摘要
解读稀有和丰富的浮游细菌对环境变化的响应，这对于理解和缓解蓝藻水华是一个重要但研究较少的课题。该研究采用MiSeq扩增子测序技术，对南湖富营养化水体疏浚前后浮游细菌的分类和系统发育多样性进行了探究。该研究评价了稀有和丰富浮游细菌的环境宽度和生态偏好的系统发育信号，研究了浮游细菌的群落功能和装配过程。稀有和丰富的浮游细菌群落的分类和系统发育距离与环境因子的差异呈显著正相关。环境位宽分析和Blomberg’sK统计量表明，稀有类群比丰富类群具有更宽的环境阈值和更强的系统发育信号。疏浚后，稀有和丰富类群的环境适应性发生了明显的变化。与稀有浮游细菌相比，丰富浮游细菌具有更高的功能冗余度。疏浚后稀有浮游细菌的功能降低，丰富浮游细菌的功能增加。零模型分析表明，浮游细菌群落主要由随机过程的扩散限制决定，而属于确定性过程的异质选择主要地影响稀有浮游细菌群落组装。稀有浮游细菌比丰富的浮游细菌更受环境限制。水体中溶解氧是决定稀有和丰富浮游细菌随机性和决定性之间平衡的决定性因素。该研究丰富了稀有和丰富浮游细菌对大规模干扰措施的环境适应性的知识，从分子生态学的角度评估了疏浚以减轻蓝藻水华的表现。实验设计在疏浚前（年4月和7月）和疏浚后（年4月和7月）共采集了36份水样和36份沉积物样品。使用0.22微米滤膜过滤南湖水体，富集了浮游细菌。经液氮研磨和提取总DNA后，送于测序公司进行16SrRNA基因扩增子测序。水体理化性质（如温度与pH）和沉积物理化性质（如总磷和总氮等）使用标准方法进行了测定。采用环境位宽分析和Blomberg’sK测定了稀有和丰富浮游细菌的环境阈值和系统发育信号。采用Null模型确定了决定稀有和丰富浮游细菌群落组装的随机性和确定性过程的相对贡献度。采用R语言里的“Tax4Fun2”包分别对疏浚前后稀有和丰富浮游细菌群落的功能进行了预测。主要结果稀有和丰富种的环境适应性使用R语言里的“TITAN2”包对疏浚前后稀有和丰富浮游细菌的环境位宽进行了测定。结果表明：稀有浮游细菌较丰富浮游细菌对绝大多数的理化因子具有更高的环境位宽。这表明在分类学水平上稀有浮游细菌较丰富浮游细菌的环境适应性更强。此外，稀有和丰富浮游细菌的对某些理化的环境阈值在疏浚后有所减少或增加，这表明稀有和丰富浮游细菌对疏浚扰动环境适应性的改变。使用R语言里“picante”包里的“multiPhylosigal”功能确定了疏浚前后稀有和丰富浮游细菌的系统发育信号。结果表明：稀有浮游细菌较丰富浮游细菌对绝大多数的理化因子具有更强的系统发育信号。这表明在系统发育水平上稀有浮游细菌较丰富浮游细菌的环境适应性更强。图1稀有和丰富浮游细菌疏浚前后环境的适应性稀有和丰富种的群落组装使用R语言里的“picante”和“ecodist”包计算群落的βNTI和RC_bray值以确定4个生态过程的相对贡献。这四个生态过程为同质选择（homogeneousselection）、同质分散（homogenizingdispersal）、分散限制（dispersallimitation）和异质选择（Variableselection）。结果表明：分散限制过程决定丰富浮游细菌群落组装，而异质选择、同质分散和分散限制过程共同决定稀有浮游细菌群落组装。因此，疏浚前后稀有和丰富浮游细菌主要由随机过程和异质过程决定。使用Mantel分析表明，水体溶氧量与疏浚前后稀有和丰富浮游细菌群落βNTI呈现出显著相关性，表明溶氧量决定了疏浚前后稀有和丰富浮游细菌群落组装随机性和确定性之间的平衡。图2稀有和丰富浮游细菌疏浚前后群落组装的生态过程群落组装与群落功能之间的联系环境因子作为外在因素能够影响微生物的群落组成，进而影响群落的功能。群落组装的生态过程作为内在因素决定了微生物群落的组成，而生态过程亦受外在环境因子的影响。有报道称群落组装的生态过程强制性地偶联着微生物群落的组成和微生物所体现的功能。那是否可以认为群落组装（以βNTI矩阵表示）像微生物多样性一样可以指示功能（群落的功能或生态系统的功能）。本研究试图将群落组装和群落的功能联系在一起，以βNTI矩阵来代表群落组装，以功能冗余指数FRI代表群落功能，使用线性回归方式将两者关联在一起。结果表明：疏浚前βNTI与FRI关系不显著，疏浚后βNTI与FRI关系显著。疏浚导致水体营养的缺乏，浮游细菌群落组装的过程更能影响着群落的功能。图3稀有和丰富浮游细菌疏浚前后βNTI与功能冗余指数的线性回归总结基于DNA的数据集和统计分析首次揭示了稀有浮游细菌比丰富浮游细菌更受环境约束，稀有浮游细菌比丰富浮游细菌具有更强的环境适应潜力。溶解氧在稀有和丰富浮游细菌群落组装的随机过程和确定性过程之间的平衡中起着决定性的作用。疏浚作为大规模的人为干扰，能够导致浮游细菌群落功能的改变，因此疏浚是减轻蓝藻水华的有效途径。群落组装可作为评价浮游细菌群落功能的生物学指标。我们的研究结果对理解浮游细菌多样性的维持具有重要意义，并为在富营养化淡水生态系统中预测浮游细菌对环境变化的响应提供了一种方法。考虑到浮游细菌对水生生态系统健康的重要性，应在更多不同的淡水和海洋生态系统中对模型进行实验验证。原文链接：
