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基于DNA宏条形码技术分析香螺食性
贺加贝, 柯可, 孙海明, 胡丽萍, 赵晓伟, 王文豪, 赵强
生物多样性    2025, 33 (1): 24403-.   DOI: 10.17520/biods.2024403
摘要   (336 HTML7 PDF(pc) (575KB)(360)  

底栖动物是海洋生态系统的重要组成部分, 在调控海洋生态系统的物质循环和能量流动过程中扮演了关键角色。腹足类动物通过捕食与被捕食行为调控着底栖生态系统的稳定性, 研究腹足类生物的食性有助于我们理解这一调控过程。香螺(Neptunea cumingii)是我国北方海域一种重要的腹足类动物, 具备极高的生态价值和经济价值。但是, 我们对其食性组成及生态功能的了解并不透彻。因此, 有必要探明自然条件下香螺现场食物组成, 提升对腹足类动物在我国北方海域底栖生态系统中所起调控作用的认识。本研究借助4份野生香螺胃含物样品, 以18S rDNA V4区和V9区为标靶, 利用DNA宏条形码技术对其胃含物真核生物进行分析。结果显示, 在4个样品中, 18S rDNA V4区和V9区共分别获得265,161条和221,998条高质量序列, 分别占各自原始序列的93.16%和86.54%, 分别注释到141个和490个OTUs; 虽然18S rDNA V4区获得的优质序列数及占比均更高, 但其注释到的物种数比18S rDNA V9区偏少。两个可变区所有OTUs分属17个门类, 包括动物界10门、真菌界5门、植物界1门, 以及SAR超类群, 包括不等鞭毛生物(Stramenopiles)、囊泡虫(Alveolates)和有孔虫(Rhizaria); 在纲水平上, 腹足纲、辅鳍鱼纲、吸虫纲和色矛纲相对丰度在两个可变区中均排名前十; 在OTU水平上, 两个可变区中3个以上样品中均有检出的物种仅分别占5.67%和8.08%, 且其共同属于软体动物门、脊椎动物亚门、子囊菌门及SAR超类群。总体上, 18S rDNA V4区和V9区两段DNA条形码分析结果显示, 香螺胃含物中真核生物种类丰富, 包括动物(如环节动物、节肢动物、软体动物)、真菌、植物和原生生物, 其中最丰富的类群是腹足类、鱼类、吸虫和真菌。在多个样本中只检测到一小部分共有OTUs, 这表明不同香螺摄食种类多变。结果表明, 香螺现场食性是一种机会主义捕食者, 动物尸体及海底沉积物可能是香螺自然状态下主要食物来源, 但同时其具备一定的清理附着生物潜能及植食性能力, 饵料可驯化性较强。其饵料组成受生存微环境影响较大, 具备一定的饵料驯化潜力。研究结果为深入了解香螺在海洋生态系统中的作用提供了数据支持, 并为香螺人工养殖饵料配比研究提供了新见解。



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图3 香螺胃含物不同样品中OTUs分布韦恩图(S1‒4代表不同样品)。(a) 18S rDNA V4区; (b) 18S rDNA V9区。
正文中引用本图/表的段落
利用18S rDNA V4区作为标志物, 在3个以上样品中均有发现的OTU数为8个, 占鉴定出的OTU总数的5.67%, 只在1个样品中发现的OTU数为75.89%, 在3个以上样品中均有检出的样品分属于软体动物门、脊椎动物亚门、子囊菌门及SAR超类群(图3a); 以18S rDNA V9区作为标志物, 在3个以上样品中均有发现的OTU数为8.08%, 只在1个样品中发现的OTU数为74.75%, 在3个以上样品中均有检出的样品分属于软体动物门、脊椎动物亚门、线虫动物门、子囊菌门、担子菌门及SAR超类群(图3b)。
运用UPARSE软件(Stackebrandt & Goebel,1994; Edgar, 2013)进行操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)聚类分析(相似度需达到97%), 选取每个OTU中丰度最高的序列作为该OTU的代表序列, 使用BLAST与GenBank数据库进行比对(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi), 并在各个水平注释其物种信息.将两组引物获得的OTU以并集方式合并, 剔除未成功注释到门水平的OTU, 对香螺胃含物组成进行分析; 同时, 分别剔除两组中未成功注释到纲的OTU, 4个样品求和, 相对丰度排序前10位的纲已囊括了大部分胃含物种类, 故提取前10位的纲, 从纲水平分析香螺胃含物组成; 同时, 通过绘制韦恩图对样品间OTU关系进行展示. ...
