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基于环境DNA宏条形码技术研究黄河三角洲典型潮沟系统鱼类多样性及其对水文连通性的响应

董志远, 陈琳琳, 张乃鹏, 陈莉, 孙德斌, 倪艳梅, 李宝泉

生物多样性 2023, 31 (7): 23073-. DOI: 10.17520/biods.2023073

摘要（1209）

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水文连通对于维护滨海湿地生物多样性至关重要, 鱼类多样性作为生物多样性的重要组成部分, 了解其对不同水文连通强度的响应具有重要意义。本研究基于环境DNA宏条形码技术(eDNA metabarcoding)检测黄河三角洲典型潮沟系统鱼类多样性, 分析鱼类物种分布对不同水文连通强度潮沟生境差异的响应特征。利用12S rRNA经典鱼类引物对采集自三级潮沟系统的水样进行高通量测序, 共检测出鱼类55种, 其中本地鱼类27种、非本地鱼类28种, 物种组成以鲈形目为主。各样点序列丰度均较高的鱼类有矛尾刺虾虎鱼(Acanthogobius hasta)、鮻(Planiliza haematocheilus)、长体刺虾虎鱼(Acanthogobius elongatus)等。鱼类多样性在不同水文连通性潮沟间差异明显, 其中, 二级潮沟群落多样性水平、丰富度指数、物种种类及各种鱼类类群中的个体均匀程度等都明显高于其他两级潮沟。RDA分析显示有6种环境因子与鱼类群落结构显著相关(P < 0.05), 分别为: 硅酸盐(SiO₃^2--Si)、硝酸盐(NO₃^--N)、酸碱度(pH值)、盐度(SAL)、铵盐(NH₄⁺-N)、溶解氧(DO)。其中, 优势种矛尾刺虾虎鱼的序列丰度与硅酸盐呈正相关, 鮻的序列丰度与盐度呈负相关。本研究通过与传统采样数据进行比较, 证实了环境DNA宏条形码技术用于监测黄河口典型潮沟水体中鱼类多样性的可行性, 表明潮沟系统水文连通性对鱼类群落结构及多样性均具有明显的影响, 研究结果有助于进一步了解滨海湿地水文连通对生物群落的影响机制。

变量 Variable	潮沟级别 Tidal creek level
变量 Variable	一级潮沟 The first-class tidal creek (S1)	二级潮沟 The second-class tidal creek (S2)	三级潮沟 The third-class tidal creek (S3)
总氮 TN (μg/L)	351.893 ± 4.857^b	361.896 ± 11.934^ab	389.191 ± 19.168^a
总磷 TP (μg/L)	15.116 ± 1.175^a	12.586 ± 0.580^b	14.975 ± 0.715^a
磷酸盐 PO₄^3--P (mg/L)	0.033 ± 0.029^a	0.008 ± 0.002^ab	0.004 ± 0.001^b
铵盐 NH₄⁺-N (mg/L)	0.039 ± 0.012^a	0.036 ± 0.004^a	0.170 ± 0.121^b
亚硝酸盐 NO₂^--N (mg/L)	0.019 ± 0.003^b	0.024 ± 0.004^ab	0.027 ± 0.004^a
硅酸盐 SiO₃^2--Si (mg/L)	0.675 ± 0.052^b	0.690 ± 0.107^ab	0.964 ± 0.222^a
硝酸盐 NO₃^--N (mg/L)	0.265 ± 0.041^a	0.238 ± 0.018^a	0.193 ± 0.017^b
温度 T (℃)	21.800 ± 1.595^b	21.450 ± 0.321^b	26.233 ± 2.850^a
溶解氧 DO (mg/L)	7.998 ± 0.804^a	6.692 ± 0.315^b	6.067 ± 1.143^b
电导率 SPC (ms/cm)	26.412 ± 0.245^b	32.538 ± 1.752^ab	36.300 ± 1.715^a
盐度 SAL	16.185 ± 0.170^b	20.362 ± 1.202^ab	22.903 ± 1.121^a
酸碱度 pH	8.408 ± 0.012^a	8.385 ± 0.021^ab	8.248 ± 0.026^b
氧化还原电位 Eh	-71.950 ± 1.104^a	-70.583 ± 1.087^a	-64.033 ± 1.219^b

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表1 黄河口潮沟环境理化指标。同行不同小写字母表示差异显著(P < 0.05)。加粗表示最大值。

正文中引用本图/表的段落

于2022年9月27日进行水样采集, 各样点采集潮沟内表层水样1 L, 沿岸每隔5 m用1 L瓶盛取1/3, 最后装满。采集后暂时保存于-20℃车载冰箱中, 24 h内带回实验室, 用三联真空抽滤装置内装0.45 μm滤膜抽滤水样。抽滤每份样品前使用75%医用酒精清洁滤瓶并用蒸馏水润洗以防止交叉污染, 以过滤等量蒸馏水作为阴性对照, 所得滤膜在提取环境DNA前于-80 ℃保存。

测定的13种环境因子指标如表1所示。通过两两比较发现, 在不同级别的潮沟组合之间, 各环境因子均至少在一组级别间存在显著差异(P < 0.05)。除总磷外, 其余各环境指标在一级潮沟与三级潮沟之间均存在显著差异(P < 0.05), 氧化还原电位、磷酸盐、电导率、盐度以及pH值存在极显著差异(P < 0.01)。一级潮沟的硝酸盐、磷酸盐、pH值和溶解氧的含量显著高于三级潮沟, 但三级潮沟的总氮、亚硝酸盐、硅酸盐、电导率、盐度均显著高于一级潮沟; 另外, 二级潮沟的总磷浓度显著低于其余两级潮沟。部分环境因子由一级潮沟至三级潮沟呈现出递增或递减的趋势。例如, 从一级潮沟到三级潮沟, 总氮、亚硝酸盐、硅酸盐、电导率以及盐度含量逐级升高, 表现为S1 < S2 < S3 (P > 0.05); 磷酸盐、铵盐、硝酸盐、溶解氧、pH值以及氧化还原电位逐级降低, 表现为S1 > S2 > S3 (P > 0.05)。

基于55种鱼类序列相对丰度矩阵计算得到各样点鱼类群落α多样性指数(表4)。各样品文库覆盖率(Good's coverage)较高, 均位于99%以上, 表明样品序列检出率高, 测序结果真实可靠。Chao 1指数和ACE指数总体上表现为S2 > S1 > S3 (P > 0.05)。Shannon指数呈现出“两头低, 中间高”的分布趋势, 即二级潮沟的Shannon指数较一级和三级潮沟高; Simpson指数与Shannon指数变化趋势一致, 即二级潮沟的多样性指数最高。

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