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2010年—2011年山东近海石莼属绿潮藻的种类鉴定

2022-08-18 来源:年旅网
第30卷第4期 2013年8月 生物学杂志 J0URNAL OF B10L0GY V01.30 No.4 Aug,2013 doi:10.3969/j.issn.2095—1736.2013.04.024 201 0年一2O11年山东近海石莼属绿潮藻的种类鉴定 高姗姗 ,段维军 ,陈先锋 ,张慧丽 ,陈炯 ,朱水芳 (1.宁波大学海洋学院宁波315211;2.宁波出入境检验检疫局检验检疫技术中心,宁波315012; 3.中国检验检疫科学技术研究院植物检疫研究所,北京100121) 摘要:山东近海近年来连续遭遇绿潮危害,绿潮种类组成是否发生变化?尚未有研究加以解决。2010年_2Ol1 年,对山东近海海域漂浮藻进行了调查和取样,选取采集的29株漂浮石莼属样品和2株固着石莼属样品,进行了形 态学观察,并对其核糖体ITS、叶绿体rbcL基因和5S rDNA间隔序列进行了分子系统发育分析。结果表明,山东近 海石莼属绿潮由浒苔 prolifeFa、孔石莼U.pertusa和扁浒苔U.compressa共同构成,浒苔是优势绿潮藻种群,其次 为孔石莼,扁浒苔发生很少。 关键词:山东近海;石莼属;形态学;系统进化;鉴定 中图分类号:Q789 文献标识码:A 文章编号:2095—1736(2013)04—0024—05 Distinction of green tide algae Ulva sp.in the coastal waters of Shandong province during 2010・—-201 1 GA0 Shan—shan ,DUAN Wei—jun .CHEN Xian—feng . ZHANG Hui—li 。CHEN Jiong .ZHU Shui fang (1.Key Laboratory of Applied Marine Biotechnology,Ministy ofr Education,Ocean College Ningb0 University, Ningbo 3 1521 1;2.Ningbo Enty・rExit Inspection and Quarantine Bureau Technology Centre,Ningbo 3 15012; 3.Institute of Plant Quarantine,Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100121,China) Abstract:In recent years,large—scale green tides formed by unattached filamentous alga,Ulva sp.,have repeatedly occurred in Shan— dong coasts of China.Has the composition of the green tide species changed?So far,no studies have been tried to answer this ques— tion.Co ̄ect identification of the bloom species is required to understand and manage the blooms.In this study,the taxonomic status of 3 1 selected specimens from the Shandong coasts was assessed by using both morphological and molecular(ITS and rbcL sequences)da— ta.In addition.5S rDNA analyses were performed for those samples clustering in the LPP clade.Three free floating Ulva species were distinguished and described as U.prolfiera.U.pertusa and U.compressa.The U.prolifera is the dominant green tide algae species. followed by U pertusa.and compressa occurres rarely. Keywords:Shandong coast;Ulva sp.;phylogeny;morphology;identiicatfion 石莼属(Ulva sp.,以往称为石莼属和浒苔属)隶 属于绿藻门(Chlorophyta)、绿藻纲(Chlorophyeeae)、石 绿潮(Green tides)是绿藻门大型海藻暴发性增殖或高 度聚集,从而导致多方面次生危害的一种生态异常现 莼目(Ulvales)、石莼科(Ulvaceae) ,2j。广泛分布在世 象,绝大部分该类绿潮是由石莼属绿藻所造成的,现已 成为一种世界性的海洋环境问题。 界各大洋中,常生长在高低潮问带的岩石上或石沼中, 有时也可附生在大型海藻的藻体和船舶的外壳之上。 收稿日期:2013—02—20;修回日期:2013—04一O1 近年来,中国山东近海连续发生大规模绿潮灾害, 基金项目:国家自然科学基金(41276122);国家质检总局科研项目(201IIK181);浙江省科技创新团队项目(2010R50029);中国检科院科 研项目(2009JK002);宁波市社会发展科研项目(201lC50082) 作者简介:高姗姗(1986一),女,哈尔滨人,硕士研究生,从事海洋有害生物识别与检测技术研究; 通讯作者:段维军,高级农艺师,从事外来有害生物识别与检测技术研究,E.mail:weijunduan@tom.coYa。 