环境DNA宏条形码监测湖泊真核浮游植物的精准性

环境DNA(eDNA)宏条形码(metabarcoding)技术是一种基于分子的生物多样性高效监测手段,近年来越来越多地被应用于生态环境中生物要素的监测和评估.开展eDNA 宏条形码监测技术的标准化和规范化研究,是将其业务化推广应用的前提.本研究以高原湖泊滇池和抚仙湖的真核浮游藻类为研究对象,探究了基于18 S-V9 ...     

环境DNA宏条形码技术在蓝藻群落监测中的应用

全球气候变化下的蓝藻水华大规模暴发成为重要的环境问题,对蓝藻准确、高效和实时的监测是蓝藻水华防控的关键.近年来,环境DNA（environmental DNA,eDNA）宏条形码技术开始应用于蓝藻群落监测,弥补了显微镜镜检法物种鉴定难和受主观经验影响大的缺点.eDNA宏条形码为快速和大规模蓝藻群落监测提供了可能,其应用尚处于初步探索阶段,数据处理方法尚不成熟,因此有必要从引物选择、序列聚类、注释方法和绝对定量4个层面系统综述eDNA宏条形码技术在蓝藻群落监测中的研究进展,以推进eDNA宏条形码在蓝藻群落监测中的应用.引物选择应针对目标蓝藻类群,16S rRNA基因数据库涵盖蓝藻物种范围广,是最常用的eDNA宏条形码,但16S-23S rRNA基因间隔区域（internal transcribed spacer,ITS）和功能基因在属内物种间具有较好的区分效果,为eDNA宏条形码在蓝藻物种水平注释提供可能.序列聚类一般通过设定物种间分类阈值进行OTUs聚类,但可能丢失序列相似度高于分类阈值的不同物种;序列差异低至单核苷酸变异方法的应用进一步区分了隐蔽的物种和生态型,产生的序列具有生物学意义,可以实现跨数据集间的比较分析.在注释方法上,基于数据库参考序列距离相似度的注释方法,注释结果的分辨率和准确度不高;基于系统进化位置的注释方法,提升了注释结果的准确度,反映了物种间的进化关系.加入外源DNA的内标法,以及基于细胞体积和基因拷贝数目关系的细胞体积校正系数法为eDNA宏条形码物种丰度的绝对定量提供了可能.      

长江中上游生物多样性与保护研究——以滇西北为例

长江经济带是生态文明建设的先行示范带,生物多样性是生态文明建设的重要内容和物质基础。滇西北是全球生物多样性热点地区,是《中国生物多样性保护战略与行动计划(2011—2030年)》划定的横断山南段生物多样性保护优先区的重要组成部分,是长江中上游重要的生态屏障。本文介绍了滇西北生物多样性保护概况和滇西北县域生物多样性本底调查成果。调查结果表明,滇西北县域生物多样性丰富,本底数据不清,大部分县域调查数据较历史记录数据有较大比例的增加,生物遗传资源丧失流失严重,建议加强生物多样性本底调查,制定区域保护规划,进一步加强滇西北生物多样性保护,为长江经济带建设与战略的实施提供物质保障。     

“冷冬”酿造了长江中下游的冰雪环境

本刊上期《探索争鸣》专栏发表了任振球研究员的文章，他认为“天地耦合”是今年年初我国发生50年来最严重的暴雪冻雨灾害的根本原因，而不是什么“气候变暖”和“拉尼娜”的影响。最近，我国资深气象专家王绍武在接受记者采访时对此提出了另一个观点：“冷冬”酿造了长江中下游的冰雪环境。     

