全 文 :第33卷 第6期 渔 业 科 学 进 展 Vol.33,No.6
2 0 1 2年1 2月 PROGRESS IN FISHERY SCIENCES Dec.,2012
山东半岛大叶藻的抽样调查与鉴定
刘 坤1,2 刘福利2 王飞久2* 孙修涛2 汪文俊2
丁昌玲2 梁洲瑞2 李 涛2
(1上海海洋大学水产与生命学院,201306)
(2农业部海洋渔业可持续发展重点实验室 中国水产科学研究院黄海水产研究所,青岛266071)
摘 要 2011年8~10月对山东半岛大叶藻进行了调查研究,并对山东半岛大叶藻进行了分类鉴
定。结果显示,山东半岛主要存在3种大叶藻科(Zosteraceae)种类,分别是大叶藻属Zostera的大叶
藻Zostera marina L.、矮大叶藻Zostera japonica Ascherson &Graebner以及虾形藻属Phyllospa-
dix的红须虾形藻Phyllospadix iwatensis Makino。其中,大叶藻分布广泛,莱州湾、俚岛、小石岛、
楮岛、汇泉湾等地均发现有大叶藻存在,莱州湾地区大叶藻呈斑状分布,汇泉湾呈零星分布,俚岛、小
石岛、楮岛地区呈片状分布;矮大叶藻分布较少,莱州湾地区呈斑状分布,广饶地区零星分布;红须虾
形藻仅发现于青岛石老人海水浴场,呈斑状分布。调查还发现,山东半岛近海沿岸大叶藻海草场都存
在不同程度的退化和破坏,除俚岛、小石岛、楮岛的大叶藻呈片状分布以外,其他地区的大叶藻均呈斑
状分布或者零星分布。日照东港地区的海草场更是破坏严重,且本次调查范围内未发现大叶藻存在。
关键词 大叶藻 海草 ITS 分布调查 种类鉴定
中图分类号 Q949;S917 文献识别码 A 文章编号 1000-7075(2012)06-0099-07
国家公益性行业(农业)科研专项(201003068)资助
*通讯作者。E-mail:wangfj@ysfri.ac.cn
收稿日期:2012-03-28;接受日期:2012-04-25
作者简介:刘 坤(1987-),男,硕士研究生,主要从事海藻生物学研究。E-mail:hiyard@126.com,Tel:18253276101
Survey and identification of Zosteraceae along Shandong Peninsula coast
LIU Kun1,2 LIU Fu-li 2 WANG Fei-jiu2* SUN Xiu-tao2 WANG Wen-jun2
DING Chang-ling2 LIANG Zhou-rui 2 LI Tao2
(1 Colege of Aquatic and Life Sciences,Shanghai Ocean University,201306)
(2 Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries,Ministry of Agriculture,
Yelow Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Qingdao 266071)
ABSTRACT In order to further investigate the species and distribution of Zosteraceae along
the coast of Shandong Peninsula,ecological survey was performed during August~October,
2011.Based on morphological characteristics,ITS sequences were analyzed to identify the Zos-
teraceae samples.Three species were found during the survey,namely,Zostera marina L,Zos-
tera japonica Ascherson & Graebner,and Phyllospadix iwatensis Makino.Among them,Z.
marinadistributed most widely but in different patterns in each place:mottled in Laizhou Bay,
sporadic in Huiquan Bay,and in large stretches along the coast of Lidao,Xiaoshidao and Chud-
ao.Z.japonica was found in less bimass,showing a mottled distribution in Laizhou Bayand a
渔 业 科 学 进 展 第33卷
sporadic distribution in Guangrao County.P.iwatensis was found only in Shilaoren Beach in
Qingdao with a patchy distribution.The survey also revealed that seagrass beds of Zosteraceae
along Shandong Peninsula coast have been damaged and have degenerated in various degrees.A-
long the coast of Lidao,Xiaoshidao,and Chudao,Zosteraceae distributed in large stretches,
while in other surveyed areas it showed a patchy or sporadic distribution.Specificaly,seagrass
beds of Zosteraceae along Rizhao coast seemed to be completely destroyed,and none Zosteraceae
species was found.
