海胆在鹿回头珊瑚礁区的生态功能与生态环境意义

论文摘要

海胆是珊瑚礁生态系统的重要组成部分,对珊瑚礁生态系统的健康和稳定起着双重作用。一方面,海胆能够控制大型藻的过度生长,为珊瑚的生长发育和幼体补充提供空间;另一方面,当海胆密度过高,其捕食珊瑚虫和侵蚀珊瑚骨骼的负面作用就会凸显,进而危害珊瑚礁生态系统。迄今,关于中国南海珊瑚礁区海胆生态功能和环境意义的研究非常少。本文研究区域（海南三亚鹿回头珊瑚岸礁）是南海北部沿岸退化最为严重的生态系统之一。本文以鹿回头珊瑚礁区海胆为研究对象,于20142017年对礁区的海胆密度、群落结构、海胆与珊瑚生长和补充的关系、以及海胆与大型藻的关系开展了现场调查研究;室内对采集的5种海胆,通过分析其肠道内物质组成、肠道微生物群落组成、以及海胆性腺累积多环芳烃（PAHs）和有机磷酸酯（OPEs）的浓度等,探讨海胆在鹿回头珊瑚礁区的生态功能及生态环境指示意义研究意义。得出以下主要结论:（1）在鹿回头珊瑚礁区发现口鳃海胆（Stomopneustes variolaris）、棘冠海胆（Diadema setosum）、环刺棘海胆（Echinothrix calamaris）、蓝环冠海胆（Diadema savignyi）和白棘三列海胆（Tripneustes gratilla）共5种海胆,其中棘冠海胆是主要的海胆种类。海胆的平均密度是0.39±0.12 ind/m2,处于全球珊瑚礁区海胆密度的中低水平。分析显示,海胆密度与活珊瑚覆盖度、幼年珊瑚密度呈正相关关系,表明该礁区海胆对珊瑚的生长和补充起着促进作用。（2）海胆肠道内含物分析表明,口鳃海胆、棘冠海胆、环刺棘海胆和蓝环冠海胆的肠道内除了藻类碎片之外,还包含大量的珊瑚碳酸钙骨骼成分;而白棘三列海胆肠道内仅含藻类碎片。因此,前4种海胆属于侵蚀珊瑚骨骼的种类,白棘三列海胆为非侵蚀珊瑚骨骼的种类。估算棘冠海胆的平均个体珊瑚骨骼侵蚀率为1.68±0.78 g CaCO3individual-11 day-1,则年平均侵蚀量为120.4±55.6 g CaCO3m-2。（3）鹿回头珊瑚礁区海胆的肠道微生物主要由梭杆菌门（Fusobacteria）丙酸菌属（Propionigenium）、变形菌门（Proteobacteria）Prolixibacter属和拟杆菌门（Bacteroidetes）发光杆菌属（Photobacterium）组成,分别占总肠道微生物丰度的49.09±4.79%、10.48±3.92%和7.17±2.31%。结合前人对鱼类肠道微生物研究得出的“梭杆菌门在宿主受胁迫时大量增加”和“丙酸菌属生产的丙酸盐能维持受胁迫的宿主的健康”等结论,本文推测鹿回头珊瑚礁生态系统中的海胆正经受生存压力。（4）鹿回头珊瑚礁区海胆的肠道微生物群落组成和功能与其他生态系统的海胆差异显著。结合研究区海胆正经受生存压力的事实,本文推测快速退化的鹿回头珊瑚礁可能不能为海胆提供健康的摄食和生存环境。较低的活珊瑚覆盖度、较多的沉积物输入等可能是该礁区不利于海胆生存的主要环境因素。（5）从5种海胆的性腺中共检测出16种多环芳烃（PAHs）和11种有机磷酸酯阻燃剂（OPEs）,两类化合物的平均浓度分别是656±195 ng/g dw和2036±653 ng/g lw。其中,多环芳烃（PAHs）含量处于已报道珊瑚礁区的中等水平。本文推测鹿回头珊瑚礁生态系统也遭受有机污染的影响。（6）综合海胆对鹿回头珊瑚礁区珊瑚的生长发育和幼体补充的正面的影响、海胆对大型藻类的控制和对CaCO3的侵蚀、以及较低的海胆密度,本文认为鹿回头珊瑚礁区退化的生态环境特征限制了海胆生态功能的发挥,因此其对鹿回头珊瑚礁生态系统的修复作用并不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 海胆基础生物学研究进展
•     1.1.1 海胆的生理特征概述
•     1.1.2 繁殖能力和产卵
•     1.1.3 幼虫的生长和存活
•     1.1.4 海胆幼虫的附着、生长和寿命
•   1.2 海胆在珊瑚礁生态系统中的作用
•     1.2.1 海胆对珊瑚生长和补充的影响
•     1.2.2 海胆对珊瑚礁藻类的生态影响
•     1.2.3 海胆对珊瑚礁其他动物的影响
•     1.2.4 海胆对珊瑚礁环境污染问题的指示作用
