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渤海海域微生物群落结构的时空变化及其对环境压力的响应

王彩霞  
【摘要】:海洋微生物由于其独特的分解和矿化溶解性有机质的能力,被认为是全球元素循环过程中重要的调控因子。表层水体中的微生物在全球范围内表现出明显的季节性演替模式,受支配于一些物理、化学因素如光照、气候变化及营养盐负荷等,这些因素会随着经纬度的变化和离岸距离的远近表现出不同的水平。此外,微生物群落结构与环境因子之间的关系会随着区域变化而不同,包括微生物之间的相互作用,病毒与宿主之间的关系以及环境压力的胁迫等都会对微生物群落结构多样性造成很大的影响。因此,环境因素之间的相互作用和尺度大小最终会决定特定种群的生存优势。通过渤海区域微生物的时空分布调查以及对环境压力的响应研究,将有助于阐释微生物在特定环境中的生存模式、微生物与特定环境因子之间的关系及渤海海域微生物在环境压力胁迫下如何做出响应。(1)为了研究微生物的分布特征及群落结构多样性时间变化特征,利用流式细胞仪对渤海的四个季节浮游病毒和浮游细菌的丰度进行统计。利用高通量测序技术研究微生物群落结构随季节变化的组成情况。结果发现,微生物的丰度分布以及多样性情况都表现出明显的季节差异。浮游病毒的平均丰度表现为春季秋季夏季冬季,浮游细菌的平均丰度表现为春季夏季秋季冬季。通过分析微生物丰度与环境因子之间的关系发现,水体的温度和盐度与浮游病毒和浮游细菌的丰度分布之间具有明显的相关性。夏季和冬季微生物群落结构物种组成差异明显,其中温度和铵盐的浓度起着决定性的作用。(2)研究渤海三湾处微生物群落结构组成及关键驱动因子,发现其微生物群落结构组成差异显著。其中变形菌门(Proteobacteria)在渤海湾的平均丰度为39.8%,在辽东湾的平均丰度为37.8%,在莱州湾的平均丰度为59%。α-多样性指数显示,物种多样性分布为莱州湾渤海湾辽东湾。各湾断面优势物种的类别均为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、蓝细菌门(Cyanobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)及浮霉菌门(Planctomycetes)。微生物物种分布与经纬度分布、磷酸盐浓度和硝酸盐浓度之间都具有很大的相关性。(3)分析渤海中部区域微生物群落结构多样性受河口输出以及温度变化的影响,发现浮游病毒和浮游细菌的丰度分布夏季和冬季明显不同。在夏季,浮游病毒和浮游细菌的丰度分布都呈现出远离河口区域丰度较高,靠近河口区域丰度较低,而在冬季,靠近河口区域浮游病毒和浮游细菌的丰度分布略高于远离河口区域;冬季多样性指数略高于夏季;其中两组之间物种组成差异明显(P0.05),造成差异显著的物种主要有蓝细菌门(Cyanobacteria),鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)和放线菌门(Actinobacteria)。(4)分析19-3溢油平台石油烃污染修复前后微生物群落结构多样性的变化。无论是浮游病毒的丰度还是浮游细菌的丰度,石油烃污染修复之前丰度都大于污染修复之后。并且石油烃污染修复前后物种组成有明显的不同,水体中在门水平上石油烃污染修复之后,浮霉菌门(Planctomycetes)和奇古菌门(Thaumarchaeota)都有明显的增加趋势;在属水平上石油烃修复之后,Nitrosopumilus有明显的增多趋势,聚球藻属(Synechococcus)和Formosa有降低的趋势。通过网络互作关系分析发现,病毒与细菌之间的比值与微生物群落结构组成有明显的相关性,说明在石油烃污染修复过程中浮游病毒在控制浮游细菌数量影响物种组成分布上可能发挥了重要的作用。(5)针对黄海暖流对渤海海域微生物群落结构的影响。研究结果显示,由于受到黄海暖流的影响,在冬季,渤海海峡东北部区域的水体温度和盐度显著高于渤海海峡的西南部,浮游病毒和浮游细菌的丰度也呈现出明显的东高西低的趋势。多样性分布情况显示,在冬季渤海海峡东部区域多样性略高于西部区域。沿着黄海暖流进入渤海的方向,三个断面蓝细菌门(Cyanobacteria)的组成情况分别为Group1:10.6%,Group2:14.5%,Group3:16.1%,表现为明显的东低西高的趋势。通过相关性分析发现,温度是影响浮游病毒和浮游细菌丰度分布的主要因素,硝酸盐的浓度和磷酸盐的浓度对物种组成有重要的影响。


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