全 文 ：第 34 卷第 21 期
2014年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.21
Nov.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金(31170395); 教育部博士点基金(20093424110002); 安徽省高校生物环境与生态安全省级重点实验室专项基金;
重要生物资源保护和利用研究安徽省重点实验室专项基金
收稿日期:2013鄄01鄄28; 摇 摇 网络出版日期:2014鄄03鄄13
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: ylxi1965@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201301280179
李瑶,席贻龙,王爱民,牛翔翔,温新利,刘桂云.汀棠湖萼花臂尾轮虫姊妹种组成和生活史特征的时间变化.生态学报,2014,34(21):6172鄄6181.
Li Y, Xi Y L, Wang A M, Niu X X, Wen X L, Liu G Y.Temporal variation in composition of Brachionus calyciflorus complex and life history traits of
sibling species in Lake Tingtang.Acta Ecologica Sinica,2014,34(21):6172鄄6181.
汀棠湖萼花臂尾轮虫姊妹种组成和
生活史特征的时间变化
李摇 瑶,席贻龙*,王爱民,牛翔翔,温新利,刘桂云
(安徽师范大学生命科学学院, 安徽省高校生物环境与生态安全省级重点实验室, 芜湖摇 241000)
摘要:于 2011年 7月对汀棠湖水体中的萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)进行了每周 1次的采集、实验室克隆培养、DNA提
取、COI基因扩增、序列测定和分析,研究了萼花臂尾轮虫种复合体结构的时间变化;参照采样期间自然水温的波动范围(28—
32 益)和处于轻度富营养状态的汀棠湖水体中藻类和有机碎屑等的丰富程度,选择了在 28 益和 32 益等 2 个温度以及 1.0伊
106、3.0伊106和 5.0伊106个细胞 / mL等 3个较高的斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)密度下研究了轮虫姊妹种生命表统计学参数
(包括生命期望、平均寿命、世代时间、净生殖率、种群内禀增长率和后代混交率)的时间变化。 结果表明,59条序列共定义了 38
个单倍型,系统发生分析将 38个单倍型分为 2个支系,2支系间的 COI基因序列差异百分比为 13.9%—15.6%,2支系应为 2个
姊妹种(姊妹种 T1和姊妹种 T2)。 姊妹种 T1的相对丰度由第 1采集批次向第 3采集批次快速降低,至第 4采集批次时从水体
中消失;与此相反,姊妹种 T2的相对丰度却随着时间的推移而逐渐升高,但 8 月初从水体中消失。 姊妹种 T1 各生命表统计学
参数以及姊妹种 T2的世代时间、净生殖率、内禀增长率和后代混交率均随着采集批次的增加而发生显著的变化。 在较低(< 20
个 / L)的种复合体密度下,两姊妹种之间不会因为食物或空间资源等产生竞争;两姊妹种在种群内禀增长率等主要适合度参数
之间的无显著性差异(P>0.05)是它们能够共存于汀棠湖水体中的另一主要原因。 而姊妹种 T1 和姊妹种 T2 在 7 月 29 日和 8
月 5日依次从水体中消失则与它们在 1周前的净生殖率和种群内禀增长率等显著降低(P<0.05)有关。 消失时间上的差异可
能在于姊妹种 T1的所有生命表统计学参数均不受温度的显著影响(P>0.05),而姊妹种 T2的所有生命表统计学参数均随着温
度的升高而显著地增大(P <0.05)。
关键词:萼花臂尾轮虫;姊妹种;温度;食物密度;生活史特征;时间变化
Temporal variation in composition of Brachionus calyciflorus complex and life
history traits of sibling species in Lake Tingtang
LI Yao, XI Yilong*, WANG Aiming, NIU Xiangxiang, WEN Xinlin, LIU Guiyun
Provincial Key Laboratory of Biotic Environment and Ecological Safety, College of Life Sciences, Anhui Normal University, Wuhu 241000, China
Abstract: Despite their high morphological similarity, sibling species often coexist in aquatic habitats presenting a
challenge in the framework of niche differentiation theory and coexistence mechanisms. Here Brachionus calyci覲orus species