基于环境DNA的长江中华鲟分布特征探究

中华鲟（Acipenser sinensis）是我国长江流域的旗舰物种,在长江十年禁渔的大背景下,研究中华鲟无损化检测技术具有重要意义。环境DNA（eDNA）技术是一种环境友好型生物监测技术,可以在不直接观察或捕获生物体的情况下对物种进行检测。从文献中筛选出可以用于检测中华鲟eDNA的特异性引物,于2020年9月在长江中下游选取4个中华鲟常出现的区域,进行各断面立体式采样;提取16个点位的eDNA,使用筛选得到的引物对中华鲟进行eDNA的检测,以探究中华鲟的分布特征。结果显示,成功筛选到1组可以检测中华鲟eDNA的引物,使用该引物成功检测到包括中华鲟在内的长江4种鲟类的eDNA,共计测得约300万条鲟类序列。依据测序结果分析不同断面检测到的中华鲟eDNA的差异,发现宜昌江段断面的中华鲟eDNA最多,洞庭湖口断面最少,且表层和底层水体的中华鲟eDNA检出也有显著差异。筛选得到的引物可以用于中华鲟eDNA的检测,中华鲟eDNA的检测结果与中华鲟的历史调查和洄游特征较为吻合。不同水深条件中华鲟eDNA的检出量有显著差异,表明在今后的调查中采用混合或者立体采样可以更加全面地进行中华鲟eDNA的检测。

     

论城市环境建设中的生物多样性保护

城市建设的核心内容之一是城市环境建设 ,评价城市环境建设与城市环境质量优劣的重要指标之一是城市生物多样性保护现状。在分析我国城市环境建设现状、问题的基础上 ,阐述了作好生物多样性保护的意义与对策。     

广东省蛭态轮虫物种多样性及其系统发育研究

为了解广东省蛭态轮虫物种多样性,采集广东省不同水陆生境样品98份,记录蛭态轮虫3目4科12属66种（含亚种）.陆生环境中鉴定出蛭态轮虫56种,其中苔藓生境42种、落叶生境40种、地衣生境12种,水生生境蛭态轮虫15种,陆生生境的蛭态轮虫种类明显多于水生生境蛭态轮虫.为验证形态鉴定的准确性,获取蛭态轮虫COⅠ基因序列4属16种37条,种间遗传距离8.59%~23.17%,其中楔足盘网轮虫（Adineta cuneata）和迅捷旋轮虫（Philodina rapida）的COⅠ基因序列为全球首次报道.COI基因序列中腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的总含量（71.2%）远大于鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）（28.8%）的含量.系统发育树的聚类结果与形态学物种鉴定结果一致;同属形态相近的物种,具有较高的同源性.研究结果表明,形态学鉴定与DNA条形码技术相结合,有助于提高蛭态轮虫种类鉴定的准确性和探究蛭态轮虫各属的发育地位,促进蛭态轮虫物种多样性和生态学研究.     

环境基因组技术在微生物多样性研究中的应用

环境中的微生物具有极大的生物多样性,但99%的微生物不能通过标准的实验技术加以培养,不依赖于培养的环境基因组技术由于适合分析生态系统中整个复杂的微生物基因组而迅速发展起来。文章针对环境基因组技术的原理、方法以及目前该技术在环境微生物多样性研究中的应用等作一综述。     

上海市第二水源长江取水口环境生物调查和质量评价(Ⅱ.底栖生物、鱼类和生物残毒)

本文应用底栖生物和鱼类的污水生物体系的划分阶段,以及残毒量测定,以评价上海市第二水源长江二个取水口的环境质量。1989年桔水期(2—3月)和丰水期(7月)在长江口河流段南岸的浏河和浪港二个站位,在二个汛期中进行潮间带底栖生物、4至7月每月二次的鱼类种类、数量等调查和指示种的研究,以及刚毛藻、水绵、河蚬和无齿相手蟹四种底栖生物的总汞、铜、锌、镉、铅、六六六、滴滴涕等含量测定,认为二个取水口的环境复杂,综合评价结果应是β-中污型(βm),属尚清洁带。底栖生物和鱼类以喜食底泥有机质的种类占优势,底栖生物残毒主要是重金属。     

上海市第二水源长江取水口环境生物调查和质量评价——(Ⅰ.浮游生物)

本文应用水生物、污水生物体系的划分阶段,以评价上海市第二水源长江两个取水口的环境质量.1989年枯水期(2～3月)和丰水期(7月)在长江口河流段南岸的浏河和浪港二个站位,分别在近岸(5m水深)和远岸(10m水深上、下层)的断面,进行浮游植物,浮游动物调查.结果认为两个取水口应是β中污型(βm),属尚清洁带.相比之下,浏河站比浪港站差,近岸比远岸差,丰水期低潮时比高潮时差,浏河站丰水期比枯水期差,浪港站枯水期比丰水期差.其主要受自邻近河道排放水,上海市污水排放和涨落潮污水流向变化的影响,反映了河口区环境的复杂性.     

