海藻标本在科学研究中的作用:科学标本

海藻标本在科学研究中的作用

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份，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保护等研究提供遗传信息，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。

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种)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 程度上保护海藻的遗传资源。

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保护等研究中占据越来越重要 的地位。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。Saunders和McDevit发现馆藏时间较短(4～11年)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。Hughey和Gabrielson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，ITS2和rbcL)，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1～2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、分类学和资源保护等研究有着巨大的利用价 值。

作者：黄林彬 严兴洪 来源：教育教学论坛 2016年25期