科研亮点 | 郭子宁：百年尺度下辽河口沉积物细菌群落演替及环境响应

2023-06-07     发布：    点击：14次

河口微生物丰富多样，作为活跃的因子驱动河口区的元素地球化学循环过程，因此它们对河口和海洋生态系统的物质循环和能量流动具有重要影响。微生物对环境非常敏感，其群落组成也会随着环境的变化而发生相应的变化，微生物群落与环境的响应关系可用于重建古气候和古环境。此外，河口沉积物中记录着丰富的关于河流侵蚀过程和河流搬运的信息，是探索微生物群落作为河口地区环境演变的潜在指标的理想选择。

针对以上问题，海洋学院博士生郭子宁在导师关翔宇教授、蒋宏忱教授和李琰副教授的指导下，对中国辽河口心滩沉积物中的微生物群落组成、组装机制、互作关系以及与环境的响应进行了探究，取得主要认识如下：

1. 辽河口主流水动力条件比支流水动力条件更强，沉积物的平均粒径更大。在这种环境差异下，主流和支流的微生物群落多样性和组成均表现出显著差异（P<0.001），平均粒径（Mz）和微生物群落alpha多样性值之间出现较强的相关性，说明水动力条件的变化将影响微生物群落结构和组成（图1）。

     2. 由于辽河口主流和支流的水动力条件存在差异，这导致主流和支流微生物群落的互作模式发生改变。水动力条件较弱的支流中微生物群落更加倾向于彼此合作获取生存资源，从而导致微生物网络更加紧密；相反的，主流水动力条件较强，氧化还原波动剧烈，具有较宽生态位的物种更适合生存，从而增加微生物网络中的功能模块（图2）。

     3. 辽河口沉积物中微生物群落的形成主要受随机过程控制，以限制扩散的方式进行，同时伴有异质性选择等确定性过程。总有机碳(TOC)、总硫(TS)和沉积物粒径是影响微生物群落结构变化的主要决定性因素。此外，微生物的相对丰度具有指示地质历史环境变化的潜力（图3）。

研究结果表明，关键物种、功能群多样性和共生网络的相互作用等关键细菌指标可能指示河口环境变化。不同的沉积阶段微生物与环境的响应机制差异也有助于我们了解复杂河口环境中细菌群落与环境变化的相互作用以及微生物对河口环境的指示作用。

图1 辽河口微生物群落的多样性和组成。a.支流(T)和主流(MS)沉积物样品的微生物多样性；b.优势门的组成；c.微生物群落主成分分析（PCA，基于Bray-Curtis相似性）；d.支流与干流沉积物中优势属差异检验。*代表P<0.05，**代表P<0.01，***代表P<0.001。

图2辽河口支流(T)和主流(MS)微生物群落相互作用模式。a. 辽河口中细菌群落的共生网络；b.共现网络中节点的定义，分别由模块内连通性(Zi)和模块间连通性(Pi)值表示；c.门水平上connector的分类。

图3辽河口沉积物微生物群落组装确定性过程的驱动力a.沉积物理化因子对微生物群落的重要性。b.辽河口沉积物微生物群落多样性、物种丰度及确定性因子的结构方程模型。

上述成果于近期发表在国际期刊《Marine Environmental Research》上：Guo, Z., Li, Y., Shao, M., Jiang, H., Guan, X., et al. (2023). Succession and environmental response of sediment bacterial communities in the Liao River Estuary at the centenary scale. Marine Environmental Research,. https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2023.105980.

全文链接：https://authors.elsevier.com/a/1h0P4W5UJNpVx