长江中下游湖泊沉积物理化性质研究

对长江中下游洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖、月湖和玄武湖6个湖泊中的20个沉积物样品进行了理化性质分析,在此基础上探讨了沉积物各理化性质间的相关关系.研究结果表明长江中下游沉积物的总磷含量为307.43～1 454.39 mg/kg,阳离子交换量为0.086 1～0.252 8 mmol/g,有机质总量为0.25%～7.38%,有机质组分以胡敏素为主;沉积物的颗粒组成以粉砂粒级和粘粒级为主,占64%～98%,粉砂粒级占50%～70%;粘土矿物以伊利石/蒙脱石混层为主,其次是伊利石、绿泥石和高岭石;沉积物中主要的氧化物为SiO2,Al2O3和Fe2O3,变化较大的成分为SiO2,Al2O3和Fe2O3,MnO和CaO变化不大,TiO2基本没有变化.在长江中下游地区不同湖泊中沉积物的理化性质存在较大差异,且与湖泊污染程度密切相关.沉积物中细颗粒越多,有机质含量越高,阳离子交换量越大,铁铝氧化物含量越高的湖泊,其总磷含量也就越高.     

长江中下游浅水湖泊沉积物对磷的吸附特征

研究了长江中下游浅水湖泊1 1个沉积物对磷的吸附等温线及其吸附动力学,并分析了沉积物理化特征对磷吸附特征的影响,研究发现:①沉积物对磷酸盐的吸附主要在前1 0h内完成,在0.5h内吸附反应十分迅速,并逐渐达到吸附平衡;②沉积物本底吸附态磷与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮显著正相关;对磷酸盐的最大吸附量与其CEC和无机磷、有机质和总磷呈显著负相关;而总最大吸附磷量与其有机质、CEC、总磷、无机磷、有机磷、Fe/Al 磷和总氮含量呈显著正相关;③就目前长江中下游浅水湖泊的水质而言,其沉积物存在解析;沉积物对磷酸盐的吸附 解吸平衡浓度与其有机质,CEC ,总氮,总磷以及各形态磷含量均有显著的正相关关系.本研究条件下,即使是污染较为严重的湖泊,其沉积物也具有向上覆水体释磷酸盐的趋势.     

长江中下游湖泊水体氮磷比时空变化特征及其影响因素

为弄清长江中下游浅水湖泊水体氮磷比(TN/TP)对湖泊富营养化状况及水系连通性的指示意义,对该区域26个湖泊开展了春、夏两季的水质调查,比较了不同水文、水质状况湖泊之间TN/TP差异,探讨了影响湖泊TN/TP的主要因素.结果发现,长江中下游湖泊TN/TP存在较大的时空差异性,春季TN/TP平均值为21.52±14.28,过水性湖泊、深水湖泊以及富营养化湖泊3种类型水体中,富营养化湖泊的TN/TP较低,为14.38±7.40,深水湖泊的TN/TP最高,为40.97±33.37;夏季调查湖库的TN/TP平均值为21.73±23.78,其中深水湖泊的TN/TP仍为最高,达96.38±45.91,富营养化湖泊的TN/TP仍为最低,达10.91±4.44.春、夏相比,过水性湖泊和深水湖泊夏季的TN/TP显著上升,而富营养化湖泊却明显下降,且降幅随富营养化程度升高而加大.相关性分析发现,无论是春季还是夏季,湖泊TN/TP都与水体深度显著正相关.此外,湖泊富营养化程度越高,TN/TP与浮游植物生物量的关系就越弱,富营养化程度越低,TN/TP越高,磷对浮游植物生长的限制越明显.研究表明,长江中下游湖泊...     

