全 文 ：第 26卷第 3期
2006年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26，No．3
Mar．，2006
东湖螅状独缩虫(纤毛门：寡膜纲)的异质性
王爱芹 ，余育和H，张文静
(1．中国科学院水生生物研究所，武汉 430072；2．中国科学院研究生院，北京 100039)
摘要：以螅状独缩虫(Carchesium po inure Linne，1785)为研究对象 ，利用 RAPD技术对武汉市南湖、沙湖和东湖 3个湖区的螅状
独缩虫样本进行了 DNA多态性比较分析，以确认种群并期望促进微型生物种群生态学研究。结果如下：(1)从 120条随机引物
中筛选到31条有清晰扩增条带的，其中 20条引物扩增出172条条带清晰、多态性高的条带，片段大小为 100 1600bp，而其余 11
个引物扩增出59条相对多态性差的清晰条带，片段大小为 100—1500bp；(2)扩增产物经 SPSS12．0与 RAPDist~ce 1．04分析显
示，东湖世纪钟(Z)、水果湖(H)和南湖(N)3个样点构成一个分支，而东湖风光村样点(F)或独自形成一支，或与沙湖样点(S)构
成相对的姊妹分支。东湖 3个样点样本被其它湖?自样本所分隔，表明：东湖水体中螅状独缩虫个体集合为多个种群。这一发现
不仅将推动同一水体中微型生物种群生态学研究，更有意义的是可启动关于水体微型生物种群间过渡区本质及物种扩散行为
的研究 ，以期为阐明种群分化和物种形成的机制积累基础资料。
关键词：螅状独缩虫；种群；种群生态学；RAPD；东湖
文章编号：tO00．0933(2006)03。0895-06 中图分类号：Q143，Q157 文献标识码：A
Heterogeneity of Carchesium polypinum (Ciliophora：Peritriehida)in Donghu Lake
WANG Ai．Qin 一，YU Yu．He ，ZHANG Wen．Jing (1．，珊I 啪ofHydrobiology，Chinese Academy ofSciences，Wuh∞430072，China；
2．GraduateSchool ofChinese Academy ofSciences，Beifng 100039，China)．ActaEcolo#ca$inica，2006。26(3)：895 900．
Abstract：Population biology，which has been mainly studing the terrestrial animals and plants，is an important branch of ecology．
During these years，there are some researches extending to the hydrobiont populations，such as fish and shrimp populations and get
many interesting results．However，because of the ambiguity of the definition of micro-hydrobiological populations and some
hypotheses hold that al individuals of species in a lake belong to one population and free living species are cosmopolitan，the
researches in this area lagged behind that of terrestrial populations；the studies of micro-hydrobiological population are rare in
literature．In this research RAPD has been used to study the genetic diversity of Carchesium po inum populations that have been
sampled from three lakes that include Lake Donghu(D)，Lake Nanhu(N)and Lake Shahu(S)．The procured results have been
used to deduce the definition of the C．po inum populations．We used 1 20 arbitrary primers to amplify the DNA extracted from
the five C．po inure samples and from this 31 primers resulted in giving out positive bands．The result were as folowed：(1)the
20 primers produced 172 clear bands with an average of 8．6 fragments，ranging from 100bp to 1600bp，．The other 1 1 primers
produced 59 legible bands in an average of 5．4 fragments that ranged from 100bp to 1500bp；(2)Results of SPSS 12．0 and
RAPDistance 1．04 that had similar trees were composed of two paralel main branches．Samples from Shijizhong(Z)of D，
