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          海藻标本在科学研究中的作用

          发布时间:2016-06-23 14:04

            在教学过程使用海藻标本能够活跃课堂气氛并提高教学效果。不仅如此,海藻标本在科学研究过程中也具有十分重要的意义,其中包括海藻新物种的发表、海藻种质资源的保存以及海藻的分类与鉴定等领域。

           

          海藻标本在教育教学过程中能为学生提供直观和形象的知识,[1]对于枯燥的海藻分类学课程来说是很好的教学辅助手段,提升教学效果的作用十分明显。

           

          同时,海藻标本在科研过程中也具有十分重要的作用,能为科学研究提供珍贵材料,且不受时间和地点的限制,是海藻新种发表和新分布区记述的唯一可供检查和研究的实物证据,这使得海藻学者在一年四季中都可以查对采自不同地区的标本。一些大的植物标本馆收藏达百万份以上的腊叶标本,植物学家因此得以从事描述和鉴定等工作。

           

          中国科学院海洋生物标本馆收藏的标本中,藻类植物约占18%(12.6万多号),[2]中国海洋大学海藻标本室保存有青岛地区底栖海藻标本约15000,这些珍贵的标本为教学和科研提供了十分宝贵的材料。当藻类学家发现了某种待定的海藻物种时,通过与已知的或相关的海藻标本进行比对查证,如果发现有不同而判定为新物种时,此时需要对新物种的形态或其他生物学特征进行详细描述,并指定模式标本(Holotype)永久保存。这些信息在相关学术刊物中正式发表时,研究者需要在文章中注明标本的保藏地点及标本编号,[3,4]方便他人研究或进行验证。

           

          19世纪以来,由于人类不合理的经济活动和全球气候变化等问题,导致沿海的海藻场等生态系统遭到严重破坏。另外,沿海滩涂围垦导致定生海藻赖以生存的附着基质受到破坏,许多定生海藻濒临灭绝。[5,6]海藻标本的建设将为系统进化、生物多样性及濒危物种?;さ妊芯刻峁┮糯畔?,避免某种海藻的灭绝而导致其遗传信息的消失。西澳大利亚大学进行的一项研究发现,[7]由于海水温度上升,澳大利亚东西两岸的海藻正向南岸迁徙。一旦迁徙到南岸,如果温度继续升高,它们便无法继续向南迁徙,适合生存的栖息地将消失殆尽,这些海藻将面临无处可迁的境地,最终会灭绝。

           海藻标本在科学研究中的作用

          根据已知适合海藻种群生存的温度范围,由于海水温度上升,澳大利亚将有25%的温带海藻种群在2070年前灭绝。我国宁波大学一项历时四年(2008-2011)的调研显示,[8]浙江省沿海共有大型海藻158种。该结果与2002年的一项调查[9](浙江潮间带底栖海藻211)比较,海藻的种数减少了25.12%,并且还有46种海藻濒临灭绝,说明浙江沿海海洋环境正在恶化,导致海藻物种的消失,并明确指出海藻种类锐减的主要原因是环境污染和过度采集,海藻标本的建设将在一定程度上?;ずT宓囊糯试?。

           

            海藻物种的灭绝或种群数量的大幅下降,使得野外采集许多物种(尤其是濒危物种)的活体样本变得困难,同时使得馆藏海藻标本所包含的遗传信息在系统进化、种群遗传、生物多样性以及濒危物种?;さ妊芯恐姓季菰嚼丛街匾牡匚?。但是,海藻标本的保存时间往往很长,其藻体内的DNA结构已受到了破坏且含有多糖和多酚等杂质,如何有效地获得和利用海藻等植物标本的遗传信息已然成为分子系统学等相关研究领域里的重要研究内容。如果能对世界上数百年积累起来的植物标本中所包含的遗传信息加以利用,那将为人类打开一个巨大的遗传信息库。[10]生物DNA作为生物进化史的重要承载者在系统关系重建中的应用也将越来越广泛。[11]

           

          随着现代分子生物学的飞速发展,利用分子手段从高等植物和苔藓等蜡叶标本中提取DNA并进行PCR扩增已经成为现实,[12,13]目前这项技术也已经成功应用于海藻标本DNA的提取和基因扩增,[14]作为海藻分类的补充和更新,为常规分类依据(叶状体形态和生殖器官分裂式等)无法区分的相似种提供新的分类依据和参考。SaundersMcDevit发现馆藏时间较短(411)的海藻标本的DNA提取效率较好,并能获得较好的PCR扩增,但是馆藏数十年甚至上百年的标本无法得到很好的结果。HugheyGabrielson进一步通过优化实验条件,成功扩增了一份前人未成功的、于1836年采集并制作保存的红藻(Sparlingia pertusa)标本的三个位点的序列(COI,ITS2rbcL),并预言只要方法得当,可以从保存任意时间的红藻标本上提取DNA。

           

          [15]在此项技术的基础上,Lindstrom等人发现位于北美西海岸的紫菜(Pyropia lanceolata)复合种群中的物种数要远比以前认为的丰富,他们对1992年至2014年间制作的紫菜蜡叶标本进行核酮糖-1,5二磷酸羧化酶大亚基(rbcL)基因的序列测定,结果表明该复合种群中实际上包含了7个不同的紫菜种,其中三个为新种。[16]紫菜属海藻的结构十分简单,为12层细胞组成的膜状体,且藻体形态受到海区地理位置和营养条件等因素的影响,具有明显的可塑性,故紫菜属的某些种类在分类上有一定的困难,常规的形态学分类往往无法完全区分一些紫菜种类,导致产生一些复合种群。这项技术的应用将解决紫菜属等海藻因藻体结构简单而无法区分形态学类似的海藻物种的困扰。因此,作为一种潜在的DNA资源,海藻标本DNA对于系统发生、分类学和资源?;さ妊芯坑凶啪薮蟮睦眉壑?。

           

            作者:黄林彬 严兴洪 来源:教育教学论坛 201625

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