我国近海几种生境微型鞭毛虫多样性及群落结构的比较研究

Over half a century, driven by a number of international marine research plan, the important roles of nano-flagellates in marine microbial loop, so that in the material cycle and energy flow of marine ecosystems, have been more and more clearly unveiled. In striking contrast, due to the micro-organism is difficult to accurately identified with the traditional methods, we still know little about the diversity and community structure of this nano-sized protozoa, despite their wild distribution in all kinds of marine habitats. This has become the bottleneck in our further in-depth study of marine microbial ecological processes and mechanisms. Based on our more than 15-year research outcome and experience in the study of the abundance distribution, size-based structure and trophic-based structure of nano-flagellates in multiple China offshore areas, in this project, we attempt to exploit the diversity and community structure (i.e. species composition, size fraction and trophic structure in this case) in different China offshore habitats, including estuary, nearshore, shelf, upwelling and Kuroshio oligotrophic waters via high throughout sequencing technique, Q-PCR and the conventional investigating approaches for nano-flagellates and their habitats. With the use of statistical methods such as canonical correspondence analysis (CCA), we also attempt to analyze, compare and interpret the key factors which lead to the formation of different diversity patterns and community structures of nano-flagellates in such habitats. The study results will enrich our understanding about biodiversity and community structures of marine nano-flagellates and the mechanisms for their dynamics, and promote the research of marine nano-flagellate from the study of phenomena and functions to the in-depth study of ecological processes and mechanisms.

半个世纪以来，在多项国际研究计划推动下，微型鞭毛虫在海洋微食物环乃至整个海洋生态系统的重要作用已越来越明晰了。但是，与之形成鲜明对比的是，我们对这种广布于各类海洋生境中的微型原生动物的多样性及群落结构还知之甚少，已成为进一步深入研究海洋微型生物生态过程及其机制的瓶颈。本项目将在我们多年来积累的关于我国近海多海区微型鞭毛虫丰度分布、粒级结构和营养结构研究成果的基础上，采用高通量测序技术、荧光定量PCR技术，结合传统的鞭毛虫及其生境调查方法，揭示河口区、近岸区、陆架区、上升流区、黑潮寡营养区等我国近海典型生境中微型鞭毛虫的多样性及群落结构特点，并应用典范对应分析等统计学方法，通过分析、比较，阐释导致不同生境中微型鞭毛虫多样性和群落结构差异的主导因素。研究结果有助于提高我们对海洋微型鞭毛虫多样性、群落结构及其变动机制的认识，更好地推动我国海洋鞭毛虫研究从现象、作用深入到过程和机制。

海洋微型鞭毛虫是海洋原生生物中一类高度异质化的类群，在全球海洋生态系统中占据广阔的生态位，在生物地球化学循环中发挥着关键的作用。然而我们对其生物多样性和群落结构的时空分布特征以及驱动群落构建的模式和过程的认识十分有限。在本研究中，我们利用高通量测序技术结合传统显微镜观测技术，调查了不同季节中国近海亚热带-热带三个海区典型生境中微型鞭毛虫的多样性、群落组成和生物地理分布格局，并探讨了影响其群落构建的生态学机制。同时初步建立起利用利用荧光定量PCR技术（qPCR）及原位荧光杂交技术（FISH）对特定类群微型鞭毛虫进行绝对定量的研究方法。主要结果如下：（1）中国近海亚热带-热带的三个调查海区的生境条件具有一定的时空差异，从而影响了微型鞭毛虫群落的时空分布特征；（2）研究区域内微型鞭毛虫群落中各类群的物种相对丰富度和丰度有所差异，对环境条件的响应不同，形成了一定的时空分布格局，代表了这些类群在海区中的生态位分化；（3）微型鞭毛虫群落的非随机性地理分布与特定的环境特征及空间因素有关，这些因素的重要程度会随着空间尺度、目标类群以及季节等条件的改变而发生变化；（4）物种间相互关系在微型鞭毛虫的群落构建过程中也起到重要作用；（5）利用qPCR与FISH技术相结合的方式，可以有效对微型鞭毛虫特定类群进行绝对定量分析，能有效提高我们对微型真核生物群落中特定类群及其重要性的认识。综上所述，本研究揭示了中国亚热带-热带海区多种生境下微型鞭毛虫的多样性及群落结构的时空变化特点，并探究了群落的生物地理模式和生态学驱动机制。研究结果有助于推动我国海洋鞭毛虫研究从现象和作用向过程与机制深入。未来的研究可结合物种所表现出来的功能特性（如功能基因组学、转录组学），进一步确定多种生态学过程在决定群落构建和维持生物多样性中的重要性。