第30卷第4期 2013年8月 生物学杂志 JOURNAL OF BIOLOGY Vo1.3O No.4 Aug,2013 对海洋生态系统、环境、资源与沿海经济造成了不同程 度的影响。2008年夏季,中国山东青岛地区经历了世 界上迄今为止规模最大的一次绿潮灾害。绿潮覆盖面 难于鉴定。近年来,根据internal transcribed spacer (ITS)片段或者large subunit of the ribulose—bisphosphate carboxylase(rbcL)等片段序列分析结果,对石莼属内 种类划分方面已经取得了长足进展 。在以往对 积13000平方公里,绿潮清理工作动用了过万人员和 1400余艘船只,清理出超过100余万吨的绿潮藻 ’ 。 2009年7月,青岛再次爆发大规模绿潮灾害,覆盖面积 达19000平方公里,持续时间超过一个月 。2010年 7月初绿潮最大覆盖面积和分布面积分别达到了530 平方公里和29800平方公里 。2011年7月,绿潮最 大覆盖面积和分布面积分别达到了560平方公里和 26400平方公里 。山东近海绿潮灾害爆发面积大, 持续时间长,大量涌入近岸海域,对渔业、水产养殖、海 洋环境、景观和生态服务功能产生了严重影响。 2008年—20o9年绿潮藻种类鉴定研究中,根据漂浮绿 潮藻高度分枝和中空的形态特征,绿潮藻被鉴定为 prol rⅡ ,根据系统进化分析研究,有研究报告指出 该绿潮藻属于 linza-procera-prol m(LPP)分枝 , 也有结合形态学观察或杂交试验结果报道其为 prol Fa ,但是Kim等的研究却指出该绿潮藻为 linza 。山东近海绿潮灾害连年爆发,其2010年和 2011年种类组成是否发生变化,对此尚未有研究予以 解决。准确地绿潮种类组成鉴定对于其防控工作开展 绿潮藻的种类鉴定是解决该类问题的首要步骤。 然而,石莼属绿藻,特别是漂浮石莼属绿藻,由于其高 度形态可塑性以及缺少可用于形态鉴定的特征,非常 以及追溯其来源具有重要意义,为此我们开展了本项 研究 表1采集石莼属样品信息 Table 1 The information of collected Ulva samples 25 第30卷第4期 2013年8月 生物学杂志 J0URNAL 0F BIOLOGY V0l_30 No.4 Aug,2013 特征与Tseng等 、Heesch等㈤、Aguilar—Rosas等㈤ 描述的孔石莼(U.pertusa)的形态特征基本一致(表2, 2.2分子系统发育分析 2.2.1 ITS和rbcL系统进化发育分析 ITS片段由870 bp左右碱基构成,而rbcL片段长 图2)。样品2010S49,共计1个,占供试样品的3.2%, 形态特征与Tseng等¨ ,Blomster等 描述的扁浒苔 度约为1270 bp。31株山东近海收集的石莼属样品被 ( compressa)的形态特征基本一致(表2,图3)。 图3扁浒苔样品2010S49的形态特征 Fig 3 Microscopic details of Ulva compressa,2010S49 a一中空管状具气泡的藻体;b一藻体细胞排列;c一叶绿体形态;d一 蛋白核。 U compmssa clade 002 图4根据石莼属rDNA.ITS序列采用邻接法构建的系统进化树 Fig 4 Phylogenetic tree of the neighbor-joining(NJ)analysis inferred from the nuclear encoded ITS regions including 5.8S rDNA of Ulva 以Ulvaria obscura和Umbraulm olivascens为外群,分枝处的数值为支 持强度值,显示支持强度大于50%的分枝强度值,1000次重复,分枝 长度表示序列变化强度。 划分到3个不同的分枝。最大的一个分枝包括18个 样品,包含2010年绿潮藻样品5株和2011年绿潮藻 样品13株,它所获得的bootstrap值分别为100/100 (ITS/rbcL);12株样品属于 pertusa分枝,bootstrap 值分别为100/100(ITS/rbcL);样品2010S49属于 compress分枝,bootstrap值分别为100/100(ITS/rbcL) (图4、图5)。 —磊 图5根据石莼属rbcL序列采用邻接法构建的系统进化树 Fig 5 Phylogenetic tree of the neighbor-joining(NJ)analysis inferred from the nuclear encoded rbcL regions of Ulva 以Ulvaria obscura和Umbraulva olivascens为外群,分枝处的数值为支 持强度值,显示支持强度大于50%的分枝强度值,1000次重复,分枝 长度表示序列变化强度。 2.2.2 5S rDNA间隔序列的系统进化发育分析 5S rDNA间隔序列片段由445 bp左右碱基构成, 根据5S rDNA间隔序列片段的分析构建了系统进化 树。18株属于LPP分枝的样品均被划分到了 pro— lifera分枝,其bootstrap支持值为100,在所采集的漂浮 27 第30卷第4期 2013年8月 生物学杂志 J0URNAL OF BIOLOGY Vo1.30 No.4 Aug,2013 样品中没有发现缘管浒苔 linza(图6)。 广————一2O11¥61A I2011¥75 lI201l869 2011¥74 莲 }l2011j8 65A r 201057 ’2011s80 prolifera 广2O11S82 一I2010S44 ’ 2f6i6 ̄56o11S66A 61Il2011¥70 2O11¥76 l2010S48 r 2O10S56 。2010S60 prolfieraAB298 ̄_8 linza HM584771 ’ linzaAB298686 ’UlinzaAB299441 图6根据石死属5S rDNA间隔区序列采用 邻接法构建的无根系统进化树 Fig 6 Unrooted neigI1h0r 0ini“g(N3)tree of the 5S rDNA spacer region of the LPP clade 分枝处的数值为支持强度值,显示支持强度大于50%的分枝强度 值,1000次重复,分枝长度表示序列变化强度。 