论文部分内容阅读
河口海岸环境系统内细菌群落是介导物质循环和能量代谢的关键微生物,对河口生态功能的稳定具有重要作用。因此,开展河口海岸细菌群落多样性、生态功能特征以及调控因素的研究具有重要意义。我国河口海岸带跨越多个气候带,并受人类活动、潮汐以及盐沼植被的影响;同时,河口海岸区域又存在明显的环境因子梯度,如温度梯度、盐度梯度以及营养盐梯度等。这些大尺度和局部的环境特征显著影响河口海岸生态系统细菌群落的多样性和生态功能特征,但是目前对我国河口海岸环境中细菌群落的多样性和功能特征仍缺乏系统的研究和了解。为此,本文选择了我国10个典型的河口为研究区域,从大的空间尺度上探究我国河口海岸沉积物细菌群落的多样性、群落构建模式和生态功能特征;以长江口及其邻近海域作为研究区域,探究盐度梯度对细菌群落的影响;以崇明东滩盐沼湿地作为研究区域,并结合细菌的生态特征,在局部尺度上研究盐沼植物对细菌的多样性和功能的影响,研究成果丰富了河口海岸微生物生态学的理论认识,并可为河口海岸生态环境保护提供科学依据。取得的主要研究成果和认识如下:（1）基于宏基因组序列和16S rRNA基因,在纬度梯度上,对我国河口海岸潮间带表层沉积物中细菌的分类学组成、群落构建过程和生态功能进行了研究。结果显示,细菌群落结构存在明显的时空动态模式,且与沉积物温度、p H、盐度、氨氮等理化性质密切相关。细菌群落的构建过程受到随机性和确定性过程的共同影响,其中扩散限制是影响群落多样性时空变异的主要因素,解释了细菌群落总体变异的59.51%,其次是变量选择,解释了细菌群落总体变异的36.79%。宏基因组序列结果显示,细菌群落功能特征的季节变化不显著,但存在显著的空间差异。Pearson相关分析结果显示,气候因子显著影响我国河口海岸沉积物细菌的功能特征。（2）基于细菌群落的相关功能基因,构建了细菌群落中潜在的C、N、S元素代谢通路。结果显示,介导C、N、S等元素循环的功能基因之间存在紧密关联,在代谢途径上存在灵活的连通性,这对维持河口海岸生态系统元素循环具有重要意义。主导C、N、S等元素循环的潜在细菌类群与沉积物功能基因特征相关,但受沉积物环境因子的影响较弱,说明了河口海岸沉积物中介导元素循环的细菌群落结构和功能特征存在一定的稳定性。研究成果揭示了我国不同纬度梯度下河口海岸沉积物中细菌群落的分类和功能特征,阐明了环境和气候变化对河口海岸生态健康和细菌微生物多样性与功能的影响。（3）基于16S rRNA基因和宏基因数据,探讨了长江口及邻近海域盐度梯度下细菌的群落结构和功能特征。结果表明,细菌群落结构变异与盐度、亚硝酸盐、铵态氮、三价铁、总有机碳和含水率显著相关。此外,研究结果还表明河口海岸沉积物中扩散限制同样影响细菌群落的构建过程。在这一地理范围内,随机性过程是影响细菌群落构建的主要过程,解释了约60%的群落变化。本研究结果反映河口盐度梯度下细菌群落的结构变异不仅受到环境因素介导的确定性过程的直接调控,同时也受到空间距离介导的随机性过程的影响。（4）基于16S rRNA基因和宏基因组学数据,分析了长江口及邻近海域沉积物细菌群落的生态功能。结果表明,在河口盐度梯度下细菌群落驱动C、N、S循环功能基因存在明显的空间格局,暗示了盐度对环境微生物地球化学功能的关键调控作用。微生物菌群注释分析结果表明,Desulfobacteraceae、Gemmatimonadacea、Rhodospirillacea、Chromatiacea、Rhodobacteraceae、Ectothiorhodospiraceae、Pseudomonadacea和Nitrospiraceae是驱动C、N循环耦合的潜在关键微生物,可作为河口海岸生态系统功能健康和稳定的标记微生物。（5）基于N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl-homoserine lactones;AHLs）的组成和含量,探讨了潮间带湿地中AHLs的组成特征及其在元素循环过程中的潜在作用。结果表明,AHLs含量与沉积物有机碳和p H显著相关,C6-HSL、C8-HSL、C10-HSL和C12-HSL是潮间带沉积物普遍存在的群体感应信号分子。与非根际相比,根际沉积物具有较高的AHLs浓度,并影响沉积物细菌多样性、群落功能和元素循环。细菌多样性和生态功能受到AHLs的调控,基于同位素标记的实验结果也显示潮间带沉积物中C6-HSL、C8-HSL和C12-HSL在硝化、反硝化和厌氧氨氧化等氮转化过程中发挥重要作用。本研究结果亦反映了潮滩盐沼植物对细菌群落结构和功能特征的影响和潜在调控机制,提高了对河口潮滩湿地细菌群落的生态和生理特征的认识。