青藏高原东北部湖泊细菌群落结构特征季节性差异及驱动机制

微生物是湖泊生态系统重要的有机组分。了解不同时期青藏高原湖泊细菌群落特征、环境驱动因子及其群落构建过程的差异,对高原湖泊水生态管理具有重要的指导意义。分别于2020年6和12月采集青藏高原东北部5个湖泊水样,基于高通量测序技术、统计分析和模型分析,解析高原湖泊群在非冰封期和冰封期细菌群落结构、环境驱动因子和中性过程、确定性过程以及随机性过程在细菌群落构建过程的贡献。结果表明：（1）非冰封期湖泊细菌群落的Chao1丰度指数、Simpson和Shannon多样性指数低于冰封期,Spearman相关性分析结果表明非冰封期细菌群落的Chao1丰度指数和多样性指数与水温和海拔显著相关,而冰封期细菌群落的Chao1指数和多样性指数与总氮显著相关;（2）水体细菌群落的优势门均为变形菌门（Proteobacteria）,非冰封期细菌中拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）的平均相对丰度明显高于冰封期。另外,主坐标分析和相似性分析结果表明非冰封期和冰封期的细菌群落组成差异极显著;（3）冗余分析结果表明不同时期湖泊群细菌群落结构的...     

岱海水体及沉积物细菌多样性及群落组成特征

采用高通量测序技术,研究了内蒙古岱海流域入湖河流、湖水及沉积物细菌多样性及群落组成.结果显示,细菌多样性从高到低依次为：沉积物>河流>湖泊.聚类分析表明入湖河流、湖水和沉积物细菌群落可分为明显不同的3支,说明这3种生境中细菌群落结构有较大差异.物种注释结果表明,河流中优势细菌菌群为髌骨细菌（Patescibacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）;湖水中优势细菌菌群为放线菌门（Actinobacteria）;而沉积物中优势细菌菌群为变形菌门和绿弯菌门（Chloroflexi）.典范对应分析及Monte Carlo检验表明,电导率和悬浮物含量对水体中（河流与湖泊）细菌群落影响显著,二者共解释了细菌群落变化的86.5%;而冗余分析及Monte Carlo检验表明,泥深、磁化率和总有机碳对沉积物中细菌群落影响显著,三者共解释了细菌群落变化的47.9%.近30年来,岱海地区气候变化和人类活动导致湖水咸化,沉积物碳氮指标显著增长.岱海水体及沉积物细菌多样性及群落组成的差异及其主要驱动因子,反映了细菌对这种气候变化和人类活动共同作用的响应.     

太湖水体和沉积物细菌群落分布格局及其驱动因素

水体和沉积物是湖泊生态系统中迥异但又紧密相连的两类生境,栖息在这两类生境中的细菌在维持生态系统平衡和驱动元素循环中起着关键性作用。为了探究湖泊水体和沉积物细菌群落的分布格局,本文对太湖四个湖区水体和沉积物中细菌群落进行调查,基于高通量测序技术和统计分析手段,分析这两类生境中的细菌群落组成和多样性水平、分布特征及其驱动因素。结果表明:放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)是水体细菌群落中最主要的细菌门,而沉积物中Proteobacteria占据优势地位。在两类生境中,太湖西部区域细菌群落丰富度和独特性(LCBD)相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对水体而言,电导率、pH值、PC1(重金属组成)和沉积物孔隙度是驱动细菌丰富度的重要因子,PC1、水温及pH值是影响细菌群落LCBD的重要因子,而细菌网络复杂性随pH值的增加而增加,且在高pH环境中占主导地位;对沉积物而言,其丰富度和LCBD的重要影响因子均是沉积物中总磷和锂,细菌网络复杂性随金属元素施加的环境压力增大而降低,但随总磷、磷酸盐和铵态氮浓度的...     

