摘要: 目前全球水体污染、水资源短缺等问题日益严峻，而对于水生态系统的研究仍存在诸多空缺，尤其是对主要水源——淡水河流生态系统的微生物群落研究较为薄弱。本研究融合了高通量测序技术、生物信息技术以及现代群落生态学理论，以典型亚热带淡水河流巴河... 展开 目前全球水体污染、水资源短缺等问题日益严峻，而对于水生态系统的研究仍存在诸多空缺，尤其是对主要水源——淡水河流生态系统的微生物群落研究较为薄弱。本研究融合了高通量测序技术、生物信息技术以及现代群落生态学理论，以典型亚热带淡水河流巴河（包括上游支流胜利河及义水河）为对象，对不同微生境下9个断面17个位点的水体和底泥细菌群落的时空动态及污染胁迫效应进行了系统研究。主要内容和结果摘要如下： （1）水体和底泥群落中的优势门类主要包括变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门、厚壁菌门和疣微菌门等，而丛毛单胞菌科细菌是巴河流域水体和底泥菌群的第一大优势类群（15.12%±10.16%），水体中的第二大类群为黄杆菌科（9.13%±6.31%），而在底泥中则是噬几丁质菌科（5.82%±2.94%）。此外，季节和断面因素对水体和底泥菌群的操作分类单元数目、Shannon多样性、Simpson均匀度、谱系变异度和谱系均匀度都存在显著的交互影响（P＜0.001）。 （2）将七种经典的物种多度分布理论模型分别与水体和底泥群落进行了拟合，结果显示，支持生态位理论的对数正态模型和基于中性理论的Volkov模型对水体群落的解释率分别为：45.1%和41.17%，相应地，两者对底泥群落的解释率分别为55.55%和13.33%。同时，Sloan中性群落模型对水体集合群落的拟合效果优于底泥（R2水体=0.83，R2底泥=0.72），且水体中微生物群落的迁移率m为0.33，而在底泥中仅为0.19。这些结果一致表明，在流动性的水体生态系统中，基于生态位的定向选择与中性随机过程均在细菌集群过程中起到了重要作用；而在非流动性的底泥生态系统中，定向选择对细菌群落的形成和演替过程起到了更为重要的作用。 （3）以义水河-巴河连续系统中不同污染梯度下五个断面（W5-W9）的156个水体样本为对象，结合Sloan中性群落模型的拟合优劣以及群落共发生网络的结构分析发现：在上游W5断面的清洁水体环境中，Sloan中性群落模型与实际数据的拟合度较高（R2=0.87，m=0.65），群落的共发生网络具有较少的节点数（170）和边数（539）、较低的平均聚集系数（0.41）和较高的模块性（0.51）；随着污染程度的升高，Sloan中性群落模型对排污口W9处群落数据的拟合度R2下降至0.76（m=0.40），且网络结构中的节点数（283）和边数（3453）增多，平均聚集系数（0.52）升高，模块性（0.34）则降低。表明清洁水体中的细菌群落受到更多中性随机作用的影响，种间连接较为松散，形成较多的小型模块结构，使得群落网络结构表现出较高的稳定性；而当污染胁迫加重，菌群受到较高的环境选择作用影响时，更多的物种参与到网络结构中，彼此之间的连接增多，诸多小型模块相互融合，这使得细菌群落应对环境的敏感性和效率提高，有利于彼此在污染胁迫下的生存。 （4）在此基础上，本研究借助Guimera网络节点划分方法探究了群落中关键种的类别及各自的作用。结果表明，模块枢纽类的物种多为广布种，具有较高的相对多度（0.91%），且呈中性分布（83.33%），与其他物种存在较多互益的正相关关系（63.49%）；而连接器物种的多度则相对较低（0.41%），且多受制于环境因素（32.43%），与其他物种之间的负相关关系较多（32.43%），极有可能在群落与环境之间的信息传递过程以及群落中不同模块之间的协调互作中起重要作用，并进而引导着群落演替的方向。 本研究较为详细地刻画了典型亚热带淡水河流中细菌群落的时空格局，揭示了“环境选择-随机过程”这一动态平衡在水体和底泥菌群演替中的作用机理及其对群落结构和多样性的影响，进一步提出了“不同环境污染梯度—生态位/中性理论动态平衡—群落内部结构—关键种”的关联模式，深化了对亚热带淡水河流细菌群落格局和演替机制的理解，为河流的污染治理提供了借鉴意义，同时也为人类充分合理地利用微生物资源提供了科学理论依据。 收起