Preliminary studies on trophic structure of tidal zone in the Laoshan Bay by using carbon stable isotopes
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2001
... 水生动物食性分析是开展其生物学和生态学研究的重要内容, 也是水生动物资源保护、生态修复和人工增养殖工作的基础(席晓晴等, 2015).大型底栖动物是海洋生态系统的重要类群, 通常处于食物链中间环节(王荦等, 2017), 通过捕食和被捕食行为实现对生态群落生物量的下行和上行控制过程, 在海洋生态系统的能量流动与物质循环中扮演着关键角色(丛佳仪等, 2024).因此, 研究大型底栖动物的现场食物组成有助于认识其在海洋生态系统稳定运转和自我调控过程中的生态功能, 为海洋生态修复提供参考(蔡德陵等, 2001; 李庆英等, 2024). ...
崂山湾潮间带食物网结构的碳稳定同位素初步研究
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2001
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Intestinal microstructure and dietary analysis based on macrobarcode of Gymnocypris przewalskii
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2023
... 本研究所采用的18S rDNA V4和V9两个可变区, 其引物及序列长度具有高度保守性, 被认为是开展水生动物食性分析的可靠分子手段(Hadziavdic et al, 2014).虽然18S rDNA V4区所获序列更多, 但因条形码数据库差异等多种原因, 其聚类所得OTU及物种数较少, 且两组测序数据所获物种数据虽有所差异, 但表征的摄食特点基本一致, 具备进行组合分析的条件.在铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa) (张灿灿等, 2023)、青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii) (蔡伟杰等, 2023)等采用多段DNA条形码进行水生动物食性分析的研究中, 均采用多段序列结果组合分析的研究方法, 这与本文采用方法相一致, 表明采用多段DNA条形码进行组合分析动物食性具备可参考性.因所采样品空胃个体较多, 本次研究仅获得4组样品, 且均来源于同一海区, 对野生状态下香螺食性组成的认识可能具有一定的局限性, 因此有必要结合其他研究开展分析, 并在之后的研究中通过其他方法对本研究所得结论加以验证. ...
青海湖裸鲤肠道显微结构及基于宏条形码的食性分析
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2023
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Application of species distribution models in predicting the distribution of marine macrobenthos
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2024
... 水生动物食性分析是开展其生物学和生态学研究的重要内容, 也是水生动物资源保护、生态修复和人工增养殖工作的基础(席晓晴等, 2015).大型底栖动物是海洋生态系统的重要类群, 通常处于食物链中间环节(王荦等, 2017), 通过捕食和被捕食行为实现对生态群落生物量的下行和上行控制过程, 在海洋生态系统的能量流动与物质循环中扮演着关键角色(丛佳仪等, 2024).因此, 研究大型底栖动物的现场食物组成有助于认识其在海洋生态系统稳定运转和自我调控过程中的生态功能, 为海洋生态修复提供参考(蔡德陵等, 2001; 李庆英等, 2024). ...
