渤海海峡微生物群落结构多样性对黄海暖流与人类活动叠加的响应

摘要

随着人类活动在环渤海地区的日益频繁以及黄海水入侵,渤海海峡生态环境逐年来受到很大的影响.本研究主要目的是研究海峡区微生物群落对人类活动和外海输入复合环境变化的响应,从而更好的理解微生物多样性在复杂水文环境中的分布状态.通过采集渤海海峡水及沉积物样品,结合流式细胞术计数浮游病毒和浮游细菌的丰度,对相关的理化参数进行分析,提取样品DNA,进行PCR扩增,然后进行Illumina-Miseq高通量测序.研究发现,在冬季沿着黄海暖流入侵的方向,浮游病毒和浮游细菌的丰度呈现明显的降低趋势,浮游病毒和浮游细菌的平均丰度由5.7×108cells/mL和7.1×107cells/mL分别下降到2.1×108cells/mL和1.6×107cells/ml,且浮游病毒和浮游细菌的丰度与磷酸盐,硝酸盐和盐度呈现明显的相关性.进一步对测序数据进行整合,利用PICRUSt预测宏基因组信息,利用统计学分析和构建网络结构图(network)分析微生物多样性与环境因子之间的关系.研究结果表明,经过质控和OTU过滤之后,从18个样品中获得了312786条16S rRNA序列,其中有5841条序列相似度不足97％被剔除.在夏季和冬季两个组别中,覆盖度均值分别为92.23±0.03％和96.58±0.01％,说明我们的测序结果能够很好的反应渤海海峡主要群落的微生物多样性.其中,起关键作用的环境因子主要包括总碳,总氮,温度以及深度.在我们的研究中有680对生态关联模式同时与p-NC和n-NC相关.例如与Piscirickettsiaceae-Desulfobacteraceae相关的p-NC和n-NC模式分别有67和57对.在冬季,微生物群落结构主要受黄海暖流引起的渤海海峡环境因子变化的影响.其中占优势的有Lactobacillus,Lactococcus和Piscirickettsiaceae,这些类群主要与渔业及海水养殖有很大的关系.通过宏基因组学预测分析,发现与反硝化作用相关的微生物类群,其中,这些类群从科水平上分类主要属于OM60和Piscirickettsiaceae.通过对生态特征SumNC和p-Percent进行定义分析,揭示了渤海海峡存在的生态关联模式(如Chitinophagaceae-Flavobacteriaceae和Moraxellaceae-Flavobacteriaceae),从而揭示了科水平上存在的微生物群落之间的协同和竞争关系.对渤海海峡微生物群落结构的研究,发现黄海暖流可能会加剧人类活动影响的环境变化,这种叠加效应将会对海岸带微生物群落结构造成较大的影响.