Shuiguohu(H)of D and N clustered into a branch and another sample from D-Fengguangcun(F)gathered with S or itself made
another main branch．The result that the three samples of D were separated by the samples of other lakes suggested that the
individuals of C．polypinum in D belong to several populations．This discovery wil promote the population ecology researches of
基金项目：国家自然科学基金资助项 目(30490232)；淡水生态与生物技术国家重点实验室开放课题资助项目(2005FB13)
收稿日期：2005．12．06；修订日期：2006．0l—l7
作者简介：王爱芹(1979 )，女，山东文登人，硕士生，主要从事螅状独缩虫分子生态学研究．E-mail：elairetu0921@ihb．ae．en
*通讯作者 Author for corespondence．E．mail：yhyu@ihb．ac．cn
Foundation item：The project wa$supported by the National Natural Science Foundation of China(No．30490232)；State Key Laboratory of Freshwater Ecology and
Biotechnology(20052005FB13)
Received date：2005-12-06；Accepted date：2006-01-17
Biography：WANG Ai-Qin，Master candidate，mainly engaged in Carchesium polypinum molecular ecology．E-mail：clairetu0921@ihb-ac·cn
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micro-hydrobiont，moreover，it will help study the essence of its transitional zone and the behavior of dispersal and vicaricance．
This report can dedicate to the investigations of population diferentiation and the mechanism of speciation．
Key words：Carchesium polypinum；population；population ecology；RAPD；Donghu Lake
种群是指在一定时间和一定地点内，同一物种的个体集合，是物种存在和进化的基本单位，很早以来学者
们就从不同视角对种群进行了广泛而深入的研究。Malthus于 1798年发表的《An Essay on the Principle of
Popu1ation》是第 1篇关于种群生态学的重要文献，论述了人口增长与食物供给之间的关系[x 3。D~win(物种起
源》 也有诸多动物种群的内涵。嗣后对包括人类在内的动物进行了大量的种群生态学研究，并建立了生命
表方法、关键因子分析、种群系统模型、控制作用的信息处理等研究方法。1977年，Harper在继承动物种群的
一 般原理基础上发展了植物种群生态学的基本理论和研究方法，他总结了当时植物种群几乎所有的工作，提
出了以植物生活史为纲的植物种群生态模型，撰写的《 e Population Biology of Plants)口 成为植物种群生态学
研究划时代的标志。Silvertown 的《Introduction to Plant Population Ecology)以及 Dirzo和 Samkhan 的
Perspectives on Plant Population Ecology)~t]标志着植物种群研究的兴盛。
动植物种群生态学坚实的理论基础促进其种群研究蓬勃进展，相比之下，水生生物虾类l6 州与鱼类l 副
种群的研究报道就较少。微型生物是水体生态系统中的重要结构和功能类群，可关于水体中微型生物种群的
研究就更为鲜见 n¨驯。究其原因，可能是 自然环境中微型生物种群界定非常困难和接受自由生活微生物为
世界性分布，连续水体内的同一物种属于同一个种群的假说 。本文以原生动物螅状独缩虫 (Carchesium
polypinum Linne)为对象，以南湖和沙湖样本为参考系对武汉市东湖不同湖区样本进行了RAPD分析，判断同一
湖泊中螅状独缩虫是否同质，以期促进微型生物种群生态学研究。
1 材料与方法
1．1 样本采集和处理
自2004年 l2月至2005年3月，从湖北省武汉市南
湖、沙湖和东湖 3个湖区采集螅状独缩虫样本，其中在
东湖设有风光村(F)、世纪钟(z)和水果湖(H)3个样点，
作为参考系的南湖(N)和沙湖(S)各设一个样点(图 1)。
采集的样本经清洗(去除杂质和附着的其它微型生物)
后饥饿3h(消化虫体内的食物)，在解剖镜下收集虫体，
无菌水离心洗涤 2次(8000r／min，lmin)。
1．2 DNA提取和 RAPD扩增
DNA提取方法参见缪炜等 。自Operon公司购买
的120条引物中筛选出 31条扩增效果稳定、条带清晰
的引物，其中20条引物(表 1)扩增多态效果较好，另外
11条引物(表 2)扩增多态性效果稍差，用它们对 5个样
点的模板 DNA进行扩增。25 的 RAPD反应体系中含