complex inhabiting Lake Tingtang, a shallow eutrophic lake, was used to gain insights into the mechanisms involved in
coexistence in sibling species. The animals were collected once a week from Lake Tingtang in July 2011, when the water
temperature increased from 28益 to 32益 . Then the animals were clonally cultured in lab, and their COI genes were
sequenced and analyzed to reconstruct the coexistence dynamics of sibling species. Forty鄄seven rotifer clones from four
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collections and two sibling species were used to calculate their life table demographic parameters including life expectancy at
hatching, average lifespan, generation time, net reproduction rate, intrinsic rate of population increase and the proportion
of sexual offspring at 28益 and 32益, and with 1.0伊106, 3.0伊106 and 5.0伊106 cells / ml of Scenedesmus obliquus as their
food, and the responses in the life table demographic parameters to water temperature, algal density and collection batch
were analyzed to explore the coexistence mechanisms. In total of 59 samples, 38 haplotypes were defined, among which 2
distinct lineages (Lineages 玉 and 域) were revealed by phylogenetic analysis. Sequence divergence was 13.9%—15.6%
between the two lineages, indicating the occurrence of two sibling species (sibling species T1 and sibling species T2). The
relative abundance of sibling species T1 in the density of the species complex decreased rapidly from the first collection to
the third collection; and in the fourth collection, the sibling species disappeared from the water body. However, the relative
abundance of sibling species T2 increased from the first collection to the fourth collection; and after a week, the sibling
species also disappeared from the water body. All the life table demographic parameters of sibling species T1, and the
generation time, the net reproduction rate, the intrinsic rate of population increase and the proportion of sexual offspring of
sibling species T2 significantly varied with increasing collection data. In the first, second and third collection, the average
lifespan, the life expectancy at hatching and the generation time of sibling species T1 were markedly longer than those of
sibling T2. In the second collection, the net reproduction rate of sibling species T1 was higher than that of sibling T2, but
