摘要
我国西北地区的跨境河流不仅具有丰富的水资源，而且也是该地区水生生态环境保持较为原始的区域。为探究该地区水生生物多样性现状，本研究于2012—2017年期间系统调查了新疆三条主要的跨境河流（额尔齐斯河、伊犁河与额敏河）干流、支流及附属水库大型底栖动物的群落结构（物种组成、优势种、密度和生物量），运用分子生物学手段获取了三条河流大型底栖动物的DNA条形码序列，并验证DNA条形码技术在该地区物种鉴定中的有效性，阐明三条跨境河流底栖动物代表性种类的种群遗传结构，并运用多种方法对三条跨境河流大型底栖动物多样性进行了研究。主要研究结果如下： 1.研究期间，伊犁河、额尔齐斯河和额敏河流域分别鉴定大型底栖动物109种、124种与76种。三条跨境河流的底栖动物均以水生昆虫为主，并分布于三条河流全流域。在优势种组成上，蜉蝣和摇蚊幼虫成为三条跨境河流主要优势类群。功能群调查结果表明：三条跨境河流中捕食者和收集者在5月、7月、8月和10月均占较大比例，刮食者与撕食者相对比例最少。三条跨境河流大型底栖动物的物种数、密度和生物量、多样性指数以及环境因子均存在明显的时空变化。 2.确定了新疆三条跨境河流大型底栖动物189个物种的1227条序列，其中包括蜉蝣目40种516条、襀翅目13种146条、毛翅目15种81条、半翅目12种66条、双翅目67种273条、鞘翅目20种55条、蜻蜓目6种23条、环节动物9种66条、软体动物5种17条。所有COI基因5'序列的长度大于或者接近600bp长度。在DNA条形码分子水平上，使用了条形码间隙分析法、树分析法、BIN法和ABGD分析法与大型底栖动物的形态学鉴定的结果做了对比分析。条形码间隙分析法和树分析法可以区分189个底栖动物种类中的187种（除了鲜艳多足摇蚊polypedilumlaetum和多足摇蚊属一种polypedilumbullum）。ABGD法将189种1227条序列划分成190个分类单元，其中181个分类单元与形态学鉴定结果完全一致。BIN分析在189种1227条序列产生了201个不同的BINs，有两对底栖种类出现分享BINs的情况，另有9个种类被分配21个BINs，物种被分配多个BIN也能够一定程度上反映出地理隔离导致的种群分化。 3.选择三条跨境河流中具有代表性的3种蜉蝣（棕红小蜉Serratellaignita、透明假蜉Ironpellucidus、四节蜉属一种Baetisbraaschi）和石蛭属一种Erpobdellasp进行种群遗传结构分析，以揭示地理种群遗传分化、种群历史演化以及遗传多样性等规律。每个物种包含3个种群，按流域划分为额尔齐斯河、伊犁河和额敏河种群。棕红小蜉、透明假蜉、四节蜉属一种和石蛭属一种分别成功测序得到47、34、23和33条CO1基因序列。这4个种类在三个地理种群之间CO1基因单倍型和核苷酸多样性分析显示，棕红小蜉、透明假蜉、四节蜉属一种和石蛭属一种总群体单倍型多样性(Hd)分别为0.946、0.952、0.897和0.896。相应的群体间核苷酸多样性(Pi)分别为0.0152、0.0080、0.0061和0.0062，平均核苷多样性(K)分别为9.643、4.898、3.810和3.996，揭示了4个种类都有较高的遗传多样性。在这4个物种中，棕红小蜉具有最高的群体间核苷酸多样性(Pi)和平均核苷多样性(K)值，遗传多样性最高。使用DnaSP5.0软件分析显示：棕红小蜉、透明假蜉、四节蜉属一种和石蛭属一种遗传分化指数(Fst)分别为0.42283、0.25237、0.05602和0.62469，基因流值分别为0.51、0.90、1.85和0.16，这与分子方差分析（AMOVA）的结果相吻合。分子方差分析（AMOVA）显示，除了石蛭属一种，其它三个蜉蝣目的种类（棕红小蜉、透明假蜉和四节蜉属一种）群体间遗传分化不明显，群体内部的分化是突变的主导因素。棕红小蜉、透明假蜉和四节蜉属一种变异来自群体内部的百分比为57.72%、74.76%和94.40%，而石蛭属一种变异来自群体内部的百分比为37.53%。4个物种的单倍型网络图显示，单倍型网络图总体呈长链状。大多数单倍型之间的突变步骤只有1~3步。来自同一群体的单倍型往往聚集在周围，并且与地理距离呈现出一定的相关性，以地理距离形成一些较小的结构。利用岐点分布和Tajima'sD中性检验测试4个物种历史上是否经历过种群扩张，岐点分布分析显示：岐点分布图为明显的多峰图，观测值与预期拟合值较差。中性检验Tajima'sD检验和FU的Fs检验结果显示：4个物种的Tajima'sD和Fs值均为负值但无显著性差异。岐点分布和Tajima'sD中性检验结果表明：本研究4个物种具有复杂的种群历史，种群历史上比较稳定，没有经历过种群扩张事件。 4.建立了新疆北部地区大型底栖动物DNA条形码参照图书馆。在本研究中，DNA条形码对于当地底栖动物的物种鉴定被证明是快速、有效、可靠的。DNA条形码能够识别群落组成中细微变化的能力（例如，各类群丰富度、隐存种、多样的物种谱系），评价底栖动物生物多样性，揭示底栖动物群落对特定环境压力的响应，及时评价对淡水生态系统的影响，为水生生态系统环境监测提供科学的依据。
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