抚仙湖垂向分层期间水体细菌群落结构组成及多样性的空间分布

水体垂向分层是深水湖泊一个重要的特征,这不仅影响水体理化环境因子,而且影响水生生物组成的垂向分布,但是对不同水层水体细菌的多样性和群落结构组成的形成与维持机制知之甚少. 本研究以抚仙湖为研究对象,在水体热力分层期间采集不同位点、不同水层水样,借助16S rDNA Illumina Miseq高通量测序技术,探究水体细菌多样性和群落结构组成的空间分布特征及关键影响因子. 研究结果表明：(1)抚仙湖北部湖心在水深15~40 m处出现温跃层,温度由23℃降至15℃,其余理化环境因子也存在明显的垂向分层现象;与垂向差异相比,表层水体各理化因子在水平方向上的差异相对较小. (2)在水平方向上,南部湖心表层水体细菌alpha多样性(Operational Taxonomic Unit数目和Faith''s phylogenetic diversity)最高;在垂向上,水体细菌alpha多样性随着采样水深的增加呈现单峰分布,在30和40 m水层最高;水体细菌alpha和beta多样性的垂向差异均显著大于水平方向差异. (3)表层水体细菌主要由Actinomycetales、unidentified Cyanobacteria、Burkholderiales和Sphingobacteriales组成;温跃层中以Pseudomonadales为主;均温层的优势菌群为unidentified Chloroflexi、Actinomycetales和Burkholderiales. 典范对应分析表明溶解性有机碳、溶解氧、硝态氮、氨氮和总磷浓度是影响细菌群落组成的主要环境因子.     

太湖流域河流鱼类群落的时空分布

确定河流鱼类群落的时空分布格局及其形成机制是开展鱼类物种多样性保护与管理的科学基础.基于2013年10月和2014年5月共2次对太湖流域57个河道样点的调查数据,初步研究太湖流域河流鱼类群落结构及其多样性的季节动态和空间分布特点.共采集鱼类5051尾,计46种,其中鲤科鱼类26种,占全部物种数的57%.10月份的鱼类多样性显著高于5月份,且2个季度的鱼类群落结构存在显著性差异.5个主要水系间的鱼类多样性差异显著,总体上,沿江水系和洮滆水系鱼类多样性较低,黄浦江水系居中,而南河水系和苕溪水系较高;鱼类群落结构也随水系而显著变化,主要表现为黄浦江水系与洮滆、苕溪和沿江水系呈显著差异.在2个一级生态分区之间,鱼类多样性无显著差异但群落结构显著不同,主要因、鲫、似鳊等优势种及宽鳍鱲、尖头鱥、中华青鳉、食蚊鱼等偶见种的空间分布差异所引起;在4个二级生态分区之间,鱼类多样性和群落结构均存在显著的空间变化.     

蓝藻生消对巢湖沉积物phoD碱性磷酸酶基因细菌群落结构的影响

phoD基因编码的碱性磷酸酶驱动沉积物有机磷矿化并释放生物可利用磷,促进了富营养化湖泊蓝藻的生长与暴发,但对富营养化湖泊蓝藻生消周期phoD基因细菌群落动态变化的认识依然有限.本文研究了中国典型富营养化湖泊巢湖蓝藻生消过程沉积物碱性磷酸酶活性（APA）、phoD基因细菌多样性和群落结构的动态变化及其与环境的关系.结果显示：巢湖沉积物APA活性在蓝藻生长与暴发阶段显著升高,且与水温、pH、溶解氧（DO）等环境因子显著相关.蓝藻生消各阶段沉积物phoD基因细菌群落的优势菌属均由Pseudonocardia和Friedmanniella构成;与蓝藻潜伏期和衰亡期相比,生长初期与暴发期大多数样点沉积物Pseudonocardia的丰度显著降低而Friedmanniella显著升高.携带phoD基因的菌属丰度呈显著的时空变化,其中菌属丰度的空间异质性较高.蓝藻生长初期与暴发期的phoD基因细菌群落的Ace指数与Shannon多样性指数显著大于潜伏期与衰亡期.研究表明,携带phoD基因细菌群落结构的变化主要受APA、DO、叶绿素a、水温、总磷以及无机磷的驱动;春季蓝藻的生长消耗大量上覆水溶解性无机磷,激发了沉积物APA活性并诱发Friedmanniella生长从而缓解水体磷限制.     

广州市不同类型水体轮虫群落结构的时空变动及与理化因子间的关系

轮虫是水体中重要的浮游生物类群,对环境变化敏感,是水生态系统中食物链及微型食物网的关键环节.于2015年夏季(7月)和冬季(12月)对养殖池塘、水库、广州城市湖泊、珠江河口及珠江河段水域的轮虫和理化环境指标进行了调查分析,共发现轮虫26属、76种,其中裂痕龟纹轮虫(Anuraeopsis fissa)在7月河流水体占绝对优势,但12月数量明显减少.冬季珠江河段和河口水体群落多样性指数与均匀度指数较夏季高,群落结构较夏季稳定.调查水体轮虫丰度范围为33~2625 ind./L,城市湖泊夏季丰度较高,冬季有所下降,而养殖池塘轮虫丰度在冬季有所上升.群落结构相似性分析(ANOSIM)分析表明,不同类型水体之间差异显著,尤以湖泊与河流差异性最大,广布多肢轮虫(Polyarthra vulgaris)在湖泊贡献率最高,暗小异尾轮虫(Trichocerca pusilla)其次;裂痕龟纹轮虫在河流贡献率最高,优势种丰度差异是造成湖泊与河流群落结构差异的主要原因.统计分析表明,轮虫丰度与叶绿素a浓度呈正相关.冗余分析与ANOSIM分析发现广布多肢轮虫在流花湖等叶绿素a浓度较高的静态水体中易形成优势;裂痕龟纹轮虫和角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)在珠江河段等总氮和总磷浓度高的富营养化流动水体中易形成优势.综合轮虫群落结构和水质特征,广州市水体富营养化严重,耐污性轮虫种类多,应加强城市水生态系统保护和管理.     