the reverse was also true for the proportion of sexual offspring. In the third collection, the proportion of sexual offspring of
sibling species T1 was significantly lower than that of sibling species T2. The low density ( < 20 ind. / L) of the species
complex could not lead to compete with each other for food and space resources. Meanwhile, the similar intrinsic rate of
population increase (P>0.05) might contribute to the coexistence of the two sibling species. The disappearance of sibling
species T1 on 29 July and sibling species T2 on 5 August from the water body might be attributed to their decreasing net
reproduction rate and intrinsic rate of population increase on 22 July and 29 July, respectively. The main reason for the
difference in the time of disappearance between the two sibling species might be that all the life table demographic
parameters of sibling species T1 were not significantly affected by temperature (P>0.05), but those of sibling species T2
increased with increasing temperature (P<0.05).
Key Words: Brachionus calyciflorus; sibling species; temperature; algal density; life history characteristics;
temporal variation
摇 摇 轮虫是各类水体中广泛分布的一类浮游动物,
在水生态系统的结构组成、物质循环和能量流动过
程中具有重要的作用。 由于水环境中物理﹑化学和
生物因子等普遍具有随着时间的流逝或季节的更替
而发生变化的特点,栖息于其中的轮虫种群也会随
之发生变化[1]。 为了解自然水体中轮虫种群遗传结
构的时间变化,King和 Zhao[2]、G佼mez等[3]和江东海
等[4]运用等位酶电泳技术,Ortells 等[5] 和董云伟
等[6]运用 COI 基因序列测定和分析技术,项贤领
等[7]应用随机扩增多态 DNA(RAPD)技术,程新峰
等[8]应用 rDNA ITS序列测定和分析技术,研究了褶
皱臂尾轮虫(B. plicatilis)和萼花臂尾轮虫等种群遗
传结构的月份或季节变化。 考虑到轮虫具有较短的
生命周期和潜在的种群快速变化能力,King[9]首次
对盖氏晶囊轮虫(Asplanchna girodi)进行每周 1 次的
采样和克隆培养,运用等位酶电泳技术研究了其种
群遗传结构的快速变化。 之后, Li 等[10] 和温新
利[11]也通过每周采样 1 次,运用 COI 基因序列测定
和分析技术分别研究了北京西海和芜湖市镜湖水体
中萼花臂尾轮虫种群遗传结构的快速变化。
近几年来,有关分子生物学研究和生殖隔离实
验结果均表明,萼花臂尾轮虫实际上是一个种复合
体[8, 12鄄16]。 因此,有理由推测亚热带浅水湖泊中萼
花臂尾轮虫也是一个种复合体;但种复合体结构的
时间变化格局如何仍有待研究。 如果种复合体内若
干个姊妹种在一定时间内共存,则它们的种群内禀
增长率等主要适合度参数之间可能存在无显著性差
异;因为在浅水湖泊中,特定时间内较低的种复合体
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密度下姊妹种之间不会因为食物或空间资源等产生
竞争。 如果各姊妹种在各特定时间内依次从水体中
消失,则可能与它们的净生殖率和种群内禀增长率
等随着水温等环境因子的时间变化而发生显著的变
化有关。 因此,开展轮虫种复合体结构和各姊妹种
生态特征的时间变化研究,将有助于理解轮虫种复
合体结构的时间变化格局和机制,特别是在特定时
间内姊妹种共存等的生态学机制。
本文以安徽省芜湖市汀棠湖中的萼花臂尾轮虫
为对象,自 2011年 7月 8日起,通过每周 1次的轮虫
采集,实验室克隆培养,DNA提取,COI 基因扩增、序
列测定和分析等技术研究了轮虫种复合体结构的时
间变化;参照采样期间自然水温的波动范围(28—32
益),同时考虑到处于轻度富营养状态的汀棠湖水体
中藻类和有机碎屑等轮虫食物较为丰富[17],本研究
