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4种卵囊藻的亚显微结构观察与系统发育研究

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1 前言

1.1 现代绿藻分类技术和方法的研究进展

1.2 卵囊藻属植物的主要特征和分类问题

1.3 卵囊藻属的系统发育研究

1.4 与本文研究相关的概念

1.5 本文研究的目的和意义

1.6 本研究的技术路线

2 材料和方法

2.1 藻种的来源

2.2 主要的试剂和仪器

2.3 实验方法

3 结果与分析

3.1 卵囊藻细胞的亚显微结构研究

3.2 蛋白核的亚显微结构研究

3.3 基于18S rRNA基因序列的系统发育研究

3.4 卵囊藻蛋白核的系统进化分析

3.5 基于28S rRNA基因序列的系统发育研究

3.6 基于ITS2序列的系统发育研究

4 结论

参考文献

致谢

作者简介

导师简介

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摘要

卵囊藻(Oocystis)是一类常见的浮游绿藻,属于绿藻门(Chlorophyta),共球藻纲(Trebouxiophyceae),小球藻目(Chlorellales),卵囊藻科(Oocystaceae),广泛分布淡水水体中,特别在小型湖泊和池塘中较为常见,在海水水体中也有分布。卵囊藻种类繁多,形态学变异性较大,准确鉴定存在较大困难。除此之外,卵囊藻属在分类地位上、物种亲缘关系和属内分类标准的确定上也存在问题,为此,本文采用透射电子显微镜技术和分子生物学技术相结合的方法对4种卵囊藻属物种进行亚显微水平上的形态学观察和分子系统发育研究,确定卵囊藻亚显微水平的分类依据以及物种间的系统发生关系。
　　4种卵囊藻成熟细胞的亚显微结构显示:Oocystis laustris细胞呈椭圆形,被粘质被膜包裹,具有多层细胞壁结构,每个营养细胞中仅有一个蛋白核,位于叶绿体的中央,呈类圆形,直径大小为1-1.5μm,被一层厚度为0.25-0.5μm的淀粉鞘包围;淀粉鞘由3-5个淀粉盘构成。Oocystis nephrocytioides细胞细胞呈椭圆形或类圆形,具有多层细胞壁结构,外部没有粘质被膜;每个营养细胞中含有2个叶绿体,每个叶绿体包含1个蛋白核,分别位于叶绿体中央,呈类圆形,直径大小为0.75-1.25μm;每个蛋白核被一层淀粉鞘包裹着,淀粉鞘呈闭合的指环形,厚度为0.15-0.75μm,靠近细胞中心一端的较薄,靠近细胞两极的较厚。Oocystis sp.FACHB1429细胞呈圆形或类圆形,被粘质被膜包裹,具有多层细胞壁结构,每个营养细胞中含有一个蛋白核,位于叶绿体中央,呈不规则形状;蛋白核外层被一些大小不一的淀粉盘包围。Oocystis sp.细胞细胞呈椭圆形或类圆形,被粘质被膜包裹,具有多层细胞壁结构,每个营养细胞中含有一个蛋白核,位于叶绿体中央,呈圆形或椭圆形,直径为1.25-2.5μm;蛋白核被一层由4-7个淀粉盘组成的淀粉鞘包裹着。结果表明,卵囊藻属亚显微水平的共性特征为:存在或不存在粘质被膜,细胞壁具有多层结构,细胞形状为椭圆形、圆形或近似圆形,叶绿体内包含蛋白核,蛋白核被一层淀粉鞘包裹。淀粉鞘由淀粉盘组成,淀粉盘的数量在不同种间数量不等。
　　卵囊藻蛋白核亚显微结构显示:Oocystis lacustris CCALA396蛋白核内存在弯曲的类囊体;Oocystis nephrocytioides CCALA397的蛋白核内没有类囊体的存在;Oocystis sp.FACHB1429蛋白核内存在管状的类囊体结构,大多数情况下是2条类囊体类似平行的穿过蛋白核; Oocystis sp.的蛋白核内,可以观察到有管状的类囊体穿过,类囊体一般在3-5条。由此可知,卵囊藻蛋白核及其淀粉鞘结构具有多样性的特点,显示了一定的种间特异性,因此,卵囊藻蛋白核及其淀粉鞘结构可以作为一个区分卵囊藻物种的形态学标记,用于卵囊藻属种间鉴定。
　　18S rRNA基因是目前卵囊藻属物种应用最广泛、可供比对的数据最多的分子标记。本研究显示卵囊藻属的18S rRNA基因序列在种间的核苷酸差异值为0.1％~10.8%,表明18S rRNA基因具有一定的变异性,是一个很好的分子标记,可以适用于卵囊藻属物种的分子鉴定。18S rRNA系统树的结果显示卵囊藻属是明显的并系群,并被Echinocoleum elegans、Lagerheimia genevensis、Terachlorella alternans、Amphikrikos sp.、Oopanctella planoconvexa以及 Ecballocystiopsis dichotomus和makinoella tosaensis分离成7个支系,因此我们建议将卵囊藻属分类成组,建立更小的“属”。
　　28S rRNA基因序列在共球藻纲(Trebouxiophyceae)各科间的核苷酸差异值仅为6.5%~15.4%,表明28S rRNA基因具有较高保守性,更适合属水平以上的研究,不适用于属下种间的研究。28S rRNA系统树呈现的拓扑结构与之前报道的基于18S rRNA基因系统发育研究的结果一致,从而验证了18S rRNA得出的结论的可靠性。
　　卵囊藻属不同物种的ITS2序列差异值为8.8%~45.7%,表明ITS2基因具有很高的变异性,适合种间甚至种内的研究。4种卵囊藻 ITS2序列的二级结构大体上比较稳定:在5?端和3?端都有一个小的茎结构,而且比较保守;它们都有一个较大的环形结构以及一个较长的茎结构,可以为今后卵囊藻类群的系统发育研究以及遗传多样性研究提供数据参考。

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