研究背景

图1. 洱海沉积物采样示意图。

富营养化是全球湖泊生态系统健康面临的一个严重威胁，它降低了水生生物多样性并影响了湖泊的生态功能。微生物是湖泊生态系统的基本组成部分，通过参与能量流动、物质循环、元素转化和污染物生物降解，在生物地球化学过程中发挥着重要作用。湖泊沉积物是许多营养物质的汇集，有可能成为水体二次污染的源头，因此成为湖泊关注的关键问题。湖泊沿岸区域是微生物活动的热点，对藻类水华的形成和生物地球化学循环具有重要影响。洱海是云南-贵州高原地区第二大淡水湖泊，正处于从中营养状态向富营养化过渡的关键时期。目前我们对于高原湖泊沿岸沉积物中微生物群落结构和功能，尤其是丰富和稀有类群的分类组成和潜在功能角色，仍然缺乏深入的了解，限制了我们对高原湖泊在富营养化过程中微生物驱动机制的理解。

近日，上海交通大学生命科学与技术学院张晓君研究员团队、联合上海交通大学 (云南) 大理研究院王欣泽教授研究团队，在洱海的湖湾沉积物中发现了丰富和稀有的细菌和古菌群落对湖泊生态系统的健康和富营养化过程具有重要影响。研究成果发表在国际知名学术期刊Microorganisms上。

研究过程与结果

图2. 洱海沿岸沉积物中丰富和稀有亚群落之间功能途径的差异。(a) 细菌；(b) 古菌。

该研究调查了洱海沿湖湖湾34个沉积物样本，通过16S rRNA基因扩增子测序技术，揭示了洱海湖湾沉积物中微生物的分类组成和预测的代谢功能。研究发现，细菌群落的主导类群包括Proteobacteria门、Bacteroidetes门和Chlorofl exi门等，而Euryarchaeota门则是古菌群落的主要组成部分。

研究特别关注了稀有和丰富微生物类群在生态系统中的不同作用。结果显示，稀有细菌类群在整体丰度中占有较大比例，而古菌群落则主要由丰富类群构成。功能预测显示出不同类群代谢潜力的差异，丰富的细菌亚群落富含氮循环、硫循环和氯酸盐还原途径，而稀有细菌亚群落与碳循环过程如甲烷营养作用相关。丰富的古菌亚群落表现出高潜力的产甲烷作用、化学异养作用和暗氢氧化作用。通过Spearman相关性分析，识别出了一些可能指示湖泊富营养化的关键微生物类群，如Candidatus Competibacter、Geobacter、Syntrophobacter、Methanocella和Methanosarcina等属。这些发现为湖泊管理和生态恢复提供了潜在的微生物指示物种。

图3. 环境因子与洱海沿岸沉积物中细菌和古菌群落 (属水平) 之间的相关性分析。(a) 细菌；(b) 古菌。

研究总结

该研究在洱海沿岸沉积物中发现了细菌和古菌类群在丰度和功能上的不同组成模式，细菌群落常以稀有类群作为关键类群，而古菌群落主要由丰富类群驱动，提供了对中营养高原湖泊沿岸沉积物中丰富和稀有类群所扮演的不同角色的见解。这些群落的差异表明，在研究微生物群落及其对环境变化的响应时，考虑稀有和丰富类群的重要性。识别关键类群并了解它们在生态系统中的功能，将有助于为洱海乃至其他高原湖泊的生态保护和可持续管理提供科学依据。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2904664

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/microorganisms

Microorganisms 期刊介绍

主编：

Nico Jehmlich, Department of Molecular Systems Biology, UFZ-Helmholtz Centre for Environmental Research, Germany

期刊主题涵盖微生物学的各个研究领域，主要发表环境、植物、食品、肠道、医药、技术等微生物相关领域的学术文章。现已被 SCIE (Web of Science)、PubMed (NLM)、Scopus 等重要数据库收录。

2023 Impact Factor：4.1

2023 CiteScore：7.4

Time to First Decision：13.4 Days

Acceptance to Publication：2.9 Days