论文部分内容阅读
沉积环境微生物是湖泊元素循环的主要驱动力,对维持湖泊生态系统功能、促进湖泊生态系统内物质、能量、信息流动意义重大。本研究依托国家自然科学基金重点项目“人类活动影响下长江三角洲平原河网氮的累积调控机制”,以太湖轻度富营养的胥湖和中度富营养的贡湖、梅梁湖、西太湖为研究对象,系统开展了连续三年、每年四季的沉积物微生物赋存环境理化指标监测,借助高通量测序、分子生态网络模型等技术方法,识别了不同沉积环境微生物及其群落结构时空差异性、种间交互关系差异性等,探讨了沉积物微生物对环境的响应机制。主要结论如下:（1）借助Illumina高通量测序平台对沉积物微生物进行鉴别,平均每个样品获得40149条序列,文库覆盖度大于95%。研究区域沉积环境共识别65个门、153个纲、247个目、264个科、366个属的微生物,主要门类包括Proteobacteria、Bacteroidetes、Firmicutes、Nitrospirae、Acidobacteria、Choroflexi、Verrucomicrobia,主要纲类包括Deltaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Nitrospira。其主要组成种属与多样性指数与其他淡水湖泊沉积环境相似。（2）太湖不同湖区沉积物微生物群落多样性为贡湖>梅梁湖>西太湖>胥湖,其Shannon指数三年均值分别6.17、6.10、6.01和5.96。多数优势种属的丰度在湖区间、年际间均存在显著差异。空间上,(Gammaproteobacteria亚门、Nitrospirae门、Bacteroidetes门等11个优势种属在湖区间存在显著差异;年际间,Gammaproteobacteria 亚门及其 Pseudomonadales 目与 Acinetobacter属等17个优势种属存在显著差异。（3）利用监测期间第一年、各湖区沉积物微生物操作分类单元（OTU）数据所构建的分子生态网络特征表现为:中度富营养化湖区节点数、连接数、平均度（359-389,1131-1679,5.86-9.35）高于轻度富营养化湖区（254,721,5.68）,表明中度富营养湖区分子生态网络更为复杂,微生物种间交互更多;负相关关系表现为中度富营养湖区（91.66%-99.76%）低于轻度富营养湖区（87.70%）,表明轻度富营养湖区中存在更多竞争关系;胥湖的平均路径长度（4.80）较中度富营养湖区（5.06-8.93）短,表明物质、信息、能量在胥湖分子生态网络中的传递效率更高。因此,中度富营养化相较于轻度富营养湖区具有更强的抗环境干扰能力。（4）微生物种属丰度与环境因子的相关性分析表明,不同物种丰度与温度、沉积物中S-NO3-、S-TN、S-TOM、S-TP呈极显著相关（P<0.01）,其中与S-NO3-、S-TN呈极显著相关的物种最多;微生物群落结构与环境因子的冗余分析（RDA）表明S-NO3-、S-TN、T是影响微生物群落结构的主要环境因子（P<0.05）;分子生态网络模块与环境因子相关性分析（P<0.05）表明,轻度富营养水平湖区的分子生态网络模块受S-TP影响,中度富营养水平湖区受S-TOM、S-TN、S-NO3-、S-NH4+的影响更大。综上,S-NO3-、S-TN是影响太湖沉积物微生物种属、群落结构及分子生态网络模块的关键环境因子。