物种分布模型在海洋大型底栖动物分布预测中的应用
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2024
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UPARSE: Highly accurate OTU sequences from microbial amplicon reads
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2013
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A review on the methods used in aquatic food web research: Development and applications
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2018
... 水生动物食物网调查一般使用现场实验法、胃含物传统形态鉴定法、特征脂肪酸组成分析、稳定同位素分析法和DNA条形码技术(高小迪等, 2018).其中, 现场实验法受限于饵料生物可得性及实验设计局限性, 无法全面掌握自然条件下动物食性数据; 传统形态鉴定法多用于鱼类等大型掠食性动物现场食性分析(纪东平, 2014), 其鉴定成功率受消化程度及鉴定技能影响较大, 且对以浮游动植物、有机碎屑为食的底栖动物鉴定成功率较低(张灿灿等, 2023); 特征脂肪酸组成分析和稳定同位素分析法通过特定的标志物分析动物一段时间内的食物组成特点, 从而确定其营养级, 但受时空、栖息环境等因素影响较大, 无法判定动物的现场食物组成(贾男等, 2024).随着高通量测序技术发展, DNA宏条形码技术以其操作简便、对食物完整性要求低等优势, 被广泛应用于水生动物现场食物测定(纪东平, 2014). ...
水生食物网研究方法的发展和应用
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2018
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Research progress on application of yeast in culture of Stichopus japonicus
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2023
... 除动物性食源外, 海洋真菌是香螺胃含物的重要组成部分, 其中大部分为沉积物来源的子囊菌, 胃含物中检出子囊菌和担子菌也被视为沉积物食性的表征(周天成等, 2020); 且在有关海洋生物摄食的研究中, 子囊菌门的酵母科真菌常作为饵料生物(郭益红等, 2023), 表明其检出的海洋真菌很大可能为食物来源而非消化道共生微生物来源.受研究方法等因素限制, 香螺之前被认为是一种肉食性腹足类动物, 本研究中在其胃含物中发现的子囊菌、担子菌等海洋真菌表明, 除食肉外, 海底沉积物及有机碎屑可能是香螺重要的食物来源.之前研究(Yang et al, 2021)中, 在香螺体内发现C15:0 + C17:0这一表征微生物食物来源的特征脂肪酸, 本文研究与之一致.而且, SAR超类群也是香螺胃含物的重要组成部分, 如原生动物中的Thecofilosea纲、纤毛虫纲等, 这类生物在海底沉积物中含量较多, 同样暗示香螺有可能是碎屑食物链的重要组成部分. ...
酵母在刺参养殖中的应用研究进展
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2023
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Characterization of the 18S rRNA gene for designing universal eukaryote specific primers
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2014
... 本研究所采用的18S rDNA V4和V9两个可变区, 其引物及序列长度具有高度保守性, 被认为是开展水生动物食性分析的可靠分子手段(Hadziavdic et al, 2014).虽然18S rDNA V4区所获序列更多, 但因条形码数据库差异等多种原因, 其聚类所得OTU及物种数较少, 且两组测序数据所获物种数据虽有所差异, 但表征的摄食特点基本一致, 具备进行组合分析的条件.在铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa) (张灿灿等, 2023)、青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii) (蔡伟杰等, 2023)等采用多段DNA条形码进行水生动物食性分析的研究中, 均采用多段序列结果组合分析的研究方法, 这与本文采用方法相一致, 表明采用多段DNA条形码进行组合分析动物食性具备可参考性.因所采样品空胃个体较多, 本次研究仅获得4组样品, 且均来源于同一海区, 对野生状态下香螺食性组成的认识可能具有一定的局限性, 因此有必要结合其他研究开展分析, 并在之后的研究中通过其他方法对本研究所得结论加以验证. ...
Differences of carbon and nitrogen stable isotope of Rapana venosa between typical bays and offshore islands
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2024
... 海洋底栖动物食性复杂, 会随生活环境的变化而发生改变(韩温诺等, 2024), 确定其现场食性是确定其在群落中营养生态位的重要研究内容之一.以往的现场实验及稳定同位素分析中, 香螺被认为是主要以鱼类、双壳类等为食的腐食性动物(Yang et al, 2021; 贺加贝等, 2024b), 但本次研究结果表明香螺食性与之前研究有所不同. ...
