摘要浮游细菌在水生生态系统中普遍存在,具有极高的多样性,在物质循环中发挥着重要作用。长期以来,关于自然生态系统中浮游细菌群落的研究通常仅考虑优势类群(丰度≥1%的OTUs),而大量低丰度的浮游细菌(称为稀有类群:丰度<0.01%的OTUs)往往被忽略。稀有微生物若能适应资源有限的环境,则可以维持低丰度持续存活,而条件稀有微生物在有利的环境条件中种群可以增多丰度。目前,关于稀有微生物在水生生态系统中的作用与动态规律仍然不清楚。通常,细菌群落组成随着时间和空间的变化而改变,但主导此变化模式的机制在很大程度上还未被完全理解。确定影响浮游细菌群落组成和结构的关键因素,对于阐明浮游细菌群落在不断变化的环境中如何维持多样性至关重要。本论文旨在探讨中国东南地区亚热带水库浮游细菌群落多样性的时间动态变化过程和机制,以及量化条件稀有类群对浮游细菌群落结构变化的贡献。<br> 第一,我们评估了季节演替和生态过程对中国福建三座水库优势与稀有浮游细菌群落时间动态变化的影响。结果表明,条件稀有类群在浮游细菌群落丰富度方面贡献了大部分的多样性比例,并解释了浮游细菌群落在时间变化上的差异。优势和稀有类群的浮游细菌群落表现出明显的季节演替模式,且对环境变量的响应存在差异。确定性过程对稀有和条件稀有类群群落构建的影响显著强于优势和中间类群。条件稀有类群的季节变化决定了整个细菌群落的季节演替模式,本研究拓展了我们对浮游细菌群落结构和构建机制的理解,表明在受到环境干扰后,条件稀有类群对淡水生态系统的功能恢复和稳定性具有重要作用。<br> 第二,利用高频率采样方式研究了中国福建某城市水库浮游细菌群落在不同时间尺度上的变化规律和驱动因素。结果表明,浮游细菌群落组成在时间动态变化中具有显著差异,在24周时间里呈现方向性变化,在25-53周时间里呈现收敛性变化。优势和稀有亚群落在不同时间尺度上存在不同的动态模式,其中优势类群和条件稀有类群在短期时间尺度上存在较剧烈的动态变化模式。蓝藻表现出强烈的时间动态模式,且与水温和盐度的变化显著相关。共存网络分析表明,浮游细菌群落的网络结构是非随机的,这表明优势、稀有和条件稀有类群之间可能存在种间互作关系。网络拓扑特征结果表明,条件稀有类群在时间尺度上具有更紧密的联系。生物因素和非生物因素对浮游细菌群落的影响在各亚群落内部和不同站点之间存在差异。确定性过程对浮游细菌群落的影响比随机性过程更强,特别是优势和条件稀有浮游细菌群落。<br> 第三,我们研究了位于中国福建某水库的蓝细菌与其他细菌群落(优势、条件稀有、中等和稀有类群)的关联模式。蓝藻门和变形菌门在所有亚群落中的不同蓝藻丰度水平之间均显示出显著差异。而放线菌门和拟杆菌门在稀有细菌亚群落中存在显著差异Candida tus Xiphinematobacter在优势和条件稀有细菌亚群落的不同蓝藻丰度水平之间显示出显著差异,而Synechococcus在优势和稀有类群中表现出显著差异。与优势和条件稀有类群相比,稀有浮游细菌的主要门和属受到蓝细菌的影响更大。用于定量群落组成连通性的内聚度指标显示出强烈变化,但在优势和条件稀有亚群落中,它们的趋势却截然不同。与优势亚群落相比,中性过程在高蓝藻水平时期对条件稀有和稀有亚群落组成的影响更强。这些结果暗示,某些蓝细菌属与其他细菌群落之间的复杂相互作用,可以为确定这些细菌在自然环境中的功能作用提供线索。
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