论文部分内容阅读
湿地与森林、草地、农田并称四大陆地生态系统，发挥着不可代替的生态功能，具有重要的社会功能和经济价值。微生物是湿地生态系统的活跃的组成部分。湿地微生物通过生物地球化学过程，推动着湿地生态系统的物质循环和能量流动，还在提高湿地初级生产力、维护生物多样性稳定、净化环境污染等方面发挥重要作用。微生物群落的结构和功能对环境的变化十分敏感，是评价土壤质量变化重要指示因子。黄河三角洲滨海湿地是中国暖温带地区最完整、最广阔、最年轻的滨海河口湿地生态系统性。它是世界上受到海陆交汇作用最活跃的河流三角洲之一。目前还需要进一步认知黄河三角洲滨海湿地中微生物群落的结构和功能。因此揭示湿地微生物群落结构和功能的变化规律，明确微生物群落在黄河三角洲滨海湿地中的作用，阐明微生物群落结构和功能变化的驱动因子，对深入认识黄河三角洲滨海湿地系统的生态功能具有重要意义。 本文利用整合分析方法系统分析了全球湿地生态系统中的细菌和古菌的群落多样性。根据受环境的影响不同，在黄河三角洲滨海湿地中设置了潮滩湿地（1976-1996年清水沟黄河故道附近）和新生湿地（本文将1996年后至今的入海口附近的湿地相对于其他湿地定义为新生湿地）作为本文研究中定义的新生湿地。在两种滨海湿地中各设置一条能够表征植被变化和环境梯度的样带研究滨海湿地微生物群落多样性。依据受潮汐影响程度将潮滩湿地样带划分为潮下带、潮间带、潮上带，依据植被演替序列在新生湿地样带划分为盐滩区、碱蓬区、柽柳区、芦苇区和白茅区。于2012年7月（夏）、10月（秋）、2013年2月（冬）、5月（春）从两条样带采集土壤并提取DNA。通过Ion Torrent高通量测序技术和PICRUSt构建虚拟宏基因组技术研究湿地微生物群落结构和功能，并分析了环境因子对微生物的影响，得到了如下结论: (1)全球湿地中的细菌序列主要分布在以下5个门中:Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria、Firmicutes和Actinobacteria，丰富度最高的种为Flavobacterium、Gp1、Nitrosospira和Nitrosomonas。全球湿地中古菌序列全部归属在Euryarchaeota和Crenarchaeota内，丰富度最高的古菌属为Fervidico ccus和Methanosaeta。稀释性曲线分析表明，目前全球湿地土壤中细菌和古菌的物种多样性分别只发现了45％和56％，说明目前对湿地中的微生物多样性认知还不充分。 (2)黄河三角洲滨海湿地中90％以上的土壤细菌所分属在Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Actinobacteria、Acidobacteria、Gemmatimonadetes和Firmicutes中。其中潮滩湿地的细菌群落的α-多样性在冬季显著降低。新生湿地的α-多样性沿着盐滩区到白茅区升高，在不同季节中也有显著差异。潮滩湿地和新生湿地的细菌群落组成在不同植被中差别显著，细菌群落组成之间的相似度与采样点之间的空间距离相关。潮滩湿地的细菌群落组成对低温影响更敏感。 (3)潮滩湿地和新生湿地的土壤微生物虚拟宏基因组在不同植被和季节中的变化趋势同细菌群落结构的相似但变幅较小，表明微生物群落在功能组成上比结构组成上更稳定。相关于碳代谢和氮代谢的功能基因在潮滩湿地的冬季下降明显，在新生湿地的不同植被群落中差别明显。 (4)在潮滩湿地和新生湿地中，微生物群落结构和功能变化的驱动因子不同。潮滩湿地中温度的季节变化是影响微生物群落的主要环境因子，新生湿地中盐度和硝态氮则是主要影响因子。同时，土壤质地对微生物群落的影响也不容忽视。鉴于所测的环境因子对土壤微生物群落变化的解释度不足40％，说明还有很多其他影响因子引起微生物群落的变化。 综上所述，黄河三角洲细菌群落的结构和功能受到季节和植被的影响而变化。在不同类型的湿地中，影响微生物群落结构和功能的驱动因子也不同。因此，本研究结果可加深湿地生态系统的微生物群落结构及功能的认知程度，为维护湿地生态系统功能提供了重要的理论基础和参考依据。