KEY WORDS Zosteraceae Seagrass ITS Distribution survey
Species identification
海草Seagrass是生活于热带和温带海域浅水中的单子叶植物,能完全生长于沉水环境,具有完整的根、
茎、叶系统(中国湿地编辑委员会 1999)。海草在浅海地区以形成广阔草场的方式对世界范围内近海海洋生
态系统做出贡献,其中大叶藻就是典型的代表(叶春江等 2002)。中国大叶藻科Zosteraceae包含大叶藻属
Zostera和虾形藻属Phyllospadix两个属,大叶藻属包括大叶藻Zostera marina L.、丛生大叶藻Zostera cae-
spitosa Miki、具茎大叶藻Zostera caulescens Miki、宽叶大叶藻Zostera asiatica Miki、矮大叶藻Zostera japon-
ica Ascherson &Graebner;虾形藻属Phyllospadix包括黑须虾形藻Phyllospadix japonicus Makino和红须
虾形藻Phyllospadix iwatensis Makino。在我国主要分布于辽宁、河北、山东,厦门、福建、广东、广西、台湾
(范航清等 2009)。目前,对大叶藻科的研究主要集中在形态解剖学、生态学与生理学等领域(叶春江等
2002)。而对大叶藻资源的调查及其分类与分布的研究较少。近年来,山东半岛大叶藻资源的调查研究也鲜见
报道。最早在20世纪80年代初,杨宗岱等(1981)对山东沿海海草的分布、生产力及其结构与功能进行了初步
探讨;2008年,郭 栋等(2010)对山东近海沿岸大叶藻种类进行了初步调查,并发现4种大叶藻种类。之后几
年对山东半岛海草资源的调查研究未见报道。近几十年来,由于自然环境的变迁和人为因素的影响,世界范围
内大叶藻的资源都处于不断衰退之中,对大叶藻地理分布与分类的调查研究工作就有其必要性和紧迫性。为
进一步了解当前山东半岛海域大叶藻的种类与分布情况,本研究分别选取山东半岛沿岸海域8个地点对大叶
藻的生物量和分布情况做了调查研究,并在形态特征鉴定的基础上,基于ITS序列对采集的大叶藻样品进行
了分类鉴定和序列特征分析,以期为进一步开展大叶藻资源调查研究、海草场修复提供参考依据。
图1 大叶藻调查地理位置
Fig.1 Geographical locations of the Zosteraceae survey
1 材料与方法
1.1 大叶藻的调查与采集
本研究于2011年8~10月间,选取山东半岛近
海沿岸有代表性的8个地点对大叶藻进行调查并采
样(图1)。采样时植株间至少间隔2m,每个群落采
集22株植株。有些采样地点大叶藻衰退严重,适当
减少了采集植株数。日照东港地区大叶藻衰退严
重,调查未发现大叶藻群落。采集好的样品用海水
初步清洗,装入封口袋,做好标记带回实验室。
1.2 大叶藻种类形态特征鉴定
对采集的样品进行整理、拍照并制作蜡叶标本。将所有样本按照形态特征分组,然后参照《中国植物志》、
《中国海草植物》以及相关文献,对每组样品进行形态特征鉴定。鉴定结果分组编号。
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第6期 刘 坤等:山东半岛大叶藻的抽样调查与鉴定
1.3 大叶藻种类分子鉴定
1.3.1 基因组DNA提取
根据形态鉴定的结果,每个种类随机选取8个样品,提取DNA。DNA提取的试剂盒选用TIANGEN植
物基因组DNA提取试剂盒(TIANGEN,北京)。
1.3.2 PCR扩增
引物设计参考相关文献(李 渊等 2011),由上海Sangon公司合成。扩增在Life Express TC-96/G/H
(b)PCR仪上进行。反应体系:10×Buffer 5μl,dNTP 4μl,ddH2O 33.25μl,Taq酶0.25μl,DNA模版1μl,
正反向引物各1μl,总体积50μl。反应条件:94℃ 4min,94℃ 40s,56℃ 40s,72℃ 30s,40个循环,
72℃10min。
1.3.3 DNA序列测定
PCR扩增产物用1%琼脂糖凝胶电泳检测,在UVP凝胶成像系统下成像保存。PCR扩增产物以PCR引
物为测序引物进行单向测序,由上海Sangon公司完成。测得序列处理后提交至GenBank。
1.3.4 序列数据分析
供试的ITS序列在GenBank数据库中Blast检测比对,得到与其最相似序列的物种名、登陆编号及相似