选择了在 28 益和 32 益等 2 个温度以及 1.0伊106、
3.0伊106和 5.0伊106个细胞 / mL 等 3 个较高的斜生栅
藻密度下研究了轮虫姊妹种生命表统计学参数的时
间变化,旨在揭示亚热带浅水湖泊中萼花臂尾轮虫
种复合体结构的时间变化及其生态学机制。
1摇 材料与方法
1.1摇 轮虫的采集与培养
实验用萼花臂尾轮虫于 2011 年 7 月采自芜湖
市汀棠湖。 自 7 月 8 日起每周采集 1 次,直至轮虫
从水体中消失为止(8 月 5 日)。 期间,分别于 8 日、
15日、22日和 29 日共采得轮虫 4 批。 本文按采得
的时间顺序依次把它们定义为第 1 批次、第 2 批次、
第 3批次和第 4 批次。 采样后,随机挑取带卵的萼
花臂尾轮虫非混交雌体,于(25依1)益、自然光照(光
照强度约 1300 lx)条件下进行克隆培养。 轮虫培养
液采用 Gilbert 配方[18],所用的饵料为 HB鄄 4 培养
基[19]培养的、处于指数增长期的斜生栅藻。 最终被
成功进行克隆培养的轮虫克隆数为 59 个。 待轮虫
繁殖至较高密度时,将每个克隆中的 50—100 个个
体取出,经饥饿处理 24 h,64 滋m 筛绢过滤收集,无
菌水冲洗后转移至 EP 管中,-20 益处理 20 min 至
轮虫死亡,6000 r / min 离心 5 min 去除上清,-80 益
保存用于分子生物学研究;剩余个体继续培养用于
生命表实验研究。
1.2摇 DNA提取、PCR扩增、基因序列测定和分析
使用WizardTM基因组 DNA纯化试剂盒(Promega,
USA)提取总 DNA。 具体方法为:将轮虫从-80 益中
取出,加入 30 滋L预冷的核裂解液,56 益水浴 1 h,室
温冷却,加入 10 滋L 预冷蛋白沉淀液,剧烈震荡 2
min,15000 r / min离心 10 min;吸取上清液到新离心
管中,加入等量异丙醇和微量糖原混匀,15000 r / min
离心 10 min,沉淀经 70%乙醇洗涤 1 次,干燥后加入
20 滋L TE溶解,4 益保存备用。
COI基因序列扩增反应在 MJ Research 公司生
产 PTC鄄 100TM 扩增仪上进行。 COI 基因扩增的
PCR 反应体系为: 10 伊 Buffer 2. 5 滋L, 25 mmol / L
MgCl2 3.3 滋L,dNTP 2 滋L,两条引物(10 滋mol / L)各
0.5 滋L,DNA 模板 3 滋L,Taq 酶 2 U,ddH2O 补足至
25 滋L。 COI 基因扩增 PCR 反应程序为:94 益预变
性 5 min;94 益变性 30 s,50益退火 30 s,72 益延伸
1 min,循环 35 次;之后 72 益充分延伸 10 min,4 益
保存。 COI 基因扩增引物由宝生物工程有限公司
(大连)合成,序列为 HCO2198(5忆鄄TAAACTTCAGGGTG
ACCAAAAAATCA鄄3忆) 和 LCO1941 ( 5忆鄄GGTCAA
CAAATCATAAAGATATTGG鄄3忆) [20]。 PCR 产物经纯
化试剂盒(Tiangen)纯化后,连接到 pMD 19鄄T 载体
(Takara),转化至 E. coli 中。 挑取典型的阳性菌落
至南京金斯瑞生物科技有限公司测序,测序使用
ABI 3730测序仪。
采用 CLUSTAL X(1.8)软件[21]进行序列对位排
列,并辅以人工校对;用 DNASTAR 软件计算两两序
列的差异百分比。
系统发生树的构建方法与项贤领等[14] 基本
相同。
1.3摇 生命表实验和相关参数的定义与计算
根据 COI序列差异百分比和系统发生关系分析
结果,分别以第 1、2和 3批次中的姊妹种 T1 仅有的
8个、5个和 1个克隆,第 3 批次中的姊妹种 T2 仅有
的 3 个克隆,加之从第 1、2 和 4 批次中随机选取的
姊妹种 T2 各 10 个克隆(共 47 个克隆)用于生命表
统计学参数研究。 实验设 28 益和 32 益等 2 个温度
以及 1.0伊106、3.0伊106和 5.0伊106个细胞 / mL 等 3 个
斜生栅藻密度。 实验前,将 47 个轮虫克隆分别置于
6个温度鄄食物密度组合条件下进行为期 1 周的预培
养,预培养在光照培养箱中进行,光照强度约 1300
lx。 预培养过程中,每 12 h 悬浮 1 次沉积于试管底
部的藻类食物;每 24 h 更换轮虫培养液并投喂饵料
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1次,同时除去一部分个体使轮虫种群始终处于指数
增长期。
实验时,从预培养 1 周后的各轮虫克隆中吸取
若干个带卵的非混交雌体,分别置于和预培养条件
相同的玻璃杯中进行培养;期间,每隔 4 h观察 1次,
由此获得若干个龄长小于 4 h 的轮虫幼体用于生命
表实验。 实验在 8 mL的玻璃杯中进行,轮虫培养液
体积为 5 mL。 每个玻璃杯中培养的轮虫幼体为 10
个,分别来自 10个轮虫克隆所产的龄长小于 4 h 的
幼体(第 1、2 和 3 批次中的姊妹种 T1 来自仅有的 8
个、5个和 1个克隆,第 3批次中的姊妹种 T2来自仅
有的 3个克隆);实验设 5 个重复。 实验条件与预培
养相同。 实验过程中,每隔 8 h 观察 1 次,计数各玻
璃杯中轮虫母体的存活数和孵化出的幼体数,并移
去死亡个体;将孵化出的幼体转移至另一个玻璃杯