长江中下游浅水湖泊水下辐照度漫射衰减特征研究

基于2007年9月底和10月初在湖北武汉东湖、梁子湖、洪湖以及2010年4月在昆山市傀儡湖进行的水下光场测定数据,分析了4个湖泊漫射衰减系数变化特征及其主导因素.在东湖和傀儡湖各站点水体主要光学因子变化不大,梁子湖和洪湖由于具有草型和藻型湖区,所以各因子在不同点位变化较大.通过对透明度和各光衰减因子的回归分析可知,无机颗粒物是影响东湖和傀儡湖透明度的主要因子,而梁子湖和洪湖透明度则受无机和有机颗粒物的共同制约.4个湖泊的光谱漫射衰减系数最低值均出现在580 nm处,在675 nm处各点均具有相应的叶绿素a的特征吸收峰,在叶绿素a浓度较低站点衰减峰相对不明显.东湖平均真光层深度小于湖体平均深度,在目前的光场条件下沉水植物很难生长,而在梁子湖、洪湖和傀儡湖其真光层深度均超过了水深,为沉水植物的生长提供了良好的水下光环境.对PAR衰减与各衰减因子进行回归分析发现,在东湖、傀儡湖主导PAR衰减的是无机颗粒物,梁子湖和洪湖PAR衰减受到无机颗粒物、有机颗粒物和叶绿素a的共同作用.颗粒物特征波长750 nm处的光束衰减系数与PAR漫射衰减系数存在显著正相关,说明颗粒物散射显著贡献水下光辐射漫射衰减.研究结果有助于指导浅水湖泊水下光场条件改善和沉水植物恢复.     

长江中下游4个湖泊非色素颗粒物吸收系数光谱模型

利用指数模型和幂函数模型对2007年和2010年长江中下游4个湖泊58个样本 a_d(λ)(非色素颗粒物吸收系数) 光谱进行拟合,以 R2(决定系数)、RE(相对误差)和RMSE(均方根误差)等统计参数判定模型效果. 指数模型和幂函数模型 R2平均值、RE、RMSE分别为0.998、7.01%、0.015 m-1和0.994、15.90%、0.027 m-1. 统计检验显示,指数模型的 R2显著大于幂函数模型(ANOVA,P<0.001),而RE和RMSE则显著小于幂函数模型(ANOVA,P<0.001). 指数模型能更准确地拟合 a_d(λ),得到的 S_d(光谱斜率)平均值为(12.21±1.08)μm-1,400~700 nm波段内变异系数为8.85%,空间上4个湖泊之间变化不是很明显,仅傀儡湖的 S_d略低于其他3个湖泊. a_d(λ)与ρ(ISM)(无机悬浮颗粒物浓度)呈极显著正相关,通过ρ(ISM)可以得到长江中下游典型浅水湖泊 a_d(λ)光谱模型.      

长江中下游地区丰水期河、湖水氢氧同位素组成特征

稳定同位素技术在示踪水体的来源、演化及不同水体间相互转化关系、污染源已被广泛地应用.基于2018年7月对长江中下游地区长江干流河水和湖水同位素样品收集,本文分析了长江中下游地区丰水期河水和湖水中δ¹⁸O和δ²H组成特征,在此基础上进一步揭示了其空间上演化特征及其影响因素.结果表明长江干流δ¹⁸O和δ²H值自三峡库区向下游地区呈逐渐增大的变化趋势,这与降水同位素变化密切相关.在三峡库区段与宜昌-城陵矶段河水δ¹⁸O和δ²H值无显著差异,而河水d-excess值波动范围较小.在洞庭湖-江汉和华阳-鄱阳湖湖泊群中湖水δ¹⁸O和δ²H值要贫于太湖-三角洲湖泊群,且太湖-三角洲湖泊群湖水中d-excess值为负值,这主要是太湖-三角洲地区受同位素较为富集的降水和强烈的蒸发作用的影响.在淀山湖和大通湖同位素值最大,洞庭湖和鄱阳湖同位素值偏小,这主要是由于长江与鄱阳湖、洞庭湖直接相通,两湖的水情直接受制于长江影响,水位较高,鄱...     