图 1 5个采样点分布图
Fig．1 Five sampling locations
1×Taq bufer(MBI)，2mmol／L MgC1，，3mm01／L dNTPs南湖样点(N)；沙湖样点(s)；东湖(D)的风光村(F)、世纪钟(z)和水
(MBI)，1．5 unit Taq DNA Po1ymerase(MBI)，40ng模板 果湖(H)样点Nanhu L丑 e(N)； ahu e(。)； enggu“gcun(F)’
DNA和 0．15／~m引物。反应在 94℃变性 5min后，开始 。
以下45个热循环反应：94℃，40s；38℃，50s；72℃，90s。最后在 72℃下延伸 5rnin，以 1．5％琼脂糖凝胶(含
1／~g／mL EB)电泳检验 PCR扩增产物，Image UVP凝胶处理系统观察并一次性成像。
1．3 数据处理
根据 200bp DNA Ladder(MBI)指示的标准分子量，对照反映产物在琼脂糖凝胶上的迁移率在 Lab work软
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3期 王爱芹 等；东湖螅状独缩虫(纤毛门：寡膜纲)的异质性 897
件的帮助下，依据统一标准确定片段大小，分别以 1、0代表扩增位点的有、无，采用软件 SPSS12．0(ward’s
method)进行初步分析，专业软件 RAPDistanee 1．04进行 Neighbour．joining聚类分析。
2 结果
筛选的 31条引物对采自东湖等 3个湖区共 5个
样点的螅状独缩虫种群均扩增出特异性产物，其中扩
增多态效果较好的2O条引物共扩增出 172条片段大
小为 100—1600bp的清晰条带，平均每条引物扩增出
8．6条片段，另外 11条扩增多态效果稍差的引物扩增
出59条片段大小为 100 1500bp的清晰条带，平均每
条引物扩增出 5．4条片段。二者扩增出来的片段多
态性差异较大，但扩增片断大小范围几乎没有区别。
采用软件 SPSS12．0对 31条引物扩增结果聚类分
析显示(图2)，样点 z和样点 H最先聚在一起，而同
属于东湖湖区的样点 F则远离它们，与作为参考系的
另一个湖区——样点 S聚在一起形成另一个分支。
RAPDistanee 1．04 分析结果见表 3：采用 20条引
物分析得到的样点 z和样点 H间的遗传相似值最高，
为0．6623；11条引物扩增结果分析显示这两个样点间
的遗传相似值也是最高的，为0．6570，两个结果一致，
说明 31条引物的扩增结果都真实地反应了种群间的
遗传关系，RAPD分子标记不稳定性所造成的误差应
该被避免了。此外，样点 z和样点 H与同水域的样点
F间的遗传相似值很低，20条引物分析的结果中显
示，它们问的遗传相似值分别为 0．3051和0．2980，仅
高于样点 N与样点F间的(0．2912)；而采用 11条引物
分析得到的结果显示，样点 z和样点 H与样点 F间的
遗传相似值分别为0．2982和0．2878，在5个样点间相
似性比较中最低。
采用邻接法，利用 20条引物分析得到的聚类图
(图3)和采 SPSS软件 ，利用 31条引物分析得到的聚
类图(图2)结果相同：样点 z和样点 H先聚在一起，
相似性最高，它们相继又与样点 N聚在一起形成一
支，而与它们同一个水域的样点 F是与样点 S聚在一
起，形成另一个姊妹支。采用 11条引物分析的结果
(图4)与采用20条引物和 31条引物分析的结果稍有
差异，5个样点分为两个大的支，一支中样点Z和样点
H先聚在一起，相似性最高，它们相继与参照样点 N、
裹 1 2o条随机引物序列、扩增条带数殛扩增片段大小范围
Table1 2o random primer sequences-nmnber of bands and size
of amplifiedfragments
裹2 11条随机引物序列、扩增条带数殛扩增片段大小范围
Table 2 11 random primer sequences．number of bands and size range
of amplified fragments
样点s聚在一起，而同水域的样点F单独形成一支，它与样点z和样点 H间遗传相似性也最低。
采用 Jaeeard指数分析的结果与采用 Nei指数分析得到的结果几乎相同，只是 Jaeeard指数分析得到的遗
传相似值(表4)比Nei指数分析得到的稍小，但差别不明显；但二者反映的5个样点间的遗传关系相同，分析
得到的聚类图(图3，图5，图4，图6)完全一致：东湖样点z和样点H首先聚在一起，而同水域的样点F单独或
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与样点 s聚成一支，样点 N聚在样点 z和样点 H一支，夹在东湖3个样点之间。
0 5 10 15 20 25 裹 3 采用 20条引物(右上角)和 11条引物(左下角)结果．Nei遗
图2 采用 sPss软件利用 Ward’S方法分析 31条引物结果得到的5
个样点的等级聚类图
Fig．2 Hierachical analysis dendragram of five assemblages with Ward’8
method using SPSS procedure，31 pdmers
传指数分析的5个螅状独缩虫样点间的遗传相似值
Table 3 Pairwise genetic similarity values with Nei’s coefficient of five
c．polypinum asemblages using 20 I above diagona1)and 11 I below
diagona1)random primers
3 讨论
存在地理隔离的生物群体一般被看作两个或多个种群，因为通常认为他们之间由于地理原因阻断了基因