不同沉水植物叶片附着细菌群落多样性及网络结构差异

沉水植物叶表附着大量细菌,与沉水植物构成了复杂的共生体系.叶片附着细菌是水生态的重要组成部分,能影响沉水植物自身生长和水体物质循环过程.目前,对于沉水植物多样性对植物叶片附着细菌群落的影响知之甚少.本研究比较了不同沉水植物物种多样性对浮游细菌和叶片附着细菌群落的影响,同时探究不同植物——苦草(Vallisneria natans)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和黑藻(Hydrilla verticillata)叶片附着细菌的群落结构和多样性特征.结果表明,浮游细菌和叶片附着细菌的群落α多样性和β多样性具有显著差异.与单一植物物种体系相比,高植物物种多样性体系中植物叶片附着细菌群落α多样性较高.在高植物物种多样性体系中,黑藻叶片附着细菌群落的α多样性显著较高而β多样性显著较低,苦草叶片附着细菌群落的α多样性较低.沉水植物叶片附着细菌群落优势菌群属于变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).高植物物种多样性体系中苦草的物种共现网络最具模块性.嗜甲基菌(g_Methylophilus)、红杆菌(f_Rhodobacter)、黄杆菌(g_Flavobacterium)是物种共现网络的关键物种.本文研究植物物种多样性对淡水湖泊细菌群落结构的影响,并强调宿主植物对附着细菌群落的重要选择作用,加深对细菌群落在水生植物叶片定殖机制的理解.     

不同生态处理方法对黑臭河道底泥细菌多样性与群落结构的影响

底泥细菌代谢是城市河道底泥代谢物的主要来源,最终决定城市河道的生态状况.本文研究了黑臭河道底泥经添加硝酸钙、生物促生剂和种植沉水植物处理后底泥中细菌群落结构的响应,以期为城市黑臭河道细菌群落的改善和综合治理提供理论依据.实验结果表明:经过不同生态处理后,上覆水中,添加硝酸钙组总氮(TN)含量显著高于对照组,添加生物促生剂组溶解氧浓度显著高于对照组.沉积物中,所有处理组的氧化还原电位值(ORP)均显著高于对照组,种植沉水植物组和添加硝酸钙组TN含量均显著低于对照组,沉积物理化性质得到一定改善.对不同生态处理组底泥细菌群落的研究发现,处理组底泥细菌群落产生了较大变化,且不同处理组细菌群落变化不同,生物促生剂组底泥中细菌的Sobs指数和Chao 1指数显著高于对照组和硝酸钙组,且生物促生剂组Shannon指数和PD指数显著高于硝酸钙组.Proteobacteria(Deltaproteobacteria、Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria)、Chloroflexi、Firmicutes、Bacteroidetes和Spirochaetae是各实验组的主要优势菌门;非度量多维尺度分析表明:硝酸钙和生物促生剂的投加可明显改变底泥细菌群落结构组成.在属水平上,uncultured_Anaerolineaceae、Ferribacterium、uncultured_Xanthomonadales_Incertae_Sedis是导致底泥细菌群落发生变化的主要菌属.冗余分析结果表明,底泥ORP的变化是驱动细菌群落结构变化的关键环境因素.     