•   1.3 珊瑚礁区海胆的摄食特征
•     1.3.1 冠海胆属海胆的摄食特征
•     1.3.2 长海胆属海胆的摄食特征
•     1.3.3 刻肋海胆科和毒刺海胆科海胆的摄食特征
•     1.3.4 石笔海胆和头帕海胆属的摄食特征
•   1.4 珊瑚礁区海胆分布和丰度的影响因素
•     1.4.1 捕食者
•     1.4.2 种间竞争
•     1.4.3 其他环境因素
•   1.5 海胆在珊瑚礁修复中的应用例子
•     1.5.1 冠海胆在佛罗里达群岛修复的例子
•     1.5.2 白棘三列海胆在夏威夷修复的例子
•   1.6 研究目标和内容
• 第二章 研究地点和研究方法
•   2.1 鹿回头珊瑚礁的自然条件
•   2.2 鹿回头珊瑚礁的退化历史和原因及生态现状
•   2.3 与鹿回头珊瑚礁退化相关的人类活动
•   2.4 生态指标的现场调查和室内判读
•     2.4.1 活珊瑚覆盖度的调查和判读
•     2.4.2 海藻覆盖度的调查和判读
•     2.4.3 珊瑚补充量的调查和判读
•     2.4.4 海胆密度和群落结构调查
•     2.4.5 数据分析
•   2.5 海胆侵蚀率的计算
•   2.6 海胆肠道内含物组成和肠道微生物群落的分析
•     2.6.1 海胆样品采样和肠道内含物组成分析
•     2.6.2 DNA提取和IIIUMINA MiSeq测序
•     2.6.3 数据分析
•   2.7 多环芳烃（PAHs）和有机磷酸酯（OPEs）的测定
•     2.7.1 样品前处理
•     2.7.2 仪器分析
•     2.7.3 质量保证/质量控制（QA/QC）
•     2.7.4 数据分析
• 第三章 鹿回头珊瑚礁区海胆的生态功能
•   3.1 海胆的分布、丰度和群落结构
•   3.2 珊瑚覆盖度和幼年珊瑚补充量
•   3.3 三种功能性藻类的覆盖度和群落结构
•   3.4 海胆与珊瑚和藻类的关系
•   3.5 海胆的肠道内含物组成及侵蚀率的结果
•   3.6 鹿回头珊瑚礁区海胆生态功能
•   3.7 鹿回头珊瑚礁区海胆丰度的影响因素及其生态环境意义
•   3.8 本章小结
• 第四章 海胆肠道细菌及其对鹿回头珊瑚礁区生态环境指示
•   4.1 海胆肠道微生物的基本生物信息
•   4.2 海胆肠道微生物的群落组成
•   4.3 海胆肠道肠道微生物α多样性
•   4.4 海胆肠道微生物的β多样性
•   4.5 海胆肠道微生物的基因功能
•   4.6 海胆肠道微生物α和 β多样性的驱动因素
•   4.7 肠道微生物基因功能和海胆摄食的关系
•   4.8 海胆的肠道微生物组成及生态环境暗示
•     4.8.1 海胆的肠道微生物组成及生态环境暗示
•     4.8.2 鹿回头珊瑚礁区海胆肠道微生物组成及生态环境的指示
•   4.9 本章小结
• 第五章 海胆的PAHs和 OPEs积累及生态环境指示意义
•   5.1 样品基本信息
•   5.2 海胆中多环芳烃（PAHs）浓度及其生态环境指示意义
•     5.2.1 海胆中多环芳烃（PAHs）浓度、来源及生态环境指示意义
•     5.2.2 PHAs浓度的海胆种间差异及其摄食的关系
•   5.3 海胆中OPEs浓度及其生态环境指示意义
•     5.3.1 海胆中OPEs浓度、来源及其生态环境指示意义
•     5.3.2 OPEs浓度的海胆种间差异与其摄食的关系
•   5.4 本章小结
• 第六章 结语
•   6.1 主要结论
•   6.2 论文的创新点
•   6.3 问题与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 姚秋翠

导师: 余克服,胡宝清

关键词: 海胆,群落组成,摄食,肠道微生物,多环芳烃,珊瑚礁,海南三亚鹿回头

来源: 广西大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 广西大学

分类号: Q958.8

DOI: 10.27034/d.cnki.ggxiu.2019.000022

总页数: 162

文件大小: 5156K

下载量: 102