汾河中下游浮游藻类群落特征及水质分析

为了解汾河中下游的浮游藻类分布并评价其水质状况,选取18个采样点对浮游藻类进行了调查采集、种类鉴定和数据分析.结果表明:①汾河中下浮游藻类植物共计有298种,隶属8门96属,种类较多的依次是硅藻门、绿藻门和蓝藻门,分别有27属127种,41属104种和20属45种,裸藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门和黄藻门共8属22种,各样点丰水期的种数均高于枯水期.优势种主要有硅藻门的梅尼小环藻、尖针杆藻、隐头舟形藻、谷皮菱形藻,绿藻门的小球藻,蓝藻门的弱细颤藻、两栖颤藻等,多数为α-中污和β-中污指示种.细胞密度以丰水期较高,枯水期较低.②汾河中下游浮游藻类群落的Shannon-Wieaver物种多样性指数基本介于1~3之间,Margalef物种丰富度指数基本介于0.5~2之间,Pielou均匀度指数介于0.3~0.8之间.③汾河中下游浮游藻类优势类群在丰水期,大部分绿藻和裸藻与化学需氧量、电导率、氨氮具有较高的相关性,蓝藻受水温和Cr影响较大,硅藻分布与环境因子的关系较复杂;在枯水期蓝藻与氨氮、总磷、化学需氧量具有较高的相关性,绿藻和裸藻主要受溶氧和总磷的影响,硅藻主要与总磷、溶氧、pH和Cd等相关.综合分析,汾河中下游各样点水质分别为Ⅰ类~Ⅴ类不等,均受到不同程度的污染,水质总体呈富营养型,处于中污染至重污染状态.     

长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险

不同来源沉积物中重金属的污染特性差异明显,影响了它们的危害程度.采集长江下游市政、矿山、工业及港口来源的沉积物,并用ICP-AES测定常量元素.原子吸收光谱测定Cu、Zn、Pb,Cd、Cr 5种重金属.结果表明,重金属在市政来源中含量中等且分布相对均匀,矿山来源的以Cu、Pb为主.工业来源的金属含量均较高,港口来源Cd的含量最高.重金属均有一定的富集,尤其是Cd的富集系数,最高达到7.3.通过重金属与常量元素的主成分分析研究了沉积物中重金属的来源,发现市政来源的重金属主要来自雨水冲刷城市下垫面及管道内壁,矿山来源重金属的特点由矿山开采及尾矿淋滤决定,工业来源重金属大多由机械碎屑和金属溶解产生,港口来源重金属主要是密集的运输船与车辆气体排放引起.采用Hakanson的生态风险指数法对不同来源沉积物中重金属进行风险评价,其单因子生态危害程度为Cd>Cu>Pb>Cr>Zn,综合潜在生态风险指数表明,不同来源重金属的危害程度依次为港口源>工业源>矿山源>市政源.     

新水沙条件下长江中下游干流水体总磷时空变化分析

长江干流三峡及上游水库群陆续建成运行后,中下游干流水体已形成新的水沙条件,其对水体磷含量的影响备受关注.为此,研究了新水沙条件下中下游干流总磷浓度的时空分布特征.结果表明:①三峡蓄水后,长江中下游干流水体TCP(澄清30min样品)浓度基本在0.10～0.15 mg·L^-1之间变动,在时间尺度上总体呈先上升后降低趋势,在空间尺度上沿程呈现升高趋势;水体中溶解态总磷(TDP)浓度随时间推移缓慢升高.②水体中可沉降固体对不同江段水体中磷含量存在不同程度影响,南津关、汉口和吴淞口下23 km这3个断面TCP/TP比值中位值分别为0.900、0.720和0.609,从上游到下游依次降低;水体中溶解态总磷(TDP)占总磷(TP)比例沿程呈下降趋势,而颗粒磷(TPP)占总磷(TP)比例沿程呈上升趋势,南津关、汉口、吴淞口下23 km等3个断面TPP/TP比值中位值分别为0.439、0.567和0.738.③按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)要求,以TCP浓度进行水质评价,评价结果显示长江中下游干流水质总体良好.但若考虑水体中可沉降固体影响,以水体总磷(TP...     

长江中下游地区铜矿体综合找矿模型

本文在收集研究长江中下游地区主要铜矿床的发现和勘查过程、矿床地质特征、物化探异常特征、勘查方法等大量资料的基础上,对矿体特征进行了归纳,提出了将长江中下游主要铜矿体划分为二型四式的矿体类型划分方案。分别建立了四种类型铜矿体的找矿模型,并建立了铜矿体综合找矿模型。