在向山湾的季节性变化和长期富营养化过程中，丰富和稀有的原核生物表现出不同的适应策略和功能潜力

《Marine Environmental Research》：Distinct adaptation strategies and functional potentials of abundant and rare prokaryotes across seasonal dynamics and long-term eutrophication in Xiangshan Bay

富营养化海湾中丰富物种（AT）与稀有物种（RT）的群落组成、组装机制及功能潜力的季节差异研究。通过分析Xiangshan湾四季的156组样本，发现AT alpha多样性降低且受确定性过程影响增强，而RT更敏感且功能冗余贡献显著。共现网络显示AT在春、RT在冬的关键作用。揭示了AT/RT对富营养化的差异化响应机制，为海岸带微生物群落稳定性研究提供新视角。

　　本研究探讨了长期富营养化对近海细菌群落的影响，尤其是优势类群（AT）和稀有类群（RT）在不同季节的组成、共现模式、群落组装机制及功能潜力的变化。通过分析富营养化指数（E）在四季中的季节性波动，研究揭示了AT和RT在应对环境变化时的显著差异。这些发现不仅加深了我们对微生物群落演替机制的理解，也为保护和管理富营养化海域的生态系统提供了科学依据。

富营养化是全球沿海水域面临的重要生态问题，其特征是大量营养物质的输入，例如氮、磷等，这通常与人类活动密切相关。近几十年来，由于农业、工业和水产养殖等人类活动的加剧，沿海水域的富营养化现象愈发严重。富营养化不仅影响海洋生态系统的结构和功能，还导致经济上的损失、生物多样性的下降以及食物链的紊乱。特别是在那些长期经历中度至重度富营养化的沿海区域，这种影响更为显著。例如，在某些海域，由于水产养殖活动的增加，营养物质的持续输入使得浮游植物在全年内频繁出现，从而对整个海洋生态系统造成重大扰动。

在自然环境中，微生物群落主要由优势类群和稀有类群组成，其中稀有类群的多样性通常高于优势类群。优势类群在生态系统中发挥着重要作用，它们通常主导着群落的结构，维持着生物量和营养物质（如碳和氮）的循环。相比之下，稀有类群虽然数量较少，但它们的多样性使得群落具有更强的多功能性，有助于生态系统的可持续性。一些稀有类群参与有机物的分解和硫酸盐的还原等关键生态过程，这在维持生态系统稳定性方面具有重要作用。此外，稀有类群通常被认为是微生物“种子库”的一部分，它们在群落中表现出较高的遗传多样性和功能冗余，从而在环境变化时提供恢复能力。

然而，目前关于富营养化对优势类群和稀有类群的影响研究仍存在不足。尽管已有大量文献探讨了富营养化对整个微生物群落的影响，但针对优势类群和稀有类群在群落组装机制和相互作用模式上的具体差异的研究相对较少。本研究通过分析Xiangshan湾（XSB）的微生物群落，旨在揭示富营养化条件下优势类群和稀有类群的季节性变化及其对群落结构和功能的影响。Xiangshan湾位于中国东海沿岸，其水体交换能力较弱，导致内部区域容易积累营养物质。此外，水产养殖活动释放的饲料和排泄物进一步增加了水体中的营养物质含量，使得浮游植物的爆发成为常态，从而对细菌群落产生深远影响。

本研究采用了基于系统发育的无模型分析（iCAMP）框架，该方法能够量化群落组装过程中的生态机制。通过这种方法，研究者可以更精确地区分确定性过程和随机过程在微生物群落形成中的作用。传统的生态理论认为，确定性过程（如环境选择和微生物相互作用）主导了群落结构的形成，而中性理论则强调随机过程（如随机出生、死亡和灭绝）在群落结构中的作用。近年来，越来越多的研究表明，这两种过程在微生物群落的形成中是并存的，但它们的相对重要性仍然是一个争论的焦点。微生物之间的相互作用（如互利共生和竞争）增强了确定性过程的作用，这在水体中尤为明显。富营养化改变了环境过滤条件，如营养浓度、溶解氧和浮游植物生物量，从而为研究确定性选择和随机漂移在微生物群落组装中的相互作用提供了理想的场景。

本研究通过分析XSB的微生物群落，发现优势类群和稀有类群在群落组成和多样性方面表现出不同的季节性变化。优势类群在所有季节中都表现出较高的相对丰度，但其α多样性较低。相比之下，稀有类群在所有季节中都表现出更高的丰富度和均匀度。这一结果通过使用香农指数、辛普森指数、均匀度和Chao1指数进行的综合分析得到了支持。辛普森指数和均匀度指数在稀有类群中更高，表明它们在群落中具有更均衡的分布。此外，研究还发现，优势类群和稀有类群的群落组装机制受到随机过程的更大影响，但在某些季节，如冬季，确定性过程的作用逐渐增强。

在共现网络分析中，优势类群和稀有类群表现出不同的作用。优势类群在春季的共现网络中占据更为关键的位置，而稀有类群在冬季的共现网络中更为显著。这种差异表明，优势类群和稀有类群在应对环境变化时具有不同的生态角色。优势类群可能在维持群落结构和功能方面发挥主导作用，而稀有类群则可能在环境扰动时提供恢复能力。共现网络分析还揭示了优势类群和稀有类群在不同季节中的相互作用模式，这有助于理解它们在生态系统的功能和稳定性中的作用。

本研究还发现，稀有类群的功能潜力表现出更明显的季节性变化，这表明稀有类群在维持生态系统的功能冗余方面可能发挥更重要的作用。功能冗余是指在生态系统中，即使某些物种消失，其他物种仍能维持其生态功能，这种特性对于生态系统的稳定性至关重要。稀有类群的高功能冗余可能使其在环境变化时更具适应能力，从而在维持生态系统稳定性方面发挥关键作用。

在实际应用中，理解优势类群和稀有类群在富营养化条件下的季节性变化及其对群落结构和功能的影响对于生态管理和保护具有重要意义。例如，在富营养化严重的海域，优势类群可能更容易受到环境变化的影响，而稀有类群则可能在维持生态系统稳定性方面发挥更重要的作用。因此，研究者可以通过调控环境条件，如营养物质的输入和水体交换能力，来优化微生物群落的结构和功能，从而提高生态系统的恢复能力。

此外，本研究还发现，优势类群和稀有类群在群落组装机制上的差异可能与它们的生态功能密切相关。优势类群通常主导群落的结构，其形成受到环境选择和微生物相互作用的较大影响。而稀有类群的形成可能更多受到随机过程的影响，这使得它们在环境变化时更具灵活性。然而，在某些季节，如冬季，确定性过程的作用逐渐增强，这可能与环境条件的稳定性和微生物相互作用的增强有关。

总的来说，本研究通过分析Xiangshan湾的微生物群落，揭示了富营养化条件下优势类群和稀有类群在群落组成、多样性、共现模式、群落组装机制和功能潜力方面的季节性变化。这些发现不仅加深了我们对微生物群落演替机制的理解，也为保护和管理富营养化海域的生态系统提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨不同环境条件对优势类群和稀有类群的影响，以及它们在生态系统中的具体作用，从而为生态管理和保护提供更加全面的理论支持。