3 结论与讨论 对于石莼属物种鉴定,仅使用形态学方法面临一 些问题。石莼属形态特征复杂,少数形态特征会随环 境的变化而变化,如U.intestinalis通常没有分枝,而 U.compressa有分枝,但是低盐或盐休克可以诱导 . intestinalis形成分枝 。同时,传统分类学家数量在逐 渐减少,针对某一特定类群专家相对更少。目前对于 石莼属种类的鉴定已经越来越多的借助于分子生物学 的方法,通过使用DNA序列分析的方法推断类群问系 统发育关系,结合形态学特征,完成物种鉴定,这一技 术弥补了传统分类方法的不足。 尽管ITS和rbcL序列能够将石莼属内大多数种类 区分开,表现出其在石莼属种类划分中的重要作用,但 对于LPP(U.1inza-procera-prolfieFa)分枝中的f / .一 za、 procera(现已被划分为 linza的同物异名) 和 prol m却无法起到很好的辨别作用。为此我们 采用了一个更加灵敏的分子标记——5S rDNA间隔序 列标记,Shimada等人的研究证实了5S rDNA间隔区对 于石莼属中LPP分枝中浒苔和缘管浒苔的准确划分有 着重要作用 。结合本实验的结果,5S rDNA间隔序 列成功地将缘管浒苔和浒苔区分开来,明确了本研究 中采集的18株漂浮样品均为浒苔 prolfieFa,浒苔仍 然是2010年_201 1年间山东近海漂浮绿潮的优势种 群。 绿潮的发生通常都是由一种或几种石莼属绿藻构 成,更好的对绿潮藻种类组成进行研究对于解决绿潮 28 问题至关重要。在本研究中,我们采用形态学观察结 合分子生物学的方法对2010年一201 1年山东近海黄 海海域绿潮藻的种类进行了鉴定。通过ITS和rbcL的 序列分析,我们发现从山东近海19个不同地点收集的 31株石莼属样品可以划分为3个不同的分枝:LPP分 枝、孔石莼分枝和扁浒苔分枝,同着藻和漂浮藻样品中 均有孑L石莼的存在。为确定LPP分枝中18株漂浮藻 的最终分类地位,我们进一步进行了5S rDNA间隔序 列的序列分析,结果发现18株漂浮藻均为浒苔f/.pro— lfiera。因此,2010年 011山东近海绿潮种类组成包 括浒苔 prolifera、孔石莼 pertusa和扁浒苔 compressa。本研究表明多种石莼属绿藻共同构成了 2010年_201 1年山东近海的绿潮灾害,其不同种类所 占比例也有所不同,该结果为进一步查明山东近海绿 潮来源提供了重要信息。绿潮藻种类组成对于绿潮发 生发展起到何种作用尚需进一步研究。 为查明本国石莼属资源,防范外来有害生物或绿 潮灾害的发生,一些发达国家,如新西兰 、日本 等 已经对其周边海域内石莼属绿藻进行了详尽的调查与 分析,明确了具体种类。石莼属绿藻迄今全世界已报 道种类约有100种 ,但中国有文献报道记载的石莼 属绿藻种类仅有10余种 。中国海岸线辽阔,气候 多变,地理跨度大,海洋资源对国家发展意义重大,很 有必要开展石莼属绿藻资源调查工作。 参考文献: [1]Hayden H,Blomster J,Maggs C,et a1.Linnaeus was right all a— long:Ulva and Enteromorpha are not distinct genera[J].European Journal of Phycology,2003,38:277—294. 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The Plant Journal,2009,58:235—245. 理化性质以及其结构、结构域等,并对其进化关系也做 了分析,结果发现它与CaGL1P同源,而CaGLIP参与辣 椒与假单胞菌相互作用也在辣椒抵抗非生物胁迫方面 有重要作用,由此我们推断BnGLIP在油菜抵抗一些生 物和非生物胁迫方面可能有重要作用。经过本文的研 究还发现BnGLIP是一个跨膜蛋白,含有信号肽区域, 这对于提取BnGLIP研究其脂肪酶活性和功能具有很 大的指导意义。 参考文献: [7]OhI S,ParkAR,BaeM S,et a1.Secretome analysis reveals anAr— abidopsis lipase involved in defense against Ahernaria brassicicola 『J].The Plant Cell Online,2005,17:2832—2847. f8]Naranju M A,Fonnent J,Rold n M,et a1.Overexpression ofArabi— dopsis thaliana LTLI.a salt-induced gene encoding a GDSL—motif li- pase,increases salt tolerance in yeast and transgenic plants l J]. Plant,Cell and Environment,2006,29:l 890—1900. [9]Ling H,Zhao J,Zuo K,et a1.Isolation and expression analysis of a GDSL—like lipase gene from Brassica napus L[J].Journal of Bio。 chemistry and Molecular Biology,2006,39:297—303. [1O]ClauB K,Baumert A,Nimtz M,et a1.Role of a GDSL lipase—like protein as sinapine esterase in Brass ̄aceae[J].The Plant Journal, 2008,53:802—813. 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