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竞争压力下轮虫的快速进化及其生态效应:生态进化动态实验研究

竞争压力下轮虫的快速进化及其生态效应:生态进化动态实验研究
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  • 批准号:31470015
  • 批准年度: 2014年
  • 学科分类:进化生物学(C0314) |
  • 项目负责人:席贻龙
  • 负责人职称:教授
  • 依托单位:安徽师范大学
  • 资助金额:30万元
  • 项目类别:面上项目
  • 研究期限:2015年01月01日 至 2016年12月31日
  • 中文关键词: 压力;轮虫;进化;生态;实验
  • 英文关键词:interspecies competition;rotifer;rapid evolution;population dynamics;eco-evolutionary dynamics

项目摘要

中文摘要

本项目拟通过野外采集、实验室克隆培养和比较研究筛选出具有不同适合度(种群内禀增长率)和遗传特征的轮虫克隆,人工构建轮虫非进化种群和进化种群;以世代时间和进化速率相似的萼花臂尾轮虫和角突臂尾轮虫等植食性轮虫与多刺裸腹溞等枝角类在恒化培养条件下分别组成竞争系统;应用实验生态学、生物统计学和数学建模等方法,以微卫星为分子标记,在不同的多刺裸腹溞种群起始密度等条件下,研究各竞争系统中竞争双方的种群数量动态、轮虫种群进化动态及其相互间的关系,以及进化因素和生态因素在影响竞争双方种群增长过程中的相对重要性;构建竞争双方的种群数量动态模型。研究结果将揭示不同的利用性竞争压力下轮虫种群的快速进化及其生态效应、进化动态和生态动态间相互作用的过程和规律,加深人们对种群动态调节、竞争压力下的物种共存、生物多样性形成和维持等机制的理解。

英文摘要

Brachionus calyciflorus and B. angularis (Rotifera) individuals will be collected from lakes and clonally cultured in laboratory. B. calyciflorus and B. angularis clones with different fitness (intrinsic rates of population increase) and genetic characteristics will be screened by means of experimental population ecology and used to constitute non-evolving populations and evolving populations. B. calyciflorus and B. angularis populations with similar generation times and evolutionary rates, and the herbivorous rotifers and cladoceran (Moina macrocopa) populations differing in generation time and evolutionary rate, will be respectively used to construct different competitive systems in chemostat culture systems. By means of experimental ecology and biological statistics, with microsatellites as molecular markers,and under different initial densities of non-evolving populations of the competitors, the rapid evolution of the rotifer populations will be tested in real time. Concurrent quantitative dynamics of the populations of the competitors will be documented, and their reciprocally interaction will be analyzed. A plausible mechanistic link between ecological and evolutionary dynamics will be put forward. Dynamics models of the population density of the competitors will be constructed. The contribution of evolutionary factors such as genetically based phenotypic change to population growth of one competitor, relative to ecological factors such as changes in the population density of another competitor will be analyzed. The results will illustrate the rapid evolution in rotifers driven by exploitation competition and its ecological consequence, and the process and the regularity of the interaction between the ecological dynamics and the evolutionary dynamics within the competitive systems, and help us further understand the mechanisms of population dynamics regulation, coexistence of competitive species in zooplankton community, and shaping and maintenance of biodiversity.

结题摘要

生态进化动态研究进一步促进了生态学和进化生物学等学科的整合,加深了人们对生物多样性形成和维持机制的理解。本项目通过野外采集、实验室克隆培养和比较研究筛选出具有不同适合度和遗传特征的轮虫克隆;应用实验生态学、生物统计学和数学建模等方法,以mtDNA COI基因为分子标记,研究了在不同起始密度的多刺裸腹溞(Moina macrocopa)和角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)竞争压力下,萼花臂尾轮虫(B. calyciflorus)种群结构的快速变化和动态模型、竞争双方的种群数量动态及其相互间的关系,以及进化因素和生态因素在影响竞争双方种群增长过程中的相对重要性,取得了以下主要研究结果:采自镜湖水体中的11个角突臂尾轮虫克隆中,克隆3、6和11可用于组成进化种群。采自西洋湖水体中的11个萼花臂尾轮虫克隆中,克隆3和8可用于组成进化种群。筛选出具有较高多态性的11对角突臂尾轮虫和萼花臂尾轮虫微卫星引物。角突臂尾轮虫竞争压力下,萼花臂尾轮虫种群结构随着培养时间的延长而发生快速的变化。当角突臂尾轮虫起始密度为2、4和8 ind./mL时,萼花臂尾轮虫克隆SA在种群中所占比例与培养时间之间的关系依次为:y= 2.61x+ 28.49(R2= 0.91, P< 0.05)、y= -0.21x2+ 4.46x+ 22.12(R2= 0.85, P< 0.05)和y= -0.56x2 +9.01x+ 12.58(R2= 0.91, P< 0.05)。各角突臂尾轮虫起始密度下萼花臂尾轮虫克隆SA在种群内所占比例总体上低于克隆SB的原因在于SB总体上表现出比SA较强的竞争能力。多刺裸腹溞竞争压力下,萼花臂尾轮虫种群结构随着培养时间的延长而发生快速的变化。培养前5天萼花臂尾轮虫克隆SA在种群中所占的比例为76.7%~63.3%,明显的优势地位可归因于其较慢却较持久的种群增长,而培养后5天克隆SA优势地位(67.6%~50%)的消失可能与其较高浓度的代谢产物的自毒作用和较大的多刺裸腹溞竞争压力有关。当多刺裸腹溞密度为1、2和3 ind./5mL时,克隆SA所占比例与培养时间之间的关系依次为:y= -3.33x+ 88.33(R2= 0.57, P< 0.01)、y= -4.50x+ 86.17(R2= 0.82, P< 0.01)和y= -4.17x+ 84.17

评估说明

    国家自然科学基金项目“竞争压力下轮虫的快速进化及其生态效应:生态进化动态实验研究”发布于爱科学iikx,并永久归类于相关科学基金导航中,仅供广大科研工作者查询、学习、选题参考。国科金是根据国家发展科学技术的方针、政策和规划,以及科学技术发展方向,面向全国资助基础研究和应用研究,发挥着促进我国基础研究源头创新的作用。国科金的真正价值在于它能否为科学进步和社会发展带来积极的影响。

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