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細菌群落對不同來源溶解性有機物的響應研究取得進展

  微生物作為生態系統的重要分解者,能夠利用有機物產生二氧化碳、甲烷等溫室氣體,同時生成難降解的有機物,從而影響全球碳循環。細菌和溶解性有機質 (DOM) 之間的相互作用是全球碳循環中最基本的反應之一,同時也是生物地球化學循環的中心環節。然而,目前關于細菌群落對DOM不同來源和組成的響應還缺乏系統的認識。 

  在國家和江蘇省自然科學基金與中國科學院前沿重點項目等的資助下,張運林研究小組博士生周蕾等利用四種典型來源的DOM (藻源、草源、生活污水和土壤淋溶液) 培養同一混合菌群探討細菌群落對不同來源DOM的響應機制,揭示了不同來源DOM組成的芳香性對細菌群落多樣性和群落構建機制的影響。相關成果發表在環境領域權威期刊Water Research上。全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116776 

  研究結果顯示,不論DOM來源為何,DOC濃度和脂肪族及類蛋白物質在一天內均發生了顯著下降,而細菌豐度發生了顯著上升,說明生物可利用性較高的DOM在短時間內即被降解利用。降解過程中各來源DOM的腐殖質化程度均逐步上升 (1) 

1 28天培養過程中DOC濃度、細菌豐度 (BA)、腐殖質化程度 (HIX) CDOM熒光組分 (C1 – C6) 變化情況 

  細菌群落在降解DOM過程中隨時間和DOM來源的不同都有明顯差異,且DOM來源導致的差異主要體現在生物可利用性較高的DOM被降解后 (2a)。不同豐度模式細菌類群在不同降解時段群落變化大小不一,豐富種群落的變化在第1-7天最大,條件稀有和豐富種在第7-28天內變化最大 (2bc)。通過網絡分析鑒定出隨培養時間和DOM來源顯著變化的細菌類群,同時探討了不同細菌類群與DOM分子組成的相關性。 

2 降解過程中細菌群落結構隨時間及DOM來源變化情況 (a);所有細菌 (All)、豐富種 (AT)、稀有種 (RT) 和條件稀有豐富種 (CRAT) 群落變化時間周轉率 (b);不同豐度模式細菌對群落結構差異的貢獻 (c) 

  通過對細菌群落構建機制的分析發現,隨機性過程重要性隨著培養時間逐漸降低,且土壤淋溶液來源DOM對細菌群落的決定性作用最大;群落水平生境生態位寬度結果顯示不同來源DOM對細菌群落生態位影響主要發生在生物可利用性較高的DOM被降解后 (3) 

3 細菌群落構建機制分析 (a-b);生境生態位寬度變化 (c) 

    

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