亚热带河流浮游生物分布格局及其生态学机制

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浮游生物是淡水生态系统的重要组成部分,包括浮游植物、浮游动物、浮游细菌等类群,在维持水生态系统功能和过程中发挥重要作用。在全球变化背景下,河流生态系统正经历生物多样性、生态系统完整性的快速丧失,然而,我们对河流浮游生物的地理分布格局和影响其多样性的生态因子了解还十分有限。本研究综合采用形态学和分子生物学方法研究典型亚热带河流浮游生物群落组成特征,并对引起群落变化的地理和环境因子解析,揭示浮游生物生物地理学分布规律和可能的生态学驱动机制。主要研究内容和成果如下:  为了考察地理和环境因子如何影响浮游细菌群落组成,我们使用变性梯度凝胶电泳和克隆测序的方法对我国福建省七个自然保护区内31条溪流浮游细菌群落进行了分析。结果显示,优势浮游细菌群落具有明显的地理格局,而且不同溪流浮游细菌群落间相似度随地理距离增加而衰减,在海拔梯度和纬度梯度上也存在类似现象。冗余分析和Mantel检验都显示,浮游细菌群落组成与环境因子(电导率、总磷和磷酸盐)和地理因子(纬度、经度和海拔)显著相关。对浮游细菌群落变异方差分解进一步显示,地理和环境因子共同解释量(13.6%)高于纯地理因子解释量(11.2%)和纯环境解释量(0.6%)。β-变形菌是溪流中最常见的类群,其次是厚壁菌和γ-变形菌。因此,地理因子对福建省自然保护区溪流浮游细菌群落生物地理动态的影响大于水体物理化学性质对其的影响。  系统认知地理因子和环境因子如何影响自然保护区溪流浮游生物群落结构和多样性,对于自然保护区管理策略的制定和作出正确的保护决策具有重要意义。本研究调查福建省自然保护区溪流浮游植物和浮游细菌群落结构和多样性的变化,并研究造成这些变化的驱动因子,特别是地理距离和纬度对生物群落的影响。我们分别基于Illumina高通量测序和显微观察方法分析浮游细菌和浮游植物,采用Mantel检验分析浮游生物群落和地理距离或环境矩阵之间的关系,使用多元统计方法和网络分析确定对浮游生物群落影响显著的环境因子以及浮游生物之间的相互作用。结果表明,全部细菌、优势细菌、稀有细菌和浮游植物群落均具有相似的地理分布格局,它们都呈现明显的距离衰减关系。其中,全部细菌、优势细菌和稀有细菌群落主要受地理距离的影响,而浮游植物群落受环境变量的影响最大。随纬度的升高,浮游细菌物种丰富度呈先升高后下降的趋势,而浮游植物物种多样性呈下降趋势。网络分析显示,优势浮游细菌和优势浮游植物类群间资源竞争和促进关系并存。  微生物多样性和群落组成的时空分布和其主要驱动因子是微生态领域的基础问题。本研究运用变性梯度凝胶电泳和克隆测序方法研究干季和湿季九龙江浮游细菌和微型真核生物群落。发现细菌和微型真核生物群落在干湿季间存在显著的时间变化,同时也分别呈现不同的生物地理动态。基于方差分解和路径分析方法评价空间、时间和环境因子对浮游细菌和微型真核生物群落时空分布格局的影响。环境因子对细菌和微型真核生物群落造成较大影响,而空间和时间因子的影响相对较小。路径分析显示,微型真核生物群落可能通过捕食作用影响细菌群落组成。九龙江浮游细菌和微型真核生物群落时空动态存在显著差别,微型真核生物群落距离衰减现象比细菌群落更明显。浮游细菌和微型真核生物群落生物地理动态主要受本地环境变量的影响,受河流干湿季和空间位置的直接影响较小。
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