率。用 MEGA软件对测得的ITS序列和从GenBank中通过Blast检索获得的参考序列进行系统发育分析,
并构建进化树,用Kimura2-parameter模式计算遗传距离,所有对位排列结果中的空位或缺失数据做完全删除
处理,进化距离分析采用近邻法(NJ,Neighbor-joining)。系统树的每个分支的统计学显著性分析以自展法进
行检验,重复次数为1 000次。
2 结果与分析
2.1 山东半岛大叶藻种类形态鉴定
根据所有样本的形态特征,将样本分成3组,并分别编号Y、S、X,其形态特征分别描述如下:
Y组,根茎匍匐,直径2~4mm,节间生有1枚先出叶和多数须根。先出叶仅具鞘而无叶片,长2~5mm,
膜质,半透明,呈闭合的套管状,顶端钝,腹侧稍凹陷,具3脉。营养枝短,具叶3~8枚;叶鞘膜质,管状,长5~
15mm,后期呈不规则的撕裂状;叶耳长约1mm,极尖;鞘内小鳞片2或4,线形,长可达50cm以上,宽3~
6mm,全缘,先端钝圆或稍具突尖;初级叶脉5~7条。
S组,根茎粗短,匍匐,直径约5mm,每节具叶1枚,纤根两条。植株基部常为一丛缠结的红棕色毛状纤维
所包围,长可达10cm;茎短缩,节间长4~5mm。叶互生,具鞘;叶鞘长可达25cm,叶耳钝尖,叶舌短,新月
形,5脉;叶片线形,长100~150cm,宽1.25~4.5mm,下部全缘,上部边缘具连续的鳍刺状齿,后部分脱落形
成断续的细齿,叶端钝;初级叶脉5条。
X组,具发达的根状茎,根茎匍匐,直径0.5~1.5mm,节间长5~30mm,节生1枚先出叶和两条纤细根。
先出叶仅具鞘而无叶片,长约2cm,边缘稍叠压,抱茎,呈半透明的膜质,无叶耳。营养枝2~4枚;叶稍长2~
10cm,边缘膜质,叶耳钝圆,长0.3~0.5mm,鞘内小鳞片2,披针形,长约1mm,叶舌明显;叶片线形,深绿色,
长5~35cm,宽1~2mm,先端钝或微凹,近基部略窄,略分叉;初级脉3条,平行,中脉与顶端增宽或分叉,侧
脉边缘生,与中脉在叶片顶端连接,脉间附束3~5条,次级脉间隔1~4mm,与初级脉垂直排列。
根据各组样本的形态特征,并参照《中国植物志》、《中国海草植物》以及相关文献,初步将3组样本(编号
Y、S、X)分别鉴定为大叶藻、红须虾形藻、矮叶大叶藻。
2.2 山东半岛大叶藻种类分子鉴定
基于形态特征的分类鉴定不仅受样本生长环境、生长时期等客观因素的影响,而且形态性状的选取和判断
受主观因素的影响也较大(李海波等 2007)。故此,基于ITS序列的鉴定技术,作者对所采集大叶藻样本进
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渔 业 科 学 进 展 第33卷
一步进行分子鉴定,以期弥补形态鉴定的局限性。分别从3组(编号Y、S、X)大叶藻样本中随机选取8株植
株,测定其ITS序列并进行比对分析。结果发现,3组大叶藻组内植株间的ITS序列相似率高达99%以上,甚
至100%,说明组内样本同属大叶藻一个种。将每组ITS序列在GenBank数据库中进行Blast比对分析,结果
发现Y、S、X组样本分别是大叶藻、矮叶大叶藻、红须虾形藻(表1),与基于形态特征的鉴定结果相同。
A.大叶藻植株的形态;B.矮大叶藻植株的形态;C.红须虾形藻植株的形态;
D.大叶藻的地下茎及根;E.矮大叶藻的地下茎及根;F.红须虾形藻的地下茎及根
A.External morphology of Z.marina L.;B.External morphology of Z.japonica Ascherson &Graebner;
C.External morphology of P.iwatensis Makino;D.Underground rhizomes of Z.marina L.;
E.Underground rhizomes of Z.japonica Ascherson &Graebner;F.Underground rhizomes of P.iwatensis Makino
图2 3种大叶藻科植株的形态、地下根茎
Fig.2 External morphology and underground rhizomes of three Zosteraceae species
表1 与大叶藻ITS序列最相似的物种
Table 1 Species from the GenBank database with the highest sequence similarity to the three Zosteraceae species