流，造成种群的分化。但是在连续的水体内情况就比较复杂， 一方面，由于没有明显的物理隔离，通常认为连
续的水体内存在基因流，它们应该同属于一个种群，以往很多研究 也与此吻合；但另一方面，由于不同小
生境内生物所受的生存和环境等压力不同，种群内部可能存在分衍和发展，其本质与物种的系统发生过程相
似。所以同一水体内的假定的一个种群可能衍化为不同的种群，在一些极端的情况下，同一水域内的物种由于
图3 采用邻接法，Nei遗传距离分析20条引物结果得到的5个样点
的聚类图
Fig．3 Neighbor-joining dendrogram of five assemblages based on Nei’8
genetic distance using 20 primers
所受压力不同而分化成为不 同的种 ]。生物学家
Ehrlich和 Raven认为：当种群 自由交换基因时，分化
亦会发生，因为种群的各个部分经常受到不同的生态
选择压力的影响，亦能成为种群内产生适应性和多样
性的进化单位，在这种情况下就会发生本文以及很多
研究中发现的现象——同一水域内的同种生物不属
于同一个种群。
两种分析软件和 3组引物数据分析得到的结果
都显示：东湖内样点 z和样点 H之间的遗传距离最
Z
F
图4 采用邻接法。Nei遗传距离分析 l1条引物结果得到的5个样点
的聚类图
Fig．4 Neishbor—joining dendrogram of five assemblages based on Nei’S
genetic distance using 1 1 primers
衰4 采用2O条引物(右上角)和 l1条引物(左下角)结果．Jaccard遗
传指数分析的 5个螅状独缩虫样点间的遗传相似值
Table 4 Pairwise genetic similarity values th Jaccard’s coeficient of
five c．polypinum assemblages using 20(above diagona1)and 11 I below
diagona1)random primers
近，最先聚在一起，说明他们间存在比较经常的基因流，可能为同一种群。而同一个水域内的样点 F与他们之
间的遗传相似度竟然比样点 F与不同水域的样点 N及样点 S间的相似度都要低。不清楚这是由于环境压力
差异而产生的分化还是其它原因造成的，但可以肯定的是东湖 3个样点的螅状独缩虫不属于同一个种群。缪
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3期 王爱芹 等：东湖螅状独缩虫(纤毛门：寡膜纲)的异质性
炜等 在采用 18S．ITS1序列为分子标记研究中国8省市自治区的 19个螅状独缩虫种群的地理分布格局的形
成与演化时，采用邻接法和最大似然法构建的进化树都显示，东湖风光村样点(F)没有与东湖内其它4个样点
聚在北方种群一支，而是聚在南方种群一支内。
F
N
图5 采用邻接法，Jaecard遗传距离分析 2O条引物结果得到的 5个
样点的聚类图
Fig，5 Neighbet-joining dendrogram of five assemblages based on Jaccard’s
genetic distance using 20 primers
F
N
图6 采用邻接法，Jaccard遗传距离分析 ll条引物结果得到的 5个
样点的聚类图
Fig．6 Neighbor-joining dendragram of five assemblages based on Jaccard’8
genetic distance using 1 1 primers
很多学者通过对海洋对虾种群大地理范围取样 以及如 mtDNA_9 和 RAPD_1们等分子遗传标记应用的研
究显示，样点间均存在明显的遗传差异和遗传斑片化现象。鱼类种群分化也相当明显，Mamuris等[】‘ 采用同
工酶标记对红鲣研究观察到明显的差异，他们认为具有不同同工酶频率海洋生物种群混合生存是很正常的。
Jone_l 采用 RAPD分子标记发现，加拿大 Fundy国家公园湖区的溪红点鲑样本与其上游河流内的样本间基因
流非常有限，甚至是不存在。这些结果与H~bert等 ¨提出的假说相近：河流内的种群可能是由很多亚种群组
成，这些亚种群问潜在的基因流所包含的遗传变异比随机交配种群产生的变异还要大。
有限的微型生物种群研究表明，在微型生物中分化情况更为突出。Helsten等 引¨在分析两个分布区重叠
的象鼻涵种群得出：在一个很大的湖内，它们通常是分化成许多克隆，这与 Jacobs¨ 和Mort_加 研究水涵得到的
结论一致。更有甚者，Barati等 研究非洲和美洲红树林生态系统的等足动物钻孔团水虱时发现，不但种群
间存在很大差异，种群内部的个体也可能由于对环境和繁殖策略的适应机制不同而发生了分化，经过长期积
累而形成了不同的基因库。
微型生物中出现如此大的分化现象与他们繁殖快的特点密切相关，而原生动物代时更短，有的只需数小
时，因此相同时间内可获得更多的变异机会。而且，作为单细胞真核生物的原生动物个体微小，纤薄的细胞膜
直接与环境相接触，对环境变化更为敏感。本文所采用的螅状独缩虫是一种营群居的世界性分布的原生动
物，游泳体可自由迁移，可作为“原位”种群分化研究很好的模式生物，对于微型生物的分类和起源进化研究具
有事半功倍的作用。
水体内从大型鱼虾集群到微型生物的集群，从存在遗传差异到种质发生分化，最终形成不同的克隆，甚至
形成新基因库，可见水体生物种群划分相当复杂，存在很多亟待解决的问题，应尽早启动关于水体微型生物种
群生态学的研究，而利用分子生物手段和遗传学方法对水体微型生物种群生态学问题讨论也将为种群分化和
物种形成等系统学研究提供新的视角。
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