白额雁Anser albifrons、豆雁Anser fabalis和鸿雁Anser cygnoides是在长江中下游流域越冬的主要雁种。目前对其研究存在诸多不足。例如,需要分辨率高、精确度好的食性分析方法来补充或者替代传统的显微镜观察法,后者通常费时费力,且分辨率低。此外,这些草食性雁依赖薹草属、禾本科等草本植物提供能量。同为植食性的反刍动物等,主要依赖其肠道微生物进行消化。对于草食性雁的肠道微生物则知之甚少。针对上述薄弱环节,本论文结合分子生态学、微生物学和生物信息学等进行探究,并取得如下结果：1.安徽升金湖国家级自然保护区湿地植物基因库位于长江南岸的升金湖是重要的水鸟越冬地之一,长江流域5-10%的水鸟种群在此越冬,其丰富的植物资源为水鸟提供了充足的食物。本文以该湖泊湿地植物为研究对象,构建了草食性雁潜在食物的DNA数据库。首先通过GenBank代表性序列分析及PCR扩增检测,从8个候选基因中筛选出trnL基因作为标记基因；其后采集雁潜在食物的样本(共87份,隶属于25科,53属,70种),完整构建了升金湖冬春季节湿地植物参考基因库。该结果既为后续的湿地植物研究提供了数据基础；也为下一章使用宏条形码(metabarcoding)技术分析草食性雁的食性提供了条件。2.宏条形码(metabarcoding)研究草食性雁食性食物是影响水鸟数量与分布的重要因素,对其食物种类与组成(即食性)进行分析即成为水鸟生态学研究的重点之一。本研究引入宏条形码(metabarcoding)技术对白额雁和豆雁进行食性分析。结果发现,白额雁食物中73%的序列为禾本科；豆雁食物中99%的序列为薹草属；大部分食物在物种水平得到鉴定。同步的显微镜观察发现,白额雁的主要食物也是禾本科；而豆雁食物中另外发现约13%的禾本科：有两种食物仅在显微镜观察中发现。两种方法得到的主要食物类型一致,宏条形码得到的信息更多,分辨率更高。结果的差异可能源于PCR偏好性扩增等。两种雁食谱的差异与分化可能与其生态学特征等相关。本研究认为,宏条形码技术值得被引入水鸟食性的分析,可以加速样品处理的进度,并提供更高分辨率、更客观的结果；同时,显微镜观察也值得保留,以提供准确的定量结果。3.草食性雁肠道微生物与食性相关本文研究的三种雁主要依赖薹草属、禾本科等草本植物提供能量。然而,它们的肠道微生物情况如何,是否与食性相关等,则缺乏研究。本研究发现,雁肠道微生物主要由厚壁菌Firmicutes(49.70%)和变形菌Proteobacteria(23.80%)组成。然而,不同物种、不同食性的雁,其肠道微生物多样性和群落结构存在显著性差异。共同栖息于鄱阳湖的三个物种,豆雁肠道微生物多样性显著高于白额雁和鸿雁,并且富集最高丰度的变形菌(50.26%)；鸿雁肠道微生物多样性最低,其中厚壁菌(78.99%)最多。升金湖白额雁的多样性高于鄱阳湖白额雁,并且有大量放线菌Actinobacteria(26.68%)。镜检发现鄱阳湖三种雁均取食薹草属；而升金湖白额雁则同时取食薹草属和禾本科。Mantel检验证实升金湖白额雁肠道微生物的遗传结构与食物组成(薹草属与禾本科的比例)显著相关。可见,遗传和食物都会影响雁肠道微生物的结构。雁肠道微生物基本组成及影响因素研究,为揭示肠道微生物在水鸟迁徙与适应过程中的作用提供了重要参考。4.草食性雁肠道微生物互作与功能微生物之间的相互作用不仅是微生物多样性的重要组成部分,同时也会影响其群落功能的执行。基于16S数据,本研究引入RMT(random matrix theory,随机矩阵理论)模型,构建雁肠道微生物分子生态网络(molecular ecology networks)。结果表明,升金湖与鄱阳湖的白额雁之间、鄱阳湖三种雁之间,在分子生态网络的结构、节点特征等方面存在明显差异：证实肠道微生物之间的互作具有较高的多样性。同时,我们引入PICRUSt(phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)对微生物功能进行预测。发现,所有样品组的微生物都执行一些保守的功能,主要是参与物质和能量代谢的基因。这些研究主要基于16S测序数据进行推测。微生物之间真正的相互作用以及功能发挥,仍需要功能基因组学等技术进行直接解析。上述研究,1)首次构建了安徽升金湖国家级自然保护区冬春季节湿地植物基因库；2)引入了宏条形码技术分析草食性雁的食性,并证实其可用性；3)首次综合阐述多种雁肠道微生物组成与结构；4)引入分子生态网络和PICRUSt方法解析雁肠道微生物的互作与功能。本研究表明,交叉学科的应用可以实现对雁等鸟类的深入认识和理解。本论文的主要创新点为：1)在方法学上,对传统的食性分析方法进行改善；2)在研究内容上,阐述了多种雁的雁肠道微生物结构与功能,并解析了其与食物的相关性。