临汾地区微生物扩散限制的实验研究

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生物多样性的形成和维持机制是生态学研究的核心问题之一。扩散限制受到越来越多人的关注,目前对微生物群落构建是否受到扩散限制以及多大程度上受到扩散限制的影响存在很大争议。为了解决这些问题,本研究对水体微生物的局域群落扩散限制问题进行研究。采集临汾市昕水河、龙祠、汾河、沁河、曲亭水库、浍河水样,通过对不同水体的理化性质进行检测及其微生物群落多样性进行鉴定,筛选出环境和微生物组成差异较大的水体开展同质生物园实验和交互移植实验研究,在此过程中操纵空气微生物迁入速率。利用Illumina Mi Seq高通量测序技术获得水体微生物群落多样性,一方面观察迁入速率如何影响群落的多样性维持以及物种组成,判断自然迁入情形下群落构建是否受到了扩散限制的影响。另一方面,观察这些群落在结构上是否表现出环境决定的组成改变(环境过滤信号),多大程度上维持原来结构(历史影响),以及重复微宇宙之间发生大多程度的结构趋异(漂变影响)。根据这些结果讨论环境过滤、漂变以及扩散在局域群落构建过程中的交互影响;以及在什么情况下群落结构容易表现出历史偶然性(historical contingency)。本研究得出以下结果:(1)临汾地区6个水体研究结果表明:研究地区各水体理化性质存在差异,其中龙祠水样的溶解氧(DO)最高(8.3 mg/L),汾河水样的溶解氧(DO)最低(6.6 mg/L)。龙祠水样的物种数显著高于汾河水样,龙祠水样的Chao 1指数显著高于汾河水样,龙祠OTU数目(1489)最多,汾河物种数目(843)最少;龙祠香农指数和辛普森指数分别为6.506和0.945,汾河水样香农指数和辛普森指数最小,分别为5.877和0.904;龙祠Chao1指数(1633.264)最大,汾河Chao1指数(937.759)最小,龙祠比汾河多样性高。(2)基于同质生物园实验结果表明:随着“当地区域”物种库迁入速率的增加,长时间(60天)培养汾河水样的群落多样性持续增加,且长时间培养下的微宇宙OTU数目均大于“当地区域”物种库中的数目,表明自然迁入情形下群落构建受到了扩散限制的影响。无论短时间(13天)还是长时间(60天)培养,“当地区域”物种库迁入速率不变的情况下,汾河微宇宙样本的OTU数目均大于龙祠微宇宙样本处理,表明人为扩散的细菌群落的组成主要依赖于源群落,局域环境具有一定的调控作用,群落历史和群落内类群分布对于群落结构的形成发挥主要作用,短时间环境因子的作用是次要的。同时,该实验表明不添加物种库的处理下培养13天的汾河水样和培养60天的龙祠水样、培养13天添加1 m L物种库的龙祠水样、培养60天添加0.1 m L物种库汾河水样漂变作用大。(3)基于交互移植实验结果表明:随着物种库迁入速率的增加培养13天的汾河-龙祠水样和培养60天的龙祠-汾河水样的物种多样性不断增加,二者受到了扩散限制的影响,培养13天汾河-汾河和汾河-龙祠水样群落在构建过程中受环境过滤作用大,不添加物种库,培养13天汾河-汾河水样和培养60天汾河-汾河水样、龙祠-龙祠水样和汾河-龙祠水样及其添加1 m L物种库培养13天龙祠-龙祠水样和培养60天的龙祠-汾河水样群落在构建过程中受到漂变的作用大。综上所述,细菌群落在构建的过程中受到扩散限制、环境选择、漂变的共同作用,即细菌群落的构建机制受到确定性过程与随机性过程共同控制。
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