【摘 要】
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人类活动和气候变化引起的全球淡水盐碱化导致淡水生物正处于从未经历过的盐度水平,淡水群落结构和生物多样性受到严重威胁,然而目前对淡水生物适应盐度升高的能力仍知之甚少,因此了解生物适应盐度变化的进化反应具有重要意义。本研究旨在探究浮游动物能否以及如何应对水体盐度变化,主要内容如下:种内变异的存在能够为生物种群的进化提供原材料。因此本研究以常见的小型浮游动物——微型裸腹溞(Moina micrura)和
【基金项目】
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上海市科学技术委员会项目(21DZ1200900、21DZ2305300和19ZR1416200);
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人类活动和气候变化引起的全球淡水盐碱化导致淡水生物正处于从未经历过的盐度水平,淡水群落结构和生物多样性受到严重威胁,然而目前对淡水生物适应盐度升高的能力仍知之甚少,因此了解生物适应盐度变化的进化反应具有重要意义。本研究旨在探究浮游动物能否以及如何应对水体盐度变化,主要内容如下:种内变异的存在能够为生物种群的进化提供原材料。因此本研究以常见的小型浮游动物——微型裸腹溞(Moina micrura)和角突网纹溞(Ceriodaphnia cornuta)为研究对象来探究浮游动物对盐度的耐受性是否存在种内变异。对淀山湖沉积样品中的休眠卵进行孵化,同时在黄浦江进行活体样品采集,共获得13个微型裸腹溞种群和22个角突网纹溞种群,通过急性实验(对照;5‰)和生命表实验(对照;1.5‰)来比较两种水溞的种内耐盐性差异。实验结果表明,两种水溞的耐盐性均存在显著的种内变异,少量种群表现出较高的耐盐性,其中淀山湖角突网纹溞种群的抗性值差异较大,最高值为最低值的5.9倍;在其余水溞种群中,高耐盐性种群的抗性值为低耐盐性种群的2-3倍。不同盐度处理下的生活史特征存在显著差异,说明水溞对盐度增加具有表型可塑性,而种群和不同盐度处理之间的显著交互作用表明了可塑性差异的遗传基础。这种差异的存在使得水溞自然种群有可能进化出耐盐性来适应长期暴露于盐度小幅增加的环境中。本研究利用实验进化方法进一步探究了盐度存在与消失能否导致浮游动物产生耐盐性的快速进化和恢复。以角突网纹溞为研究对象,进行了为期三个月的实验。在对照和0.75‰盐度下经过两个月的选择后,角突网纹溞种群快速进化出耐盐性,0.75‰选择组的急性耐盐性和抗性均显著高于对照组。成熟时体长、成熟时间和内禀增长率出现显著的进化反应;除成熟时体长外,其余特征均存在显著的表型可塑性。恢复实验结果表明,已快速进化出耐盐性的角突网纹溞种群退化,0.75‰选择组的抗性显著低于对照组,且发生进化的多个形态和生活史特征无法恢复到初始状态。这可能是由于盐度选择作用导致基因型频率发生重大改变,整体遗传多样性下降,同时耐盐基因型在淡水中的适合度下降引起的,而这需要进一步的基因型动态数据支撑。为了更好地了解自然条件下浮游动物对水体盐度变化的响应方式,本研究对野外淡水与咸水水体中休眠卵群落结构差异以及优势种在不同盐度梯度下(0‰,5‰,10‰,15‰)的孵化进行了探究。实验结果表明,崇明东滩围堤内的随塘河(咸水样点)和围堤外的团旺河(淡水样点)休眠卵群落结构存在显著差异,随塘河中的休眠卵以桡足类(细巧华哲水蚤)为主,而团旺河中的休眠卵以枝角类为主,这种差异主要是由水体盐度不同造成的。对分离得到的足量的三种休眠卵——细巧华哲水蚤(Sinocalanus tenellus)、臂尾轮虫(Brachionus sp.)和角突网纹溞(C.cornuta)的孵化实验结果表明,三种休眠卵均在5‰盐度下孵化率最高。在盐度条件下的孵化水平为臂尾轮虫>细巧华哲水蚤>角突网纹溞。在经历水体盐度变化后,休眠卵库的存在可能有助于浮游动物群落的恢复。综上所述,本研究发现浮游动物可能通过表型可塑性介导形态及生活史特征,快速进化产生耐盐性来应对淡水盐碱化。考虑到浮游动物在淡水食物网中的重要性,这种进化的耐受性可能使其能够缓解淡水盐碱化对淡水生态系统的影响。本研究为淡水盐碱化背景下生物多样性的保护和生态修复提供了科学依据和帮助。目前还无法对浮游动物产生耐盐性的具体机制得出正确结论,需要更多研究加以佐证。未来还需要对自然种群在较长时间尺度上的进化反应、耐盐性进化的分子机制、多物种、多因素相互作用等进行更进一步的研究。
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