条纹隔贻贝对小尺度温度变化的生理适应

论文摘要

温度是影响潮间带生物群落结构的主要环境因子。随着全球变暖,极端高温事件越来越频繁,潮间带生物面临严峻且不断恶化的高温胁迫。目前,小尺度环境温度的时空变化模式及生物对小尺度温度变化的响应机制仍不明确。为准确分析和预测全球变暖背景下极端高温事件对种群的影响,急需阐明生物在野外经历的实际温度胁迫,分析生物生理耐受能力的多样性,及其对种群动态的影响。本研究验证了以下假设:(1)岩相潮间带栖息地的环境温度在小尺度上具有高度的时空异质性,可为潮间带生物应对气候变化提供避难所。(2)潮间带生物的温度耐受能力也具有时空异质性,生理多样性是潮间带生物适应复杂温度环境的重要对策。(3)季节性表型可塑性在温度适应过程中起到重要作用。本研究结合原位温度监测和生理学方法,选取生态关键种条纹隔贻贝(Septifer virgatus)为研究对象对上述假设进行了验证。为研究小尺度栖息地温度的变化模式,我们在厦门大学东山太古海洋观测与实验站下岩相潮间带约20m2空间范围内选取4个不同的微生境(阳面背浪、阳面迎浪、阴面被浪、阴面迎浪)并分别布设了温度记录设备,获取了高分辨率的原位温度数据。自相关分析表明,阳面微生境的极端高温天气比阴面更难预测,潮汐活动是驱动日最高温度的关键因子,决定了极端高温事件周期性地出现。红外热成像技术记录的数据显示,午后低潮不同微生境贻贝体温的差异最高可达15℃,同一微生境内贻贝体温差异可达5℃。广义线性模型分析表明日最高温度具有显著的时空异质性,阳面微生境高于阴面微生境,夏季高于冬季。相对阳面微生境,阴面微生境的温度环境更为稳定、适宜,为生物应对高温天气提供了避难所。为研究条纹隔贻贝温度耐受能力的多态性,测定了条纹隔贻贝心脏功能的温度性能曲线,使用心率骤降时的温度(Arrhenius breakpoint temperature,ABT)和心率降至0时的温度(Flat line temperature,FLT)作为评价温度耐受能力的指标,并以此计算温度安全阈值(Thermal safety margin,TSM)。广义线性模型的结果显示,条纹隔贻贝在不同季节对温度的耐受能力不同,夏季高于冬季;不同微生境中个体的温度耐受能力也有差异,夏季阳面微生境的ABT和FLT均高于阴面微生境,阳面微生境个体面临着较为严重的高温胁迫,温度安全阈值远低于阴面微生境。此外,同一微生境内条纹隔贻贝的温度耐受能力具有较大的个体差异,有利于面临极端高温事件时种群的存续。为研究条纹隔贻贝的温度耐受能力及其表型可塑性,我们对野外采集的样品进行了同质园驯化实验(Common garden)。驯化后条纹隔贻贝的温度耐受能力仍具有时空异质性,这极有可能是遗传差异所导致的。驯化后ABT和FLT的变化模式不同,表明心脏功能的ABT与FLT对温度驯化的敏感性不同。条纹隔贻贝的表型可塑性呈现出夏季高,冬季低的趋势,表明季节性温度变化诱导的表型可塑性对条纹隔贻贝抵御夏季高温具有重要作用。表型可塑性一定程度上造成了不同微生境间贻贝温度耐受能力的差异,有利于贻贝适应复杂多变的温度环境。综上,岩相潮间带小尺度温度变化具有很强的时空异质性。相应地,条纹隔贻贝的温度耐受能力也具有时空异质性。此外,温度耐受能力的多态性和表型可塑性在条纹隔贻贝应对极端高温天气时也起到重要作用。部分微生境可为生物提供稳定、适宜的温度环境,这些微生境将成为生物应对气候变化的避难所。这些结果强调了小尺度生态过程对于准确预测生物对气候变化响应的重要性。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈志远

导师: 董云伟

关键词: 微生境,条纹隔贻贝,温度适应,温度胁迫,表型可塑性

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 厦门大学

分类号: Q958.8

总页数: 98

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