻类监测工作的标准化推广和普及应用。利用神经网络模型建立了一套浮游藻类智能监测系统,该系统能够实现浮游藻类检测的自动进样、自动显微摄影,同时充分发挥深度学习技术在视觉分析领域的优势,自动进行浮游藻类智能识别和计数。使用大量浮游藻类样品开展了深度学习模型训练和结果验证,结果表明,该浮游藻类智能监测系统能够顺利完成浮游藻类样品自动进样、拍摄、鉴定和计数等一系列流程,且智能识别系统鉴定计数结果与人工镜检结果的误差较小。该系统还具有进一步的泛化和拓展能力,随着后续模型训练样品数量的增多,系统识别效率和精度可得到进一步提升,在浮游藻类监测及研究领域具有广阔的应用前景。

长江流域浮游植物群落的环境驱动及生态评价

浮游植物常用于水生态健康评价,国内已有大量相关的研究开展,但多数研究涉及范围较为局限.从流域尺度开展浮游植物调查,在长江源区至入海口的干流重点区域、八大一级支流和三峡支流共布设了139个样点进行样品采集.在长江流域一共鉴定出浮游植物7门82属,其中隐藻门、蓝藻门和硅藻门为优势类群.首先对长江流域各区域的浮游植物群落组成进行分析,使用LEfSe分析各区域显著富集的物种,然后基于CCA探究了长江流域各区域浮游植物群落和环境因子之间的关系.在流域尺度上,广义线性模型显示TN和TP与浮游植物密度显著正相关,TITAN分析则揭示了环境指示种和它们对应的最适生长阈值范围.最后,分别从水生生物和水质两个方面对长江流域各区域进行评价,尽管两个方面的评价结果不一致,但基于随机森林算法综合所有指标进行评价,能够得到长江流域全面且客观的生态评价结果.

球状绿藻的隐性生物多样性及其分类学进展

球状绿藻主要指绿藻门中多为单细胞,形状为球形、近球形,或由球形衍生出来的其他形状的藻类。球状绿藻分布广泛,遍布全球,生活于淡水、海水和亚气生等生境中,其相似的简单形态下隐藏着复杂的物种多样性。球状绿藻分类学上主要位于绿藻门的两纲四目及其一些独立支系的类群。球状绿藻分类学正由传统的基于形态特征向基于分子信息的复合分类方法转变。球状绿藻隐性的物种多样性涉及约40属,其中15属是依据新标本材料而建立的新属,12个属是依据新证据建立的新组合。本文重点介绍了1998年以后在共球藻纲和绿藻纲中新发现和命名的单细胞球状绿藻,介绍了它们的形态特征、分类学迁移及理由,特别对常见的小球藻属和栅藻属的分类学概念变迁作了详细介绍,对一些尚没有中文名的拉丁学名给出了中文命名。另外,本文讨论了基于DNA的分类学方法在球状绿藻分类学中的应用,目前系统发育位置的不同已经成为球状绿藻分类的主要依据。目前球状绿藻分类面临的问题是大多分类位置未用分子系统发育方法的验证。未来,球状绿藻分类学家应用系统发育研究结合形态学研究探索单细胞球状绿藻的生物多样性。

长江流域着生藻类群落结构的空间格局及其生态评价

在长江流域河流区域共布设了130个采样点开展着生藻类调查,范围涵盖了自长江源区至入海口的干流重点区域、八大一级支流和三峡支流.长江干流着生藻类密度从高到低依次为长江上游、长江源区、长江中下游和金沙江,整个干流自西向东着生藻类群落空间格局呈现硅藻门和蓝藻门交替占优的形式,硅藻(舟形藻)在干流具最大竞争优势,干流着生藻类群落分布与总氮、总磷和pH密切相关.长江支流中,三峡支流着生藻类密度显著高于八大一级支流,所有支流着生藻类群落主要为蓝藻门,蓝藻(鞘丝藻)在长江支流具最大竞争优势,支流着生藻类群落分布与溶解氧和pH密切相关.着生藻类的多样性分析及水生态评价显示,长江源区物种丰富度较低,但均匀度指数较高,因此是α多样性最高的区域,也是水生态评价较好的区域(β中污型);长江中下游尽管评价也为β中污型,但着生藻类群落均匀度显著低于源区,导致其α多样性低于源区.水质评价显示长江流域各区域均为良好,但区域间的WQI指数仍具显著差异,而且其差异结果与水生态评价结果不一致,因此建议结合水生态和水质两种评价结果从而更全面地评价水生态系统健康.

长江流域河流和湖库的浮游细菌群落差异

在长江流域自江源区至入海口的干流重点区域、八大一级支流和多个重点湖库设置了177个样点开展浮游细菌调查,采用基于细菌16S rRNA基因的单分子实时测序技术研究浮游细菌群落的空间分布差异,期望在更广的调查范围和更高的物种注释精度上阐明长江流域浮游细菌群落结构的分布特征.首先分析了各采样点浮游细菌的α多样性状况,发现长江流域河流区域具有更高的物种丰富度,在多样性上与湖库区域差异显著.在此基础上开展了长江流域各采样点的β多样性分析,发现长江流域河流区域和湖库区域的浮游细菌群落组成差异显著,其中温度是河流浮游细菌群落分布的最大影响因素,湖库的pH是浮游细菌群落分布的最大影响因素.为探究河流区域和湖库区域浮游细菌群落结构差异在生态环境上的影响,在物种差异、功能差异和群落结构差异上开展了进一步研究.结果表明,对于河流区域而言,长江干流自西向东营养盐水平逐渐升高导致了部分物种相对丰度的逐渐增加;而湖库较河流有更高的蓝藻水华暴发风险,其中条件致病菌不动杆菌属在丹江口水库(南水北调水源区)具有较高相对丰度,存在着一定的生态风险,需要加强关注.物种组成上,河流区域和湖库区域绝大多数的物种(84%的OTU)为共有物种,同时两个区域均含有一些相对丰度较高但无法培养的细菌,因此仍需对长江流域作进一步的调查研究.综上所述,长江流域河流区域和湖库区域的浮游细菌存在着多样性、群落组成和富集物种的差异,这使得影响长江流域河流和湖库浮游细菌群落的最关键水质指标是不同的,同时也造成了二者在生态功能上的显著差异.

南水北调中线总干渠悬浮物时空分布及其与浮游植物的关系

近年来南水北调中线工程的水质保障和生态影响受到广泛关注,在中线缓流及回水区域逐渐出现淤积问题,其重要来源就是干渠中的悬浮物。针对此问题,在2020年11月及2021年7月对南水北调中线总干渠开展调查。研究结果表明,总干渠的悬浮物浓度及组成具有明显的时空差异,其中干渠北部受水区有机悬浮物浓度均显著高于无机悬浮物浓度。基于总干渠各类悬浮物浓度组成和浮游植物细胞密度进行广义可加模型的相关性分析,有机悬浮物浓度与浮游植物细胞密度呈显著正相关,说明浮游植物是有机悬浮物的重要成分。在此基础上对总干渠浮游植物群落开展调查,2020年11月蓝藻门的隐球藻密度最高,而硅藻门的颗粒直链藻是生物量最大的物种;2021年7月浮游植物密度要明显高于2020年11月,其中硅藻门具最大的生物量和较大的细胞密度,其次为蓝藻和绿藻,它们的生长繁殖与溶解氧、水温密切相关。综上所述,需要关注总干渠硅藻门物种的生长繁殖,以防止其提高有机悬浮物浓度进而影响总干渠北部区域的受水。