苦草(Vallisneria natans)对沉积物微生物群落结构的影响

模拟湖泊系统构建了"沉积物-水-苦草(Vallisneria natans)"系统,应用磷脂脂肪酸(PLFAs)法测定在沉水植物苦草不同生长时期沉积物表层微生物群落结构的变化,探讨沉水植物对沉积物中的微生物群落结构的影响.结果表明,从苦草生长初期到旺盛期再到衰亡期,沉积物中有机质含量先下降后上升;总磷、有机磷、无机磷分别下降了8.97%、7.81%、10.28%;沉积物微生物的活性与总磷呈极显著负相关,在苦草生长初期和旺盛期,实验组的沉积物微生物活性大于对照组,而在衰亡期对照组的沉积物微生物活性略高于实验组;不同时期沉积物中微生物群落结构发生了明显变化,组成结构差异显著,微生物组成中细菌占主要成分(占微生物总量的76%~84%);细菌中革兰氏阳性菌占主要优势,且革兰氏阳性菌百分含量随苦草生长呈上升趋势,革兰氏阴性菌呈下降趋势;真菌的百分含量呈上升趋势.     

近40年青藏高原湖泊面积变化遥感分析

以MSS、TM和ETM遥感影像作为主要信息源,综合利用RS、GIS技术,提取青藏高原1970s、1990s、2000s及2010s 4个时段的湖泊面积信息,分别从区域位置、面积规模、海拔高度3方面分析其近40年来的变化趋势及变化特征,同时结合1972-2011年间青藏高原气候变化情况,初步探讨了影响青藏高原湖泊面积变化的主要原因.研究结果表明:(1)青藏高原面积大于10 km²的湖泊有417个,这些湖泊大多是面积为10~100 km²的小型湖泊,空间上集中分布在高原西部地区,海拔上集中在4500~5000 m范围内;(2)近40年青藏高原湖泊面积的变化趋势及差异性特征在整体上表现为湖泊呈加速扩张的趋势,其中2000s-2010s时段是湖泊扩张最显著的时期;在区域位置上,北部地区的湖泊变化最为剧烈;在面积规模上,小型湖泊扩张最为显著;在海拔高度上,低海拔地区湖泊扩张剧烈;(3)近40年青藏高原气候暖湿化程度明显,气候变化对湖泊面积变化影响显著;在气象要素中,降水量的变化是青藏高原湖泊面积变化的主要驱动因子.     

基于多维度指数的雅鲁藏布江鱼类多样性评价及群落构建过程分析

雅鲁藏布江是我国西藏地区最大的河流,孕育着独特的水生生物资源。近年来随着人类活动的干扰与河流开发的推进,亟待对该流域水生生物多样性进行全面调查评估。本研究基于雅鲁藏布江全流域的鱼类资源调查数据,整合物种多样性、功能多样性和系统发育多样性3个维度12项指数,对该流域鱼类多样性进行评价分析。结果显示,24个调查样点中共采集到37种鱼类,隶属于3目7科24属;其中土著鱼类27种,外来鱼类10种;鲤形目鲤科鱼类为优势类群。基于Bray-Curtis相异度的层次聚类可将雅鲁藏布江鱼类群落划分为4组,表现为帕隆藏布汇口以上/以下江段及两个江段内干支流间存在较大差异,这与区域生物地理学过程及河流环境梯度密切相关。利用12项多样性指数对各组群的鱼类多样性进行评估,结果表明,除Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数、平均配对种间系统发育距离指数和平均最近种间系统发育距离(MNTD)指数外,其他指数检测到组间的显著性差异。不同多样性指数之间的相关关系表现各异:与丰富度相关的多项指数间存在显著或极显著的正相关,功能离散度指数和MNTD指数与其他指数间多存在显著或极显著的负相关,表明不同类别的多样性指数各自具有独特的指示价值。基于群落功能性状结构和系统发育结构的检验结果显示,大多数样点驱动鱼类群落聚合的过程为种间竞争排斥,推测与雅鲁藏布江水体营养贫瘠、食物来源稀缺导致的种间营养竞争关系紧张有关。本文整合多维度多样性指数对雅鲁藏布江流域鱼类多样性及群落构建过程进行探究,以期为该流域鱼类资源保护和管理提供科学依据,也为应用多维度指数评价淡水鱼类多样性提供参考借鉴。     

基于星载被动微波遥感的青藏高原湖冰物候监测方法

湖冰物候影响着区域及全球气候,是全球变化的敏感因子,青藏高原湖泊众多,冻融现场监测数据缺乏,而微波具有对冰水相变敏感、时间分辨率高、历史存档数据长等特点,这对于长时间序列湖冰物候研究具有重要意义.然而,被动微波遥感空间分辨率低、湖泊亮温的精准定位难.论文通过获取AMSR-E/Aqua和AMSR-2/Gcom-W1的亮温数据,构建了基于轨道亮温数据的阈值判别法,通过对青藏高原不同区域和不同大小的青海湖、色林错、哈拉湖以及阿其克库勒湖进行测试研究:与青海湖现场观测对比,湖泊完全冻结日期与开始融化日期最大误差小于3天;与无云光学遥感判别结果相比,4个湖泊的冻融参数误差为2~4天.结果表明,被动微波轨道亮温数据可实现青藏高原地区亚像元级中大型湖泊冻融信息的获取,历史卫星资料可为湖冰物候的监测提供重要的支撑.     