中在同样条件下继续培养,待其携卵后确定雌体类
型;观察的同时用微吸管悬浮沉于杯底的藻细胞;每
隔 24 h更换培养器皿和培养液并投喂食物 1次。 实
验至全部个体死亡时为止。
生命表统计学参数的定义和计算方法与刘宁
等[22]基本相同。
1.4摇 数据处理和分析方法
采用 SPSS 16.0 统计分析软件对生命表统计学
参数进行统计分析。 对所得的各生活史参数进行正
态分布检验后,对符合正态分布的数据进行方差分
析。 运用三因素方差分析法分析温度、食物密度、批
次及其交互作用对轮虫各姊妹种各生命表统计学参
数的影响,以及温度、食物密度、姊妹种及其交互作
用对轮虫各批次各生命表统计学参数的影响,采用
多重比较(SNK鄄q 检验法)分析 2 温度间、3 食物密
度间、3或 4批次间轮虫各姊妹种各生活史参数的差
异显著性,以及各批次 2 轮虫姊妹种间各生活史参
数的差异显著性。
2摇 结果与分析
2.1摇 COI基因序列特点和姊妹种组成
扩增所得 COI 基因部分序列长度为 661 bp,其
中变异位点、多态位点和简约信息位点分别为 131
个、40个和 91 个;59 条序列共定义 38 个单倍型,其
中共享单倍型 4个(表 1,表 2)。
表 1摇 汀棠湖萼花臂尾轮虫各批次的采集信息和克隆数
Table 1摇 Details of sampling date, population code and number of
sequenced clones (n) found in each collection from Lake Tingtang
采样批次
Collection batch
采样时间
Collection date
种群代号
Population code
克隆数
n
1 07鄄08 YA 22
2 07鄄15 LB 16
3 07鄄22 LC 4
4 07鄄29 LD 17
表 2摇 汀棠湖萼花臂尾轮虫共享单倍型及其克隆
Table 2摇 Shared haplotypes and clones found in each collection from
Lake Tingtang
共享单倍型
Shared haplotypes
克隆
Clones
SH1 YA22, YA10, YA20
SH2 YA11, LD34
SH3 YA29, LB18, LB21, LB44
SH4
YA26, YA19, YA6, YA31, YA14, YA21,
LB5, LB41, LB35, LC1, LC2, LC11,
LD4, LD9, LD20, LD21
运用贝叶斯法、最大似然法、最大简约法和邻接
法构建的系统发生树的拓扑结构基本一致(图 1)。
38个单倍型以较高置信度聚合为 2 个支系:支系玉
和支系域。
所有 38 个单倍型间序列差异百分比为 0—
15郾 6%,平均为 8郾 27%。 支系玉和支系域内部 COI
基因部分序列差异百分比分别为 0—1郾 2%和 0—
1郾 1%,支系玉和支系域间的序列差异百分比为
13郾 9%—15郾 6%。 根据李化炳等[13]和 Xiang 等[15,23]
对芜湖市几个水体中萼花臂尾轮虫姊妹种间的交配
实验和 COI基因部分序列分析结果,本研究中的支
系玉和支系域应属不同的姊妹种,分别命名为姊妹
种 T1和姊妹种 T2。
汀棠湖中,萼花臂尾轮虫种复合体内两姊妹种
的相对丰度随着时间的推移而呈现快速变化的特
点。 姊妹种 T1 的相对丰度由第 1 批次向第 3 批次
快速降低,直至第 4 批次从水体中消失;与此相反,
姊妹种 T2的相对丰度却随着时间的推移而逐渐升
高(图 2)。
汀棠湖中,萼花臂尾轮虫两姊妹种的遗传多样
性并不随采集时间的推移而呈现出规律性的变化
(表 3)。
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图 1摇 基于萼花臂尾轮虫 59条 COI基因部分序列构建的系统发生树
Fig.1摇 Phylogenetic trees based on partial sequences of 59 COI genes of B. calyciflorus
表 3摇 汀棠湖萼花臂尾轮虫两姊妹种种群的克隆数(n)、单倍型多样性(h)和核苷酸多样性(p)
Table 3 摇 Number of clones ( n), haplotype diversity ( h) and nucleotide diversity ( p) of the two B. calyciflorus sibling species from
Lake Tingtang
种群代号
Population code
姊妹种 T1 sibling species T1
n h p
姊妹种 T2 sibling species T2
n h p
YA 8 0.893依0.111 0.00351依0.00090 14 0.835依0.101 0.00271依0.00066
LB 5 1.000依0.126 0.00787依0.00156 11 0.891依0.074 0.00374依 0.00071
LC 1 - - 3 0.000依0.000 0.0000依0.00000
LD 0 - - 17 0.956依0.044 0.00372依0.00069
图 2摇 汀棠湖萼花臂尾轮虫两姊妹种的相对丰度
Fig.2 摇 Relative abundance of the two sibling species in B.
