【摘 要】
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全球环境变化正深刻影响着湖泊生态系统。作为湖泊生态系统的重要成员,微生物能够敏锐地感知周围环境的变化并迅速做出响应。因此,研究湖泊微生物对环境变化的响应,不仅有利于构建完整的水生生态学体系,还可以为应对全球环境变化可能引发的一系列生态问题提供理论指导。本研究分别以太湖、长江中下游和中国北方典型湖泊作为研究区域,使用流行的生物信息学研究方法,从环境空间异质性、群落组成及结构、多样性与环境因子的相关性
【基金项目】
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国家重点研发计划（2018YFC1603200、2017YFA0605203、2019YFA0607100）； 国家自然科学基金（91851117、41871048）； 中科院战略先导科技（XDB31000000）； 中科院前沿科学重点研究计划（QYZDB-SSW-DQC043）；
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全球环境变化正深刻影响着湖泊生态系统。作为湖泊生态系统的重要成员,微生物能够敏锐地感知周围环境的变化并迅速做出响应。因此,研究湖泊微生物对环境变化的响应,不仅有利于构建完整的水生生态学体系,还可以为应对全球环境变化可能引发的一系列生态问题提供理论指导。本研究分别以太湖、长江中下游和中国北方典型湖泊作为研究区域,使用流行的生物信息学研究方法,从环境空间异质性、群落组成及结构、多样性与环境因子的相关性、驱动因子分析以及生态网络分析等多个方面探究了湖泊微生物对于环境变化的响应,以期实现更加科学有效的湖泊环境管理。主要结果如下:（1）太湖两种微生物栖息地（水环境和沉积物环境）中环境因子的分布存在明显的空间异质性,其中梅梁湾附近水域表现出更高的营养物质(沉积物烧失量LOI以及水体有色可溶性有机物c DOM和磷酸根离子PO43-)和金属元素（Cu、Zn、Ni、Cr）含量。同时,太湖西北区域细菌群落丰富度相对较高,各区域群落结构表现出显著性差异。对于水体细菌群落而言,水的电导率、p H、沉积物的孔隙度以及PC1（12种重金属元素主成分分析的第一轴）是驱动群落丰富度变化的重要因子,PC1、水温及p H是影响群落独特性的重要因子,而网络复杂性随着p H的增加显著增加。对于沉积物细菌群落,其丰富度的重要影响因子是沉积物的总磷、Li的含量以及PC2（12种重金属元素主成分分析的第二轴）,群落独特性的重要影响因子是沉积物中的总磷、Li的含量以及PC2,网络复杂性随着Pb、Al、Co等金属元素施加的环境压力的增加而降低,随着沉积物中的磷、总磷、PO43-以及氨氮（NH4+）等营养物质的增加而增加。（2）在更大空间尺度上的长江中下游流域,富营养化通常会导致湖泊物理化学因素的显著改变以及水体和沉积物中细菌和真菌群落的生物同质化。在这两个栖息地,群落不相似性与两个分类群的TSI变化呈正相关,而随着真菌群落TSI的增加,局部对beta多样性的贡献（LCBD）显著下降。同时,水温和p H等理化因素对水中的细菌和真菌群落的beta多样性具有重要作用,而金属元素对沉积物中微生物群落的beta多样性具有重要作用。与特化种相比,泛化种被发现能够更强烈地影响沿营养梯度的beta多样性的变异程度,其对生物同质化的贡献更大。此外,随着富营养化程度的增加,湖泊水体和沉积物中细菌网络的复杂性降低,真菌网络的复杂性增加。（3）在气候相对寒冷干燥的中国北方典型湖泊兴凯湖、博斯腾湖、呼伦湖和青海湖之间存在显著的环境差异,其中兴凯湖的盐度最低,同时水体总磷（TP）以及沉积物硝酸盐氮（NO3-）、亚硝酸盐（NO2-）、Cr、Co含量最高,博斯腾湖沉积物中总碳（TC）、总氮（TN）、溶解性有机碳（DOC）、NH4+、PO43-含量最高,呼伦湖水体TN以及沉积物总磷（TP）、DOC、NO3-、PO43-、Fe、Mn、Zn、Mo含量较高,而青海湖的盐度以及金属Ni、Cu、As、Mo、Cd、Pb的含量最高。此外,兴凯湖拥有较高的alpha多样性（Richness、Evenness、Shannon、Chao1）和最低的LCBD（Local contribution to beta diversity）。对于细菌的群落组成和结构,兴凯湖中最重要的驱动因子是盐度和沉积物中的TN,博斯腾湖中最重要的驱动因子是Cu、Mo和Tl,呼伦湖中最重要的驱动因子是As、水的氧化还原电位以及Ti,而青海湖中最重要的是Mo和Na。对于真菌的群落组成和结构,盐度和沉积物中的TN是兴凯湖中最强的驱动因素,Tl、Cu是博斯腾湖中最强的驱动因素,沉积物中的As、NH4+、Ti、NO3-含量是呼伦湖中最强的驱动因素,而Tl、Sb是青海湖中最强的驱动因素。最后,生态学网络分析揭示了富营养化和重金属污染对于微生物网络结构的重要影响,并指出兴凯湖微生物群落具有更加复杂的网络结构。
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