【摘要】：健康的河流生態(tài)系統(tǒng)是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,也是人類社會存在和發(fā)展的基礎(chǔ)條件之一。海河流域與我國華北地區(qū)主要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域和京津城市群幾乎重合,生產(chǎn)生活用水需求巨大和水資源有限的矛盾十分突出,海河流域的河流健康狀況值得關(guān)注。本研究于2013年5月至11月,分夏秋兩季對海河流域的底棲動物現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)查,并根據(jù)群落結(jié)構(gòu)特征對該流域底棲動物的耐污值、河流健康現(xiàn)狀進(jìn)行了研究,同時研究了9種田螺的系統(tǒng)進(jìn)化和基于比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)的5種田螺適應(yīng)性進(jìn)化。主要結(jié)果如下:夏秋兩季設(shè)置408個樣點,其中有效樣點230個。共采集并鑒定出海河流域9個水系底棲動物323種,隸屬于5門8綱76科178屬。其中節(jié)肢動物59科164屬254種,環(huán)節(jié)動物共6科18屬40種,軟體動物共9科13屬27種,其他動物兩種。全流域夏季采集并鑒定底棲動物種類263種,秋季采集并鑒定底棲動物236種。夏季9個水系中,子牙河水系底棲動物種類最多(102種),徒駭馬頰河(67種)和黑龍港運東水系(68種)較少。秋季灤河水系底棲動物種類最多(111種),徒駭馬頰河最少(53種),大清河的底棲動物種類比夏季減少了35%。海河流域功能攝食類群中,優(yōu)勢類群是直接收集者,種類最少的是撕食者,大清河和海河天津干流的季節(jié)差異最明顯。整個海河流域生活型中,夏季和秋季種類最多的都是穴居者,種類數(shù)最少的是游泳者。海河流域底棲動物耐污值研究共獲得53個底棲動物類群的耐污值,其中夏季36種,秋季35種。耐污值小于2的敏感種和大于8的耐污種相對較少,位于低分段的無齒蚌屬、細(xì)蜉屬、蜉蝣屬、扁螺屬、扇囂屬和m蝦屬均可作為清潔水體的指示種,位于高分段的蘿卜螺屬、圓扁螺屬、醫(yī)蛭屬、環(huán)足搖蚊屬、枝角搖蚊屬等分類單元可作為較重污染的水體指示種,而顫蚓屬、搖蚊屬、水絲蚓屬、雕翅搖蚊屬等類群分值最高,可作為重度污染水體的指示種。采用底棲動物完整性指數(shù)(B-IBI)對海河流域河流健康進(jìn)行了評價。根據(jù)230個采樣點的夏季底棲動物完整性評價結(jié)果,海河流域達(dá)到極好和健康的樣點共68個,剩余162個樣點的健康狀況均未達(dá)到健康等級。其中山區(qū)河流樣點67個,74.6%的樣點處于健康以下狀況,平原地區(qū)河流樣點163個,68.8%的樣點處于健康以下。海河平原地區(qū)河流健康狀況稍好于山區(qū),但是流域內(nèi)河流的整體健康狀況不佳。底棲動物調(diào)查結(jié)果表明,在海河流域大型底棲動物中的軟體動物類群中,多種田螺科的種類分布非常廣泛。田螺在河流生態(tài)生態(tài)健康中扮演著重要的角色,但是人們對田螺系統(tǒng)發(fā)育研究較少,同時研究結(jié)果也存在較大分歧,因此作者對海河流域等區(qū)域的田螺科相關(guān)種類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系和適應(yīng)性進(jìn)化進(jìn)行了研究。線粒體基因組是研究物種分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的重要手段之一。本研究對東北田螺、中國圓田螺、烏蘇里圓田螺、滇池圓田螺、螺螄、牟氏螺螄、銅銹環(huán)棱螺、梨形環(huán)棱螺和方形環(huán)棱螺等9種中國土著田螺的線粒體全基因組進(jìn)行了測序,并與現(xiàn)有報道的新進(jìn)腹足總目種類的線粒體基因組進(jìn)行了比較。田螺科的線粒體基因組在新進(jìn)腹足總目中最長(16392到18544bp),堿基AT的百分比最高(平均72.5%),而且與新進(jìn)腹足總目的大多數(shù)種類相比,田螺科某些種類具有獨特的基因順序(MYCWQGE等7種t RNA的重排)。根據(jù)已有研究報道,除了蛇螺科和蟹守螺超科具有特殊基因排布順序外,其余大多數(shù)新進(jìn)腹足總目的線粒體基因排布順序相對保守,極少變異。根據(jù)48個(46種)新進(jìn)腹足總目的線粒體基因組(13個蛋白編碼基因和37個基因兩種數(shù)據(jù)集),使用最大似然法和貝葉斯法重建了本總目上述種類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,得到了相應(yīng)大拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)樹。系統(tǒng)發(fā)育樹內(nèi)的田螺科可分為三個類群:a)螺螄屬和圓田螺屬(烏蘇里圓田螺除外),b)環(huán)棱螺屬和烏蘇里圓田螺,c)東北田螺。本研究結(jié)果表明,某些圓田螺屬的種類(滇池圓田螺和中華圓田螺)似乎應(yīng)該重新劃分到螺螄屬,烏蘇里圓田螺似乎應(yīng)該被重新劃分到其他屬(可能是環(huán)棱螺屬,甚至成為一個新屬)。新進(jìn)腹足總目的高級分類階元(科級以上)中仍存在并系關(guān)系。本研究選取銅銹環(huán)棱螺、中國圓田螺、烏蘇里圓田螺、東北田螺和螺螄為研究對象,采用Illumina Hi Seq平臺對上述物種進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序,獲得了上述5個物種57254802~68596882的測序原始讀長。過濾去除低質(zhì)量讀長后,采用Trinity拼接過濾后的純凈讀長,形成轉(zhuǎn)錄本,取每條基因中最長的轉(zhuǎn)錄本作為Unigene,每個物種得到了108101~155758條Unigene。采用Nr,Nt,Pfam,KOG/COG,Swiss-prot,KEGG和GO等7種數(shù)據(jù)庫對Unigene進(jìn)行注釋。注釋成功率最高的是GO數(shù)據(jù)庫,最低的是NT數(shù)據(jù)庫。5種螺類Unigene注釋成功率最高的是烏蘇里圓田螺,為27.48%,注釋成功率最低的是銅銹環(huán)棱螺,為23.11%。采用Ortho MCL算法,得到5種田螺科螺類的直系同源基因�；谥毕低椿虻南到y(tǒng)發(fā)育拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示,烏蘇里圓田螺與銅銹環(huán)棱螺聚為一支,中國圓田螺與螺螄聚為一支,東北田螺單獨為一支。這5個種類的轉(zhuǎn)錄組系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系與線粒體系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果一致。采用分支位點模型,分別篩選出螺螄和東北田螺的正向選擇基因各5個和18個。螺螄的正向選擇基因中,OSBP1、Syt7、RAB37和Rock2等4個基因與Ca~2+的代謝調(diào)控或Ca~2+依賴型功能蛋白相關(guān),TP53I11基因與抗紫外線輻射和DNA修復(fù)有關(guān)。東北田螺的18個正向選擇基因中,Rock2、ATP7A、Eif2ak3、PARP14、EIF2D、BDH1和Kyat3等7個基因與能量代謝相關(guān),另有TTPAL基因與抗低溫脂質(zhì)過氧化相關(guān)。
【圖文】：

