土壤微生物群落融合过程中的优先效应研究

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在群落组装过程中,物种到达一个生态群落的顺序和时间会影响物种间的相互作用,从而影响生态群落的结构和功能,即优先效应,其机制是早到达的物种能够抢占或改变现有的生态位,从而影响晚到达物种的成功定殖。目前,大多数文章主要探究两个或多个已知物种的优先效应和规律,很少在微生物群落水平上研究优先效应。本研究以两种土壤微生物群落A和B为研究对象,将其按照不同顺序接种到无菌土壤中,孵育形成融合菌群,再利用16S r RNA基因高通量测序技术,研究群落融合过程中优先效应的作用及其强度随各因素的变化规律,探究微生物对优先效应的响应,分析优先效应对植物根部微生物群落融合过程的影响。主要结果如下:(1)无论接种顺序为先接A群落后接B群落或先接B群落后接A群落,孵育三周后,结果发现,在群落融合过程中,早到达的菌群总比晚到达的菌群丢失的ASVs数目更少。基于Bray-Curtis距离的Pco A分析发现,融合群落与早到达的群落单独孵育之间的BrayCurtis相异度小于其与晚到达群落单独孵育的相异度;基于贝叶斯算法的Source Tracker分析发现,融合群落来源于早到达群落的比例大于晚到达群落。通过聚类分析发现,融合群落的物种组成与早到达群落聚为一支,而晚到达群落单独聚为一支。这些表明优先效应对群落融合的结果有影响。孵育六周后,早到达菌群比晚到达菌群丢失的ASVs数目少,但丢失数目的差值比第三周小,融合群落与早到达群落以及晚到达群落的相异度之间无显著差异;融合群落来源于早到达群落和晚到达群落的比例相近。可见,优先效应对群落融合结果的影响随孵育时间的延长而减弱。(2)当接种顺序为先接A(或B)群落并间隔1周或2周之后再接B(或A)群落,结果表明,孵育三周后,间隔2周与间隔1周相比,晚到达群落丢失的ASVs数目与早到达群落丢失的ASVs数目之差更大。融合群落与早到达群落的Bray-Curtis相异度和其与晚到达群落的Bray-Curtis相异度之差更大,这些结果表明扩散间隔时间越长,优先效应越强。孵育六周后以上差异均不显著。可见,随着孵育时间的延长,扩散时间间隔对优先效应强度的影响减弱,但是接种比例的影响没有明显规律。(3)通过比较融合群落与非融合群落(单独孵育)的微生物共发生网络,结果发现大多数融合群落的正网络连接的比例总比非融合群落更高,模块化指数更低。Firmicutes(厚壁菌门)在融合群落中与其它菌门的生态位重叠指数比非融合群落中更高。推测晚到达群落的加入使融合群落的多样性在短时间内增加,与同等营养条件下的非融合群落相比,物种间竞争更加激烈,某些竞争力相对较弱的物种被排除,从而物种间的竞争变缓,呈现的正相关关系比非融合群落多,倾向于共发生,被划分为模块的程度就低。同时,晚到达群落加剧了原本具有相似生态位的物种间的竞争。(4)在植物根部的微生物群落融合过程中,在群落结构上,无论接种顺序如何,融合群落与早到达群落的Bray-Curtis相异度小于其与晚到达群落的相异度。在科水平的物种组成上,通过聚类分析发现,无论根际土还是根区土,无论接种顺序如何,融合群落总是与早到达群落聚为一支,晚到达群落单独聚为一支。以上结果说明,优先效应对植物根部微生物群落融合的结果有显著影响。本论文以两种土壤微生物群落为研究对象,阐明了群落融合过程中优先效应的作用,以及各因素对优先效应强度的影响,探究了微生物对优先效应的响应,揭示了优先效应对植物根部微生物群落融合过程的影响。
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