编号
Number
形态鉴定结果
Morphological identification result
GenBank最相似物种
Most similar species in GenBank
登录号
Accession number
相似率
Similarity(%)
Y 大叶藻 Z.marina L. Z.marina L. HQ445941 99
S 红须虾形藻 P.iwatensis Makino P.iwatensis Makino HQ660596 99
X 矮大叶藻 Z.japonica Ascherson &Graebner Z.japonica Ascherson &Graebner AY077991 99
另外,对3组大叶藻的ITS序列连同从GenBank下载的3个最近缘物种的ITS序列,共6个序列一起做
系统发育树,结果发现,Y、S、X 3组大叶藻几乎与各自从GenBank检索比对得到的最相似物种以100%boot-
strap值聚在一起,结合表2显示的相似率,提示这3组大叶藻应该各自与其最相近的物种为同一种大叶藻。
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第6期 刘 坤等:山东半岛大叶藻的抽样调查与鉴定
注:标星号的样本序列为作者所测,其余样品序列来自GenBank
Note:The samples marked with asterisks were examined in this study,and others are obtained from GenBank
图3 基于大叶藻ITS序列构建的NJ系统发育树
Fig.3 Neighbor-joining phylogenetic tree based on rDNA ITS region sequences of Zosteraceae
2.3 山东半岛各地大叶藻种类、生物量及生境特征
鉴于形态学和ITS序列的鉴定结果,在山东半岛共发现3种大叶藻科海草,分别是大叶藻属的大叶藻和
矮大叶藻,以及虾形藻属的红须虾形藻(表2)。其中,大叶藻分布广泛,莱州湾、俚岛、小石岛、楮岛、汇泉湾等
地均发现有大叶藻存在,莱州湾地区大叶藻呈斑状分布,汇泉湾呈零星分布,俚岛、小石岛、楮岛地区呈片状分
布;矮大叶藻分布较少,莱州湾地区呈斑状分布,广饶地区零星分布;红须虾形藻仅在青岛石老人海水浴场有发
现,呈斑状分布。调查还发现山东半岛近海沿岸大叶藻海草场都存在不同程度的退化和破坏,除俚岛、小石岛、
楮岛的大叶藻呈片状分布以外,其他地区的大叶藻均呈斑状分布或者零星分布。日照地区的海草场更是完全
破坏,本次调查未发现有大叶藻存在。调查还发现,大叶藻与矮大叶藻偏好泥与泥沙底质,而红须虾形藻偏好
砂砾与砾石底质(图4),其地下根茎生长形态差异是适应不同底质的结果。因此,对大叶藻海草床进行修复
时,评估修复海域的底质类型并选择相应修复物种,能够增加移植的成活率。
表2 山东半岛采样地点大叶藻种类分布情况
Table 2 Species and distribution of Zosteraceae along the coast of Shandong Peninsula
调查地点Investigation sites 大叶藻分布种类Species 分布特点Distribution
东营市广饶县
Guangrao County,Dongying City
矮大叶藻
Z.japonica Ascherson &Graebner
零星分布Sporadic distribution
莱州湾Laizhou Bay
大叶藻Z.marina
矮大叶藻Z.japonica Ascherson &Graebner
斑状分布,两种海草间生
Spotted distribution,two species
俚岛Lidao 大叶藻Z.marina L. 片状分布Patchy distribution
小石岛Xiashidao 大叶藻Z.marina L. 片状分布Patchy distribution
楮岛Chudao 大叶藻Z.marina L. 片状分布Patchy distribution
汇泉湾 Huiquan Bay in Qingdao 大叶藻Z.marina L. 零星分布Sporadic distribution
青岛石老人海水浴场
Shilaoren Beach in Qingdao