Characteristic analysis of phospholipid fatty acids(PLFAs) in typical nutrient polluted lake sediment in Wuhan

The process of urbanization aggravates the endogenous pollution of urban lake sediment,and polluted sediment may seriously affect the quality of the water in lakes.At present,it is difficult to distinguish the difference between sediment that is heavily polluted by nitrogen(N)and phosphorus(P)when using an analysis based on a physicochemical index classification.The current study applied phospholipid fatty acid(PLFA)technology to further analyze the sediment characteristics from the perspective of microbiology.Surface sediment from five urban lakes that are heavily polluted with N and P in Wuhan were sampled.Statistical approaches were used to analyze the microbial community structure in the sampled sediment,and to determine the correlations between the microorganisms and physicochemical indices.The most severely polluted lake sediment had similar PLFA structures,the highest saturated fatty-acid content,and bacteria as the dominant microorganism.However,there were differences between the microbial biomass of the various sediment samples,which may have been related to the degree of N and P pollution.Analysis of the microbial diversity in the sediment samples indicated that the bacteria were experiencing starvation and nutrient pressure,which may have been due to the dissolved oxygen concentration of the heavily polluted lake sediment.A correlation analysis showed that the endogenous N and P had different effects on the microbes of the polluted sediment.A redundancy analysis(RDA)demonstrated that the N/P ratio had the greatest influence on the PLFA species,accounting for 83%of the cumulative interpretation.To effectively promote the role of sediment microorganisms on circulating elements,it is necessary to regulate the N/P ratio of the sediment to some extent.When the N/P ratio in sediment exceeds 6,N pollution should be prioritized.     

Spatial analysis of bacteria in brackish lake sediment

The spatial distribution of bacterial communities inhabiting sediment is heterogeneous at different spatial scales,but mostly unexplored.Here,it is postulated that the heterogeneity of the bacterial community composition varies at the same scale of the heterogeneity of sediment chemical properties.The large spatial scale(km) diversity in sediment from a brackish water lagoon(Chilika Lake,India) is studied,considering the large scale physical and chemical characteristics of land cover,climate,pH,and salinity.Seventy-two samples(24 stations,3 seasons:winter,rainy,and summer) of sediment from Chilika Lake were analyzed by 16 S ribosomal ribonucleic acid(rRNA) gene sequencing,and the relations with land cover and other physico-chemical paramete rs are discussed.Mo re samples were collected after a severe cyclonic storm(Phailin) passed near the lagoon in 2013,to see the impact of the tropical storm on the spatial and tempo ral distribution of bacteria in the sediment.The results demonstrate clear spatial relations between physico-chemical parameters(e.g.,salinity),land surfaces(e.g.,drainage area),and the distribution of sediment microbial communities.     

Impact of anthropogenic activities on the sediment microbial communities of Baiyangdian shallow lake

Microorganisms are recognized as sensors of external disturbance in freshwater ecosystems.In this study,sediment samples from regions with strong human activity interference(four sites),moderate human activity interference(five sites) and minor human activity interference(five sites) in Baiyangdian Lake were collected;and their physiological and chemical properties and heavy metals contents were analyzed.The structures of bacterial and fungal communities were tested using 16 S ribosomal Ribonucleic Acid(rRNA) and Internal Transcribed Spacer 2(ITS2) high-throughput sequencing technologies.The results indicated that Proteobacteria was the most abundant bacterial phylum.Ascomycota,Basidiomycota and Ciliophora were the dominant phyla of fungi.Obvious differences of microbial genera among the three regions we re obse rved,especially fungal genera.With intensified disturbance by human activities,the Simpson and Shannon indices of bacteria significantly decreased.The fungal communities were clustered into three groups in accordance with the different human disturbance levels.The bacterial communities of sediment samples under moderate and minor human disturbance appeared similar,but different from those under strong human disturbance.Redundancy analysis indicated that zinc,total phosphorus,copper,and lead were the dominant factors that influenced the bacterial community.Nitrifiers and sulfate-reducing bacteria were influenced by pH,nitrate(NO3),and total nitrogen.The fungal community was significantly affected by total phosphorus.This study reveals that sediment microbial community structures among different regions of a shallow lake are mainly impacted by human activities.