长江口极端生境浮游动物休眠卵库的群落特征及其古生态学功能研究

Resting egg banks are considered as an important strategy for zooplankton to adapt environmental changes. They can maintain biodiversity, regulate evolutionary rates, and reconstruct community successions and microevolutionary orbits. The studies on egg banks, however, were limited by many factors, such as the lack of precise identification on resting eggs, primary investigations on egg distribution, and the limited study areas only from common waters. Using unique resources of seasonal low oxygen and periodic intertidal zones in the Changjiang Estuary, two scientific questions were raised: Are there egg banks in extreme habitats of the Changjiang Estuary? How to reconstruct community successions and mircoevolutionary orbits of zooplankton in the Changjiang Estuary?. The present project will focus on two types of extreme habitats in the Changjiang Estuary, develop the single-egg DNA barcodes, and mainly investigate species diversity, distribution patterns, and age structures of egg banks in the low oxygen and intertidal zones. Furthermore, we will explore the paleoecological functions of egg banks and identify zooplankton responses to environmental changes on the levels of community structure and microevolution. The results would establish a standard technique for resting egg identification, expand new habitats for egg banks, develop paleoecological functions of egg banks, and provide new insights and tools for zooplankton studies using resting egg banks.

休眠卵库是浮游动物适应环境变化的重要生存策略，具有保育生物多样性、调控物种进化速率、记录群落演变和微进化轨迹等功能。但该领域在方法上受困于休眠卵物种鉴定、在内容上停滞于数量调查、在区域上局限于常规水域。本项目充分发挥长江口季节性低氧区和周期性潮滩区的特色，提出科学问题：长江口极端生境是否存在浮游动物卵库？如何利用卵库追踪长江口浮游动物群落演变和微进化轨迹？. 本项目以长江口极端生境为切入点，以单卵DNA条形码技术为突破口，重点阐明低氧区和潮滩区浮游动物卵库的物种多样性、分布格局和年龄结构。同时以长江口水体缺氧和蓝藻增多为契机，通过对沉积柱中休眠卵进行古生态学解读，从群落结构演变和优势种微进化两个方面，揭示浮游动物对长江口环境变化的响应过程和机制。研究结果将完善休眠卵的标准化鉴定，开拓卵库研究的新区域，发展卵库的古生态学功能，为浮游动物研究创建“以古论今”的新思路和新平台。

休眠卵是浮游动物应对环境变化的重要生存策略。本项目以长江口为研究区域，以单卵DNA条形码技术为突破口，研究了长江口水域浮游动物休眠卵的物种多样性、分布格局、年龄结构等，并通过对沉积术中休眠卵进行古生态学解读，从群落结构演变和优势种微进化两个方面，揭示了浮游动物对长江口环境变化的响应过程和机制。我们在长江口海域鉴定出19种浮游动物休眠卵，休眠卵种类和密度随离岸距离增加而减少，随沉积深度增加而减少，休眠卵群落结构不存在明显的季节差异。休眠卵的孵化与环境因了相关性不明显，在盐淡水交汇处孵化率最高。环境因子和地理距离没有造成长江口浮游动物休眠卵的种群分化。在长江口潮滩区域发现25种休眠卵，桡足类和轮虫休眠卵的数量最多。潮下带海底休眠卵的数量与潮间带泥滩或潮沟休眠卵的数量相当。潮间带泥滩与潮沟在浮游动物群落结构显著不同。我们利用表层15cm沉积柱样重建了长江口浮游动物群落的近十年变化。我们利用休眠卵复活技术，从长江口沉积物的三个沉积层（覆盖的时间范围为1988-2018年）中重新孵化了浮游动物的不同历史群体。10个中性微卫星的数据反映了时间尺度稳定遗传多样性。9个形态、生活史和行为特征揭示了浮游动物随蓝藻水华的出现而进化出高抗性。我们利用实验进化技术，发现了长江口浮游动物只需12代就能进化出蓝藻的抗性，去除蓝藻36代后，出现反转进化。这些研究结果完善了休眠卵的标准化鉴定，开拓了休眠卵研究的新区域，发展了休眠卵的古生态学功能，为浮游动物研究创建了“以古论今”的新思路和新平台。在本项目的支持下，项目负责人以通讯作者的形式发表了5篇SCI论文，另有4篇正在投稿之中，还有多篇论文在撰写中，在学术会议上作学术报告6次，共培养浮游动物方向博士生1名、硕士生9名。