红须虾形藻P.iwatensis Makino 斑状分布Spotted distribution
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渔 业 科 学 进 展 第33卷
图4 3种大叶藻的生境
Fig.4 Habitat of three Zosteraceae species
3 讨论
大叶藻是北半球沿海分布最广泛的一类海草,通常在沿海或岛屿周围较浅的水域中形成广大的群落(den
Hartog 1970),是近海生态系统中重要的组成部分。大叶藻的存在不仅为其他生物提供了栖息场所和食物
来源(Philips 1984;Thayer et al. 1984),还有利于海底基质的稳定和缓冲潮流对海底沉积物的扰动(Fon-
seca et al. 1985)。而且大叶藻对环境中的重金属离子的循环也有一定的作用。在我国大叶藻的分布十分广
泛,山东、河北、辽宁沿海均可以见到。据1982年调查结果,仅莱州湾芙蓉岛附近就有大约1 334hm2的大叶藻
种群分布(中国海湾志编写委员会 1991),2002年叶春江等(2002)前去调查取样时却很少。据报道,山东省
历史上分布有5种海草,2008年郭 栋等(2010)的调查只发现4种海草。本次调查只发现3种。十几年前,
青岛沿岸大叶藻多见于水下1~2m,现在只在水下4~5m才能发现(叶春江等 2002),说明我国大叶藻群体
的种类和生物量都处于衰退之中。
导致大叶藻自然资源衰退的原因目前尚不完全清楚。研究表明,人为因素影响和自然变迁可能是主要原
因(王亚民等 2010)。本次调查中,日照东港地区大叶藻海草床几乎完全退化,究其原因主要是近几年日照近
海沿岸大规模地进行围海造田开挖养殖池,将原本丰富的大叶藻资源破坏殆尽。东营广饶县也同样存在近海
沿岸开发过度的情况,莱州湾地区斑状分布的大叶藻与矮大叶藻也面临着正在开挖的海参池的威胁;青岛汇泉
湾地区大叶藻零星分布,主要由于近岸入海的污染物大量增加,阻碍了海草正常的光合作用,造成海草床无法
正常延续;俚岛、小石岛、楮岛地区大叶藻连片分布,生物量较大,但是渔民在围网捕鱼、打桩等生产活动中会践
踏海草,影响其生长;另外,浅海海域生物多样性的破坏、气候变化和外来物种都对海草床的生长产生了影响
(王亚民等 2010)。大叶藻资源保护已经是迫在眉睫,针对当前大叶藻资源的实际状况以及造成大叶藻资源
衰退的自然和人为因素,作者建议:其一,可考虑在一些重要海草分布区划定海草床生态系统自然保护区,严格
控制人类活动对海草床的影响,从而使海草自然地恢复到受损之前的状态;其二,可在适宜的海底播种大叶藻
或移植采自健康大叶藻群体的植株,从而达到恢复海草场的目的。
总之,本研究对山东半岛大叶藻群体进行了抽样调查,并结合形态特征和分子特征对大叶藻样本进行了鉴
定和分类,初步摸清了山东半岛沿岸大叶藻的种类、分布、生物量以及生境特征。发现山东半岛大叶藻草场正
处于衰退的不利状况中。结合实际调查资料,初步分析了大叶藻海草场退化的原因,并提出了相应的建议和对
策,可为下一步大叶藻资源保护、海草场建设和近海生态环境修复提供参考。
参 考 文 献
中国海湾志编写委员会.1991.中国海湾志(第三分册).北京:海洋出版社,71
中国湿地编辑委员会.1999.中国湿地植被.北京:科学出版社,252~263
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第6期 刘 坤等:山东半岛大叶藻的抽样调查与鉴定
王亚民,郭冬青.2010.我国海草场保护与恢复对策建议.中国水产,10:24~25
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李海波,吴学谦,魏海龙,付立忠,吴庆其.2007.基于形态特征和ITS序列对7个鹅膏菌属菌株的分类鉴定,菌物研究,5(1):14~20
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郭 栋,张沛东,张秀梅,李文涛,张新军,原永党.2010.山东近海海域海草种类的初步调查研究.海洋湖沼通报,2:17~21
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《渔业科学进展》编辑部
2012年12月20日
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