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017 屆博士研究生學(xué)位論文料和方法研究范圍和樣點設(shè)置研究包括組成海河流域的海河和灤河兩大主要水系內(nèi)所有二級河流及級支流。其中灤河水系位于海河流域東北部，由灤河和冀東沿海諸河系位于灤河水系西南部，由北三河、永定河、大清河、子牙河、漳衛(wèi)南頰河、黑龍港運東和海河天津段干流水系組成（圖 1-1）。

基于底棲動物的海河流域河流生態(tài)健康評價及 9 種田螺系統(tǒng)發(fā)育研究系則適當(dāng)新增樣點。d.樣點涵蓋不同級數(shù)的河流，干流和其重要布設(shè)于分叉節(jié)點附近，便于就近調(diào)查采樣。e.在城鎮(zhèn)和明確排污別布點，以研究水質(zhì)變化。f.特點均一的河段減少樣點數(shù)。上述原則，，本研究原規(guī)劃設(shè)置了 408 個采樣點，排除河道干涸、嚴(yán)重?zé)o底棲動物檢出的樣點后，實際獲得有效底棲動物樣點 230 分布最北端為內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟多倫縣上都河奶廠外（灤點為河南省新鄉(xiāng)市衛(wèi)輝市西口外村（漳衛(wèi)河水系），最西端樣點為場進(jìn)水口（永定河水系），最東端為河北秦皇島市小陳莊（灤河別為 2013 年夏季（5 月～8 月）和秋季（9 月～11 月）。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X826;Q958.8


本文編號：2671710