海洋浮游细菌群落是亚热带海湾生态系统的重要组成部分,具有极高的遗传多样性,并在全球生物地球化学循环中发挥着关键作用。因此,了解海洋浮游细菌群落的多样性及其生物地理格局是生态学研究中的一个重要目标。然而,不像大型动植物生物地理格局的普遍研究,有关浮游细菌群落的空间分布模式以及构建机制的研究仍然十分有限,尤其是基于优势和稀有亚群落的研究。本研究利用高通量测序技术的分子生物学方法,研究并比较了中国南部深沪湾、东山湾和北部湾三个亚热带海域浮游细菌群落(包括整体、优势和稀有类群)的多样性,分析其生物地理分布格局以及潜在的驱动机制,揭示环境选择和中性过程在海洋浮游细菌群落构建中的相对重要作用。主要研究内容及结果如下:1.基于整体浮游细菌群落研究表明,占主导地位的类群是变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),其中 α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)和 γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)是变形菌门中多样性和丰度都较高的类群。2.基于优势和稀有浮游细菌亚群落研究发现,两者在组成和遗传多样性上具有显著差异。稀有类群的多样性(OTU数量)比优势类群(OTU数量)高两个数量级,但稀有类群的丰度约为优势浮游细菌的十分之一。另外,与稀有类群一样,优势类群中的放线菌门(Actinobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、α-变形菌纲和γ-变形菌纲都存在较高的丰度和物种多样性,其中拟杆菌门、α-变形菌纲和γ-变形菌纲这三大类群在优势亚群落中的物种多样性及丰度都显著高于稀有浮游细菌。而网络分析显示蓝细菌门、放线菌门和γ-变形菌纲这三大类群是引起优势亚群落物种多样性变化的最关键类群。3.对浮游细菌群落的生物地理格局分析表明,22个样品中的浮游细菌群落(包括整体、优势和稀有类群)显著被分离成深沪湾、东山湾和北部湾三组,而各个海湾表层和底层样品间的群落分离程度都较小。且维恩图可视化分析发现,所有优势浮游细菌(88个OTUs)在三个亚热带海域共同存在,而稀有浮游细菌共有种类较少(仅占所有稀有OTUs的6.20%)。整体浮游细菌群落具有明显的生物地理格局,且不同的群落间具有显著的距离衰减效应,优势和稀有类群也存在类似的现象,但优势浮游细菌的扩散能力强于稀有类群。4.选择过程(环境选择)和中性过程(扩散)是三个典型亚热带海湾浮游细菌群落构建和生物地理格局的重要机制。冗余分析(RDA)结果显示,环境变量(DO、盐度、NH4-N、N02-N、DSi 和 TN)和空间因子(PCNMnos.1-4 和 no.6)显著影响整体群落和优势亚群落的组成,而典范对应分析(CCA)显示PCNM no.l和nos.3-4三个空间变量和DO、盐度、NH4-N和N02-N四个环境因子是影响稀有类群的重要生态因子。5.将选择过程和中性过程对浮游细菌群落生物地理格局的相对贡献进行分析。方差分解(基于冗余分析中的调整R2系数)表明,纯空间因子对整体、优势和稀有类群的解释量稍大于纯环境因子。然而,纯空间因子对优势类群的解释量(17.3%)远高于稀有类群解释量(3.5%)。Mantel和偏Mantel检验也进一步证实了这些结果,环境选择和中性过程解释了整体群落、优势和稀有浮游细菌亚群落组成变化。然而,稀有类群中大部分未解释的变量(91.1%)意味着稀有浮游细菌在三个典型亚热带海湾中可能存在更为复杂的构建机制。中性模型分析结果显示,中性过程影响整体、优势类群的组成,而对稀有类群却没有影响。稀有类群的分析结果与方差分解、Mantel和偏Mantel检验方法不一致,进一步表明稀有浮游细菌亚群落的构建和生物地理格局可能受到更复杂生态因素的影响。我们认为对亚热带海湾生态系统浮游细菌群落(整体群落、优势和稀有亚群落)的生物地理格局及其生态过程的探究,促进了浮游细菌群落多样性的维护,进而促进可持续发展保护战略的实施。