湖泊沉积植物DNA宏条形码技术在青藏高原植被调查中的应用

得益于环境DNA技术的快速发展,沉积DNA(sedDNA)正在成为偏远地区植被监测和调查的便捷方法,并具有较大的发展潜力.青藏高原气候环境条件恶劣,同时小型湖泊众多,利用sedDNA进行植被调查不仅有助于了解高原现代植被状况,也是进行高原古植被重建的潜在需求.本研究以中国青藏高原西南部59个泡子/湖泊表层沉积物为研究对象,使用通用植物引物g-h扩增叶绿体trnL(UAA)内含子P6环区,获取了sedDNA中的植物组成信息,并将其与野外植被调查记录和沉积物花粉数据进行对比分析,探讨了基于沉积物的植物DNA宏条形码技术在青藏高原地区现代植被监测和古植被重建中的适用性和局限性.研究结果表明,植物DNA宏条形码信号共记录了186个陆生植物类群,其中30.1%的序列可以鉴定到种水平.植物sedDNA方法可以揭示调查地点周围的主要植物类群(包括菊科、莎草科和禾本科)以及重要植被组合.植物sedDNA的类群数量和分类学分辨率均超过花粉分析(75个类群,其中5.3%的类群可以鉴定到种水平).与花粉保留大量的区域植物信号(包括松属和蒿属)不同,植物sedDNA反映了高度局地的植物信号,凸显了植物sedDNA在局地植被监测和重建中的重要性.综上所述,(小型)湖泊植物sedDNA宏条形码研究在未来的青藏高原区域植被监测和重建中值得更多的关注.

湖泊沉积植物古DNA的现代过程

对植被历史变化过程的研究是理解现代植被组成、分布及其对全球变化响应的基础。近年来,随着分子古生态学的发展,分析沉积介质中的陆生植物古DNA信号,以研究植被及植物多样性演变的历史过程正在成为研究热点,湖泊沉积植物古DNA已成为古植被和古生态学研究的成熟代用指标。然而与第四纪孢粉分析相比较,湖泊沉积植物古DNA的现代过程依然不明确,成为其进一步发展和应用的限制因素。基于此,该文综述了湖泊沉积植物古DNA技术研究进展,尝试阐明湖泊沉积植物古DNA的现代过程,包括植物DNA的来源、沉积和保存过程及其影响因素,以及植物DNA与现代植被的关系等。已有研究表明,湖泊沉积植物古DNA主要来自湖泊周边或流域范围,其丰度和组成除受到源植物生物量的影响外,同样受到沉积物的搬运和沉积过程中DNA降解作用、土壤以及沉积物中颗粒的吸附过程和稀释作用等因素的影响。湖泊沉积物中植物DNA的保存则主要受到微生物活动、湖水的化学性质(电导率和pH值)、湖泊深度、沉积物组成等一系列生物与非生物因素的共同影响。湖泊沉积植物古DNA可以揭示其沉积时代的植物群落类型以及气候环境信息,但目前并不能够用来定量重建古植被变化过程。鉴于湖泊沉积植物古DNA现代过程的复杂性,对研究结果的解释要格外小心。与孢粉分析相比,湖泊沉积植物古DNA研究仍处于起步阶段,但随着分子生物技术的进步、实验设计的优化、物种条形码的扩充及参考数据库的完善等,以DNA宏条形码和宏基因组学为主要技术手段的植物古DNA技术,必将推动我国植物古生态研究的进一步发展。