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细菌与环境因子间的相互作用是湖泊细菌生态学研究的焦点问题之一。温度与pH是湖泊生态系统中最基础的两个环境因子,同时也是全球变化的两个主要内容(全球变暖和酸雨)。因此,研究湖泊水体细菌结构和多样性对温度和pH的响应及相关机制,有利于深化在全球变化和人类活动干扰下对湖泊细菌生态学和未来湖泊发展趋势的认识。 借助于DAPI染色荧光显微镜技术、PCR-DGGE、16SrRNA克隆文库、454高通量焦磷酸测序和多元统计分析,本研究通过室内的微宇宙控制试验和野外样品采集相结合的方法,分别探讨了(1)湖泊水体细菌结构动态和组成对增温和营养盐添加的响应;(2)不同海拔高度的湖泊水体细菌形态特征;(3)增温和植物组成对湖泊水体细菌作用机制;(4)湖泊水体细菌结构和多样性对pH的响应机制。主要结论如下: 1.增温和营养盐的添加显著改变了水体细菌群落组成和结构动态,系统发育树的构建,发现属内生态分化是Methylophilus(Betaproteobacteria)和Polynucleobacter(Betaproteobacteria)细菌在不同温度和营养盐处理系统中普遍且大量存在的主要原因。 2.在高温/高营养盐条件下,水体细菌群落结构变化率加快,且趋于小型化。超微细菌(包含有放线菌门、Polynucleobacter(Betaproteobacteria)、淡水LD12(Alphaproteobacteria)分支、LD28(Betaproteobacteria)分支和嗜甲基菌属subcluster(I)(Betaproteobacteria))在高温下的增殖是高温条件下水体细菌小型化的主要原因。 3.对不同海拔梯度的湖泊水体中细菌形态特征的分析表明,不同湖泊中细菌形态存在明显的海拔梯度特征。若不考虑鞭毛虫的捕食作用,发现湖泊水体细菌的平均体积随着海拔降低而降低,即在低海拔的高温环境下,水体细菌趋于小型化。 4.除温度和营养盐浓度外,植物通过生长可以选择性地影响水体细菌的群落结构与组成。 5.pH显著改变了水体细菌群落结构。pH对水体细菌分类组成具有选择作用,相对于Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria、Acidobacteria和Acidocella(Alphaproteobacteria)细菌喜好酸性环境相比,Actinobacteria和Bacteroidetes细菌更偏向与中性偏碱性水体环境生活。 6.在极端的pH条件下,细菌可能存在种内的高度分化。在较高的分类级别(门、纲、科和属),细菌多样性与水体pH间的关系与大型生物相似,即细菌多样性与pH之间符合传统生态学的耐受限定律。