calyciflorus complex from Lake Tingtang
2.2摇 两姊妹种的生命表统计学参数
基于 2温度和 3 食物密度下、各批次采自汀棠
湖中的萼花臂尾轮虫 2姊妹种的存活率和繁殖率算
得的各生命表统计学参数列于图 3。
三因素方差分析表明,温度对轮虫姊妹种 T1 各
生命表统计学参数均无显著的影响(P>0.05),但对
轮虫姊妹种 T2 各生命表统计学参数均有极显著的
影响(P<0.01);食物密度对 2 姊妹种各生命表统计
学参数均有极显著的影响(P<0.01);批次对姊妹种
T1各生命表统计学参数均有极显著的影响 ( P<
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0郾 01),对姊妹种 T2 的世代时间、净生殖率、内禀增 长率和后代混交率有显著的影响(P<0.05)(表 4)。
图 3摇 2温度和 3食物密度下各批次采集的萼花臂尾轮虫 2姊妹种出生时的生命期望、平均寿命、世代时间、净生殖率、内禀增长率和后代混
交率(均数依标准误)
Fig.3摇 Life expectancy at hatching, average lifespan, generation time, net reproductive rate, intrinsic rate of population increase and
proportion of sexual offspring of two sibling species in B. calyciflorus complex collected at four batches from Lake Tingtang and cultured at
two temperatures and three food levels (Mean依SE)
摇 摇 轮虫各生命表统计学参数对升高的温度和食物
密度以及增加的采集批次的反应在 2 姊妹种间存在
着差异。 姊妹种 T1 的所有生命表统计学参数均不
受温度的显著影响(P>0.05),而姊妹种 T2的所有生
命表统计学参数均随着温度的升高而显著地增大
(P<0.05)。
轮虫 2姊妹种的平均寿命、出生时的生命期望
和后代混交率对升高的食物密度的反应相似,均表
现为 1.0伊106个细胞 / mL和 3郾 0伊106个细胞 / mL食物
密度下较短或较低,5.0伊106个细胞 / mL 食物密度下
较长或较高。 姊妹种 T1的世代时间、净生殖率和种
群内禀增长率以及姊妹种 T2 的净生殖率均随着食
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物密度的升高而延长或增大;而姊妹种 T2 的世代时
间在 1.0 伊106和 3.0伊106个细胞 / mL 食物密度下较
短,5.0伊106个细胞 / mL 食物密度下较长;姊妹种 T2
的种群内禀增长率在 1.0伊106个细胞 / mL 较低,在
3郾 0伊106和 5.0伊106个细胞 / mL食物密度下较高。
表 4摇 温度、食物密度和采集批次对轮虫 2姊妹种出生时的生命期望、平均寿命、世代时间、净生殖率、内禀增长率和后代混交率的影响(三因素
方差分析)
Table 4摇 Results of three鄄way analysis of variance (ANOVA) performed for life expectancy at hatching, average lifespan, generation time, net
reproductive rate, intrinsic rate of population increase and proportion of sexual offspring of two B. calyciflorous sibling species collected from
three / four batches and cultured at two temperatures and three food densities
因子
Factor
生命期望
Life expectancy
at hatching
平均寿命
Average
lifespan
世代时间
Generation time
净生殖率
Net reproductive
rate
内禀增长率
Intrinsic rate of
population increase
后代混交率
Proportion of
sexual offspring
姊妹种 T1 Sibling species T1
温度 Temperature (A)
食物密度 Food level (B) ** ** ** ** ** **
批次 Batch (C) ** ** ** ** ** **
A伊B ** **
B伊C * ** **
A伊C * * **
A伊B伊C
姊妹种 T2 Sibling species T2
温度 Temperature (A) ** ** ** ** ** **
食物密度 Food level (B) ** ** ** ** ** **
