怒江干流环境微生物多样性的空间分异特征及其驱动机制

来源 :云南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:arx2007
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微生物是生态系统的重要组分,在固碳、净化水体等多种生态系统功能的维持中发挥着至关重要的作用。河流微生物的研究主要集中在欧洲西部、美国及我国中东部,尽管怒江是我国重要的国际河流之一,但有关怒江微生物多样性的空间分异特征及其驱动机制的认识仍存较大空缺。基于此,本论文在怒江云南段采集了20个地点的水体、沉积物和河岸土壤样品,采样点间距约为30 km,通过基于16S r DNA和ITS的实时荧光定量PCR和扩增子高通量测序,结合理化性质测定和多元统计分析,揭示了怒江云南段环境微生物多度和多样性的空间分异特征及其驱动机制,主要发现如下:(1)怒江云南段微生物多度在水体、沉积物及河岸土壤之间差异显著,每克水、沉积物及河岸土壤的原核生物多度分别是4.86×10~6、2.74×1010和8.38×10~9;真菌的平均多度则分别为5.19×10~3、7.25×10~7和3.65×10~7。随着纬度的降低,水体、沉积物和河岸土壤中微生物多度呈现出增加的趋势。相比于其它河流,怒江云南段的微生物多样性较高,原核生物共有31498个操作分类单元(OTU),真菌OTU也高达17484个,微生物OTU数量自上游至下游表现出增加的趋势。基于FAPROTAX和FUNGuild的功能预测发现,大量微生物类群具有致病性、产甲烷、硝化和反硝化等功能潜力。微生物群落组成在不同环境介质及研究地点间均表现出显著差异。例如,水体和沉积物的拟杆菌门相对多度显著高于土壤,河岸土壤中酸杆菌门相对多度显著高于其它环境介质;拟杆菌门、酸杆菌门以及潜在硝化菌的相对多度在不同样点间也表现出显著差异。(2)基于MST模型的分析发现,不同研究地点间原核生物群落组成差异由随机性和确定性过程共同驱动,修正后随机率44.29%;而真菌群落的构建则由确定性过程主导,群落构建修正后随机率仅为18.05%。基于i CAMP模型的进一步分析发现,均质选择和扩散限制在怒江微生物群落构建中发挥着主导作用,对群落构建的平均贡献高达67.67%。本论文还发现,地理距离是驱动样点间微生物群落组成差异的重要因素;电导率、浊度、溶解氧和总悬浮固体也是微生物群落组成差异的重要影响因子,各环境因子对微生物群落组成差异的解释度最高达44.69%;溯源分析表明,样点间和样点内不同环境介质间的物种交流也是微生物群落多样性维持的重要机制。(3)稀有种和丰富种具有不同的分布模式,稀有种的OTU数量占比最高,原核生物稀有种的OTU数量所占比例在三种生境中的平均值达69.93%,其在真菌中的占比也达57.07%。然而,丰富种的相对多度最高,原核生物和真菌丰富种的相对多度分别达到53.77%和60.90%。丰富种和稀有种子群落的构建分别由确定性和随机性过程驱动,但稀有种和丰富种子群落都表现出显著的相似性距离衰减模式。漂变过程在丰富种、中间种和稀有种子群落构建中的贡献率分别为36.32%、22.06%、14.75%。本研究为怒江微生物资源开发和环境健康风险评估提供了基础数据,也为全球河流微生物多样性维持机制的研究提供了重要参考。怒江是亚洲最后一条未进行水电开发的重要河流,本论文的研究结果还可为其它河流水电开发环境效应的评估提供重要基础参照数据。
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