基于壳体的砂壳纤毛虫生物地理学及其对大尺度环境变化的适应性研究

Ciliated protozoa are important components of the aquatic ecosystem and play a crucial role in transferring elements and energy from low trophic levels. Tintinnids, one of the most important groups in planktonic ciliates, are suggested as models for marine plankton. Studies on their biogeography on large scale could be helpful for other marine plankton groups. However, most of the reports on tintinnid biogeography were based on the collected data previously report. Those field data on tintinnid biogeography which uses the same sampling method in continuous time series on large scale is urgently needed. This project aims at the ecology, taxonomy, and biogeography of the tintinnid communities on large scale based on samples from two sections and several sea areas (including turbid marine areas). The methodology problem of tintinnid identification in turbid areas is supposed to be resolved by Ludox-QPS which is now applied in benthic ciliates. Besides, scanning electron microscope, statistical and molecular methods will be applied in this project and the result is supposed to improve the accuracy of traditional methodology in actual marine ecology investigations.

纤毛虫原生生物是超微型与小型浮游生物之间的连接环节，在海洋微食物网内的碳循环过程中具有十分重要的地位。砂壳纤毛虫是纤毛虫中重要类群之一，可作为海洋浮游生态研究的模式类群，其生物地理学分布类型及大尺度变化研究对海洋浮游生态有很高的参考价值。但现有的砂壳纤毛虫生物地理学研究几乎均基于数据收集，急需补充大尺度范围的、连续时间序列的、方法统一的调查数据。本研究基于太平洋大尺度（断面横跨经度约90°）及多海域的样品，在连续的时间序列上研究砂壳纤毛虫生物地理分布变化，并补充以往并未报道过的几个种属的生物地理分布资料；断面起始的海域为浑浊海域，砂壳纤毛虫难以鉴定，本研究采用借助Ludox-QPS法解决这个难题。在此基础上，综合电镜实验、统计学及分子手段，鉴别同物异名种，绘制砂壳纤毛虫壳的连续谱，提高基于壳体的砂壳纤毛虫传统分类方法的准确性。

作为海洋微食物环的组成部分，纤毛虫原生生物连接微食物环与经典食物链，在海洋微食物网的碳循环和微生物碳泵中有重要作用，砂壳纤毛虫是其中重要类群之一。我们以北太平洋为主要研究海区 (含2个大尺度断面、4个海区)，研究大尺度范围内砂壳纤毛虫群落分布变化。(1)大尺度经度和纬度范围内，砂壳纤毛虫种类分布呈现连续性变化（有1种斯廷细瓮虫Steenstrupiella steenstrupii在所有海区均出现），共出现3种生物地理分布类型，分别是广布型、浅海型、暖水型，补充Coxliella和Niemarshallia 2个属更接近浅海型分布特征；（2）相距约1.6×104 Km的不同海区，砂壳纤毛虫种类有64%相同。综合种类发生、群落结构及Lagrangian模型模拟，我们推测砂壳纤毛虫可随洋流进行远距离迁移，壳体甚至可能随北赤道逆流从太平洋西部迁移至东部，但尚缺进一步研究支持，目前结论仅支持洋流距离短的两个海区砂壳纤毛虫群落可能是同源的。（3）结合大洋微型浮游生物采样中遇到的实际困难，我们将采样方法加以改进并形成相关专利，可帮助相关研究人员提高采样效率，有一定的应用前景。（4）本项目基于近100个种属的实测数据、近2000个个体显微照片及测量数据，并结合NCBI中分子生物学信息及历史文献资料，重新梳理了基于壳体的砂壳纤毛虫分类系统，首次提出了砂壳纤毛虫科的分类检索表，并绘制了10个砂壳纤毛虫连续谱，提高以壳为基础的传统分类方法的准确性，并辅助相关学者提高工作效率。（5）基于壳体口径与生态功能的关系，新提出并验证了基于壳体口径的多样性指标作为砂壳纤毛虫功能分类的有效性，验证其能很好得区分不同生境下砂壳纤毛虫群落的差异，并与环境因子有很好的响应性，对海洋生态系统中的浮游生物群落结构及功能评价提供一定的应用价值；（6）结合Ludox-QPS法、分子测序法等鉴定浑浊海域的砂壳纤毛虫种类，获得长江口砂壳纤毛虫部分数据。此外，比较并确认了砂壳纤毛虫生物量计算方法，为砂壳纤毛虫参与微生物泵碳循环补充基础资料。本结果将为砂壳纤毛虫及微型浮游动物生态调查提供改进的方法和更系统的分类依据及测量指标，并为大尺度上砂壳纤毛虫等微型浮游动物与洋流关系提供较可靠的证据。

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