批次 Batch (C) * ** ** **
A伊B ** ** * ** *
B伊C ** ** ** **
A伊C *
A伊B伊C ** **
摇 摇 ** P<0.01,* P<0.05, P>0.05
摇 摇 轮虫姊妹种 T1的后代混交率以第 1 批次最高,
第 2批次最低;其它所有生命表统计学参数均以第 2
批次较大,第 1和第 3批次较小。 姊妹种 T2 的平均
寿命和出生时的生命期望不受采集批次的显著影响
(P>0.05);世代时间以第 2 批次显著长于第 3 和第
4批次,但三者均与第 1 批次间无显著的差异;净生
殖率以第 1和第 3批次较高,第 2 和第 4 批次较低;
种群内禀增长率以第 1—3 批次较高,第 4 批次较
低;后代混交率均以第 1和第 2 批次较高,第 3 和第
4批次较低。
分别对前 3个批次轮虫各生命表统计学参数所
作的三因素方差分析结果表明,姊妹种对各个批次
轮虫的平均寿命、生命期望和世代时间均有显著的
影响(P<0.05);对第 2 批次轮虫的净生殖率有显著
的影响(P<0.05),对第 2 和第 3 批次轮虫的后代混
交率均有显著的影响(P<0.05)(表 5)。
第 1、2和 3 批次中,姊妹种 T1 的平均寿命、出
生时的生命期望和世代时间均显著长于姊妹种 T2;
第 2批次中,姊妹种 T1的净生殖率显著高于姊妹种
T2,后代混交率则相反;第 3批次中,姊妹种 T1 的后
代混交率显著低于姊妹种 T2。
3摇 讨论
3.1摇 轮虫姊妹种的甄别
COI基因序列特别适用于轮虫种类识别(包括
形态上难以区分甚至不可能区分的、同域性分布的
姊妹种)、种内变异和系统地理学等研究[13, 15, 24鄄25]。
其它分子标记,如 16S rRNA 序列和 ITS 序列也曾被
用于单巢目轮虫的系统发生分析和姊妹种识别研
究[12,26鄄29];但它们与 COI基因序列相比,种间的序列
分化程度较低。 应用 ITS 序列甄别同域性分布的萼
花臂尾轮虫姊妹种时,无法对个别轮虫克隆的姊妹
8716 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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种归属进行准确的判断[13]。 因此,本研究以 COI 基
因序列为标记,对同一水体中分布的萼花臂尾轮虫
姊妹种进行了甄别。
表 5摇 温度和食物密度对 3个批次萼花臂尾轮虫 2姊妹种各生命表统计学参数的影响(三因素方差分析)
Table 5摇 Results of three鄄way analysis of variance (ANOVA) performed for life expectancy at hatching ( e0 ), average lifespan ( LS),
generation time (T), net reproductive rate (R0), intrinsic rate of population increase ( rm) and proportion of sexual offspring (PS) of two B.
calyciflorous sibling species collected from three batches and cultured at two temperatures and three food densities
因子 Factor
生命期望
e0
平均寿命
LS
世代时间
T
净生殖率
R0
内禀增长率
rm
后代混交率
PS
第 1批次 The first batch
温度 Temperature (A) ** ** * ** **
食物密度 Food level (B) ** ** ** ** ** **
姊妹种 Sibling species (C) ** ** **
A伊B * ** *
B伊C **
A伊C ** **
A伊B伊C
第 2批次 The second batch
温度 Temperature (A) * *
食物密度 Food level (B) ** ** ** ** ** **
姊妹种 Sibling species (C) ** ** ** ** **
A伊B ** **
B伊C ** ** * ** **
A伊C ** ** * * * *
A伊B伊C *
第 3批次 The third batch
温度 Temperature (A) ** ** ** **
食物密度 Food level (B) ** ** * ** ** **
姊妹种 Sibling species (C) ** ** ** **
A伊B ** ** * ** ** **
B伊C ** ** ** ** ** **
A伊C
A伊B伊C * * **
摇 摇 ** P < 0.01,* P < 0.05, P > 0.05
摇 摇 已有研究结果表明,萼花臂尾轮虫姊妹种之间
的 COI 基因序列差异为 7.2%—26.8%[12鄄13, 15, 23],褶
皱臂尾轮虫姊妹种 ( B. plicatilis、 B. ibericus 和 B.
