海洋微藻的分類方法學(xué)研究.pdf

1、海洋微藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，也是重要的海洋生物資源。海洋微藻遍布全球海洋的每一部分，種類多、數(shù)量大、繁殖快。海洋微藻的很多種類具有很高的經(jīng)濟價值，在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的循環(huán)中起著極其重要的作用。
　　 海洋微藻的分類是微藻各項研究的基礎(chǔ)，從19世紀(jì)以來，微藻的鑒定方法經(jīng)歷了從形態(tài)學(xué)鑒定、生理生化鑒定到分子生物學(xué)鑒定的發(fā)展，但每種方法都有局限性。對海洋微藻的分類還沒有達到對高等動植物分類的水平，例如生殖隔離和生殖方

2、式尚未應(yīng)用于海洋微藻的分類中。
　　 本研究首先在分子生物學(xué)和形態(tài)學(xué)兩方面探討了對不同海洋微藻的分類方法，然后在微藻生殖方式研究方面進行了探索：
　　 1.本研究通過單細(xì)胞把對保存的海洋微藻樣品的分子信息和形態(tài)信息聯(lián)系起來。針對長度大于20微米的海洋微藻，本研究利用單細(xì)胞PCR方法，調(diào)查了40種以微藻為主的中國南海的小型浮游生物的18S rRNA基因信息，并使之與其形態(tài)相對應(yīng)。最終結(jié)果顯示，利用這種形態(tài)與分子生物學(xué)信息結(jié)

3、合的辦法，可以把分離得到的小型浮游生物(主要是微藻)鑒定到屬的水平。研究中，我們提出了繞過海洋微藻培養(yǎng)，用分子生物學(xué)進行鑒定的新方法。
　　 2.本研究選擇微擬球藻作為典型，研究利用分子生物學(xué)方法把微藻鑒定水平提高到種的方法。由于微擬球藻屬是一種小型、簡單，并在全世界范圍廣泛分布的生物，屬于真眼點藻綱。這一屬中的物種常常在近海被發(fā)現(xiàn)，它們大小通常為2-5微米。微擬球藻通常被認(rèn)為是微小型浮游生物。我們利用平板法分離得到了一株微擬球

4、藻，提取其DNA，擴增并測序得到18S rRNA基因，rbcL基因和核糖體轉(zhuǎn)錄單元的ITS區(qū)域序列，然后構(gòu)建鄰接法(neighborjoining)(Tamura-Nei距離轉(zhuǎn)化模型)和最大簡約(maximum parsimony)算法系統(tǒng)發(fā)育樹分析其在微擬球藻屬內(nèi)分類關(guān)系。結(jié)果證明這一株微擬球藻為Nannochloropsis oceanica，表明18SrRNA基因，rbcL基因和ITS區(qū)域序列三種序列聯(lián)合使用可以成功將微擬球藻鑒定

5、到種的水平。
　　 3.微藻傳統(tǒng)的分類方法很少考慮生殖方式。生殖是微藻生活史的重要階段，影響著微藻物種的穩(wěn)定性，這是分類的重要依據(jù)。本研究利用Illumina GA測序技術(shù)對微擬球藻(N.oceanica s.Suda et Miyashita)的全基因組進行測序，揭示了微擬球藻的無性生殖方式。本研究顯示微擬球藻的基因組約30Mb，含有11，129個編碼蛋白的基因。N.oceanica的多態(tài)性核苷酸的低頻率以及與1:1(majo

6、r：minor，minor≥10)期望值的偏離，揭示了N.oceanica的核單倍性。而缺少主要減數(shù)分裂相關(guān)特異蛋白編碼基因則證明了微擬球藻(N.oceanica)的生殖方式為無性生殖。
　　 4.硅藻的有性生殖的類別反映了硅藻進化中的重要變化，這也是微藻形態(tài)學(xué)分類的一個重要根據(jù)，也可以解決海洋微藻在培養(yǎng)過程中形態(tài)變化造成的形態(tài)鑒定困難。三角褐指藻是一種針晶羽紋硅藻，被廣泛用作生物化學(xué)和生理學(xué)的研究材料，全世界三角褐指藻都屬于一

7、種，分子生物學(xué)分類的研究已開展過，但關(guān)于它的有性生殖還從未在形態(tài)上被發(fā)現(xiàn)過，有性生殖方式還未被描述過。三角褐指藻具備三種形態(tài)且可以相互轉(zhuǎn)化，對其生殖方式的觀察有助于揭示單純對其某一種形態(tài)的觀察所不能揭示的進化位置問題。在本研究中，我們觀察到了三角褐指藻細(xì)胞核在細(xì)胞之間的轉(zhuǎn)移；發(fā)現(xiàn)了兩個細(xì)胞配對，有時配對的兩個細(xì)胞其中一個的細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞中。細(xì)胞的配對起始于兩個細(xì)胞在其細(xì)胞臂頂端處鉸合，然后圍繞連接處轉(zhuǎn)動，最終并排連接在一起。將要

8、進行細(xì)胞核轉(zhuǎn)移的配對細(xì)胞可以在下殼的厚度和細(xì)胞排列方式上同有絲分裂形成的細(xì)胞對區(qū)分。我們觀察到三角褐指藻上符合Hustedt的羽紋硅藻生殖方式的第二種模型-簡化類型A，從兩個母細(xì)胞通過交配產(chǎn)生一個復(fù)大孢子：兩個配對的細(xì)胞只產(chǎn)生并釋放一個細(xì)胞；配對的細(xì)胞只能通過行為而不是外觀區(qū)別出來。這里的異配生殖是進行融合的配子活動方式的不同，其中一個保持不動，而另一個則運動著影響胞質(zhì)融合。三角褐指藻的有性生殖方式的揭示有助于理解其在硅藻中的進化位置，