典型海湾与海岛近海脉红螺碳、氮稳定同位素特征差异
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2024
... 海洋底栖动物食性复杂, 会随生活环境的变化而发生改变(韩温诺等, 2024), 确定其现场食性是确定其在群落中营养生态位的重要研究内容之一.以往的现场实验及稳定同位素分析中, 香螺被认为是主要以鱼类、双壳类等为食的腐食性动物(Yang et al, 2021; 贺加贝等, 2024b), 但本次研究结果表明香螺食性与之前研究有所不同. ...
Histological observation of reproductive system and reproductive cell characteristics of limpet (Neptunea cumingii) under artificial culture conditions
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2024a
... 香螺(Neptunea cumingii)隶属于新腹足目蛾螺科, 自然分布于中国、日本、韩国等东亚海域, 是一种重要的底栖贝类, 具有重要的生态和经济价值(Zhang et al, 2021).近年来, 香螺人工增养殖工作已在部分地区开展(贺加贝等, 2024a), 了解其自然条件下食性不但具有重要生态意义, 对香螺人工养殖条件下饵料配比研究也具有重要参考价值.关于香螺食性分析方面的研究, 室内试验表明在鱼类、贝类及甲壳类动物尸体中, 香螺更倾向于摄食鱼类及甲壳类(贺加贝等, 2024b); 稳定同位素及特征脂肪酸法分析(Yang et al, 2021)表明香螺更偏向腐食性; 本课题组前期(贺加贝等, 2024c)借助18S rDNA V4可变区为标志物进行分析, 认为香螺偏向腐食性, 具备对海洋沉积物的摄食能力, 也具植食性可能, 但采样时间为冬季, 海区生物量偏低, 对自然条件下香螺现场食性分析掌握不全面. ...
人工养殖条件下香螺生殖系统组织学观察及生殖细胞特征
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2024a
... 香螺(Neptunea cumingii)隶属于新腹足目蛾螺科, 自然分布于中国、日本、韩国等东亚海域, 是一种重要的底栖贝类, 具有重要的生态和经济价值(Zhang et al, 2021).近年来, 香螺人工增养殖工作已在部分地区开展(贺加贝等, 2024a), 了解其自然条件下食性不但具有重要生态意义, 对香螺人工养殖条件下饵料配比研究也具有重要参考价值.关于香螺食性分析方面的研究, 室内试验表明在鱼类、贝类及甲壳类动物尸体中, 香螺更倾向于摄食鱼类及甲壳类(贺加贝等, 2024b); 稳定同位素及特征脂肪酸法分析(Yang et al, 2021)表明香螺更偏向腐食性; 本课题组前期(贺加贝等, 2024c)借助18S rDNA V4可变区为标志物进行分析, 认为香螺偏向腐食性, 具备对海洋沉积物的摄食能力, 也具植食性可能, 但采样时间为冬季, 海区生物量偏低, 对自然条件下香螺现场食性分析掌握不全面. ...
Study on feeding behavior of Neptunea arthritica cumingii under artificial culture conditions
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2024b
... 香螺(Neptunea cumingii)隶属于新腹足目蛾螺科, 自然分布于中国、日本、韩国等东亚海域, 是一种重要的底栖贝类, 具有重要的生态和经济价值(Zhang et al, 2021).近年来, 香螺人工增养殖工作已在部分地区开展(贺加贝等, 2024a), 了解其自然条件下食性不但具有重要生态意义, 对香螺人工养殖条件下饵料配比研究也具有重要参考价值.关于香螺食性分析方面的研究, 室内试验表明在鱼类、贝类及甲壳类动物尸体中, 香螺更倾向于摄食鱼类及甲壳类(贺加贝等, 2024b); 稳定同位素及特征脂肪酸法分析(Yang et al, 2021)表明香螺更偏向腐食性; 本课题组前期(贺加贝等, 2024c)借助18S rDNA V4可变区为标志物进行分析, 认为香螺偏向腐食性, 具备对海洋沉积物的摄食能力, 也具植食性可能, 但采样时间为冬季, 海区生物量偏低, 对自然条件下香螺现场食性分析掌握不全面. ...

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