rotundiformis)之间的 COI 基因序列差异为 22.8%—
25.6%,螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)姊妹种之
间的 COI基因序列差异为 4.4%[26]。 本研究中,支系
玉和支系域间的序列差异百分比为 13.9%—15郾 6%。
根据李化炳等[13]、Xiang 等[15, 23]对芜湖市几个水体
中萼花臂尾轮虫姊妹种间的交配实验和 COI 基因部
分序列分析结果,支系玉和支系域应属不同的姊
妹种。
3.2摇 轮虫姊妹种组成和生态特征的时间变化格局
秋季的北京西海中,萼花臂尾轮虫姊妹种 A 和
B仅在第 1 批次的采集中共存;相对丰度较低的姊
妹种 B 在第 2 批次的采集中即从水体中消失[10]。
冬春季(2008 年 12 月 30 日—2009 年 4 月 5 日)的
芜湖市镜湖中,萼花臂尾轮虫两姊妹种长时间共
存[11]。 西班牙地中海海滨池塘中,褶皱臂尾轮虫种
复合体由几个姊妹种组成,部分姊妹种的分布在时
间上重叠(共存) [3, 5]。 本研究中,萼花臂尾轮虫种
复合体内两姊妹种的相对丰度随着时间的推移而呈
现快速变化的特点。 姊妹种 T1 的相对丰度由第 1
批次向第 3 批次快速降低,至第 4 批次从水体中消
失;与此相反,姊妹种 T2 的相对丰度却随着时间的
9716摇 21期 摇 摇 摇 李瑶摇 等:汀棠湖萼花臂尾轮虫姊妹种组成和生活史特征的时间变化 摇
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推移而逐渐升高,至 8月 5 日从水体中消失。 可见,
种复合体结构的时间变化格局可能因水体和轮虫种
类的不同而异,但同一水体中的姊妹种共存可能是
一个普遍现象。
汀棠湖中,萼花臂尾轮虫不仅在姊妹种组成上
具有快速变化的特点,姊妹种 T1 各生命表统计学参
数以及姊妹种 T2 的世代时间、净生殖率、内禀增长
率和后代混交率等也均具有明显的快速变化格局。
由于轮虫各姊妹种均由若干个基因型不同的克隆组
成,各姊妹种种群遗传结构也随着时间的推移而发
生显著的变化,因此,本研究所揭示的轮虫生活史等
生态特征的快速变化格局主要由遗传因素决定。
3.3摇 姊妹种组成快速变化的生态学机制探讨
从种群生态学和进化生态学等的角度来看,姊
妹种共存的前提是各种群至少应在竞争能力和个体
适合度等方面相同,或具有明显的生态位分化,或自
然水环境的多变不足以形成稳定的环境而导致种群
间的竞争。 相反,随着季节的变化,共存的姊妹种的
相继消失则意味着其在竞争能力或个体适合度等方
面可能处于劣势。 自然水体中褶皱臂尾轮虫种复合
体可在短时间内达到较高的密度[30鄄31],据此推测其
姊妹种之间可能存在着资源竞争[32]。 尽管实验室
研究发现 B. plicatilis、B. ibericus 和 B. rotundiformis
等 3个个体较小但存在形态差异的姊妹种之间可产
生资源竞争[33],对温度和盐度的适应性、在资源利
用和防捕食能力等方面的差异也解释了种间竞争的
结局[33鄄35];但实验室研究和野外调查发现生态特化
(姊妹种的生态位分化)是其共存的主要原因[3,5]。
同样,B. plicatilis 和 B. manjavacas 等形态和大小高
度相似的姊妹种共存的原因,在于其对升高的盐度
的不同反应造成了它们的生态位分化,导致了它们
的共存[36]。
汀棠湖中,萼花臂尾轮虫种复合体的密度在 7
月份较低( <20 个 / L) [11];如此低的密度下,两姊妹
种之间应不会因为食物或空间资源等产生竞争;两
姊妹种在种群内禀增长率等主要适合度参数之间的
无显著性差异是它们能够共存于同一水体中的另一
主要原因。 而姊妹种 T1 和姊妹种 T2 在 7 月 29 日
和 8月 5日依次从水体中消失则与它们在 1 周前净
生殖率和种群内禀增长率显著降低有关。 消失时间
上的差异可能在于姊妹种 T1 的所有生命表统计学
参数均不受温度的显著影响,而姊妹种 T2 的所有生
命表统计学参数均随着温度的升高而显著地增大。
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