珠江口微生物分布与共现模式的时序动态与生境驱动机制研究

本研究针对河口生态系统微生物分布与互作机制不清的问题，通过为期一年的多生境采样与高通量测序技术，揭示了珠江口微生物群落时空分异规律。研究发现采样时间对微真核生物分布及共现模式的影响强于原核生物，而生境类型对原核生物的影响更为显著；确定性过程主导微真核生物群落构建，原核生物互作网络则表现出更高稳定性。该研究为河口微生物生态响应机制提供了重要理论依据。

　　

河口作为陆海交汇的过渡带，孕育着复杂多变的水文环境和丰富的生物多样性。珠江口作为中国第二大河口，受季风气候和径流变化影响，呈现显著的干湿季交替特征，其水体与沉积物生境中微生物的分布规律及相互作用机制始终是微生物生态学研究的热点。以往研究多局限于单一微生物类群或孤立时间点的观测，难以全面揭示多变环境下微生物群落的响应策略，这限制了对河口生态系统功能维持机制的深入理解。

研究人员通过2019年5月至2020年1月期间双月采样（因疫情未采集3月样本），获取珠江口万山群岛海域表层水（SW）、底层水（BW）和沉积物（SE）三类生境样本，采用基于RNA反转录的cDNA扩增子测序技术（分别针对18S rRNA V4区和16S rRNA V4区），结合环境因子测定与多元统计分析，系统探究了微生物群落的分布模式、共现网络特征及驱动机制。

关键技术方法包括：1) 多时点多生境采样设计（4个站点×3生境×5个月份）；2) RNA提取与反转录cDNA技术避免DNA残留偏差；3) DADA2算法进行Amplicon Sequence Variants (ASVs)分析；4) 基于Spearman相关构建微生物共现网络；5) 采用C-score标准化效应值（SES）和中性群落模型（NCM）区分确定性/随机性过程。

微生物群落分布模式呈现时空分异

通过聚类分析和主坐标分析（PCoA）发现，微真核生物群落按采样时间明显分化：湿季（5/7/9月）水体样本聚为一类，干季（11/1月）水体样本与沉积物样本聚为另一类，其中硅藻（Diatomea）年均相对丰度达37.36%。原核生物则主要按生境分离：所有水体样本聚为一支，沉积物样本单独成支，γ-变形菌（Gammaproteobacteria）为最优势类群（62.06%）。方差分解表明采样时间对微真核生物解释度（R²=0.293）高于原核生物（R²=0.233），而生境类型对原核生物解释度（R²=0.286）高于微真核生物（R²=0.118）。

环境因子驱动机制存在类群差异

典型对应分析（CCA）显示温度与盐度是驱动水体微生物群落结构的关键因子。曼特尔检验进一步证实：盐度与SW微真核生物群落相关性（r=0.654）高于原核生物（r=0.583）；温度与BW微真核生物群落相关性（r=0.561）强于原核生物（r=0.409）。沉积物原核生物群落与环境因子无显著相关性，暗示其可能受其他未测定因素（如沉积物地球化学特性）调控。

微生物共现网络特性揭示稳定性差异

全局网络分析表明，微真核生物网络包含11,004节点与1,997,369边（正相关占比99.99%），原核生物网络含14,212节点与5,538,033边（正相关占比99.97%）。原核生物网络具有更高的边数量、平均度（AD）及鲁棒性（robustness），表明其物种互作更稳定。微真核生物网络拓扑参数（模块性、连接度等）与环境因子相关性更强，进一步印证其对环境变化的敏感性。

确定性过程主导微真核生物群落构建

C-score标准化效应值（SES>2）表明确定性过程主导两类微生物群落组装，但微真核生物SES值更高，显示更强的环境过滤效应。中性群落模型（NCM）拟合度参数（微真核生物R²=0.47，原核生物R²=0.54）说明随机过程对原核生物影响更大，与其较高的功能冗余和代谢可塑性相符。

时空尺度调控网络结构与关键类群

干季微生物网络复杂度降低，湿季绿藻（Chlorophyta）与硅藻主导微真核生物互作，干季则转为硅藻与甲藻（Dinophyceae）主导；沉积物网络复杂度高于水体，其中δ-变形菌（Deltaproteobacteria）和酸杆菌（Acidobacteria）成为关键类群。这些变化反映了微生物对营养可用性（湿季径流输入）和生境特性（沉积物有机质富集）的适应性策略。

本研究系统揭示了珠江口微生物群落对时空环境变化的差异化响应机制：微真核生物更易受季节性水文变化影响，其群落构建主要由确定性过程驱动；原核生物则更依赖生境特异性适应，并通过更高复杂性和稳定性的互作网络维持生态功能。该研究深化了对河口微生物生态适应策略的理解，为预测环境变化下生态系统功能演变提供了科学依据。发表于《BMC Microbiology》的这项成果，强调了多时点多生境协同观测在微生物生态学研究中的重要性，并为河口生态保护与管理提供了理论支撑。