盐度对淡水生态系统中原生生物与真菌群落稳定性的负面影响及其组装机制研究

本研究通过18S rRNA和ITS测序技术，深入探讨了克罗地亚两种湖泊系统中原生生物与真菌群落的时空分布与生物地理模式。研究发现盐度梯度（如Crni?evo湖）通过变量选择（variable selection）显著削弱群落稳定性，而随机过程（stochastic processes）在多数湖泊群落组装中占主导。该研究为理解淡水微生物群落对环境变化（如盐度胁迫）的响应机制提供了重要见解。

　　

引言

淡水湖泊生态系统中的原生生物和真菌群落作为细菌捕食者、初级生产者和有机质分解者，在微生物循环中扮演关键角色，推动营养循环并维持微生物平衡。然而，在不同环境梯度下，这些群落的功能角色和组装机制仍知之甚少。本研究利用18S rRNA基因扩增子测序和多元统计分析，探究了克罗地亚两种湖泊系统（Plitvice湖泊和Ba?ina湖泊）水柱中原生生物和真菌群落的时空和生物地理模式。

材料与方法

研究区域涵盖克罗地亚的Plitvice湖泊（温带大陆性气候、贫营养、双季混合湖）和Ba?ina湖泊（地中海气候、中营养、单季混合湖）。采样于2021年至2023年间进行，每月采集不同深度的水样，使用多参数探头测量溶解氧（DO）、温度、pH、荧光溶解有机质（fDOM）、浊度、电导率和盐度等环境参数。水样通过聚碳酸酯滤膜（3 μm用于颗粒附着微生物PA，0.2 μm用于自由生活微生物FL）过滤，提取DNA后采用18S rRNA（V4区）和ITS2引物进行扩增，使用Illumina MiSeq平台测序。序列处理采用DADA2流程，分类比对PR2和UNITE数据库。功能群组（自养、混养、寄生、渗透营养和吞噬营养）根据分类学注释划分。统计分析包括中性群落模型（NCM）、零模型（βNTI和βMNTD）和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）。

结果

原生生物群落组成与功能群分布

原生生物群落以绿藻门（Chlorophyta）、纤毛虫门（Ciliophora）和隐藻门（Cryptophyta）为主导，功能群分布呈现明显的时空异质性。在Crni?evo湖（受盐度影响），夏季Perkinsea相对丰度较高，吞噬营养和混养群交替主导，渗透营养群在夏季中层水深丰度异常升高。O?u?a湖以纤毛虫和隐藻为主，吞噬营养群在深水区夏季至秋季占优。Plitvice湖泊（Kozjak和Pro??e）中，隐藻在夏季全水深和冬季底层主导，混养与吞噬营养群呈现互补分布模式，自养群在表层夏季丰度较高。

真菌群落组成

真菌群落主要由子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和壶菌门（Chytridiomycota）交替主导，Rozellomycota丰度较低。Crni?evo湖中壶菌门2021年全水柱占优，子囊菌门在秋冬底层丰度升高；O?u?a湖壶菌门多数季节主导，子囊菌门在冬季峰值出现。Plitvice湖泊中壶菌门持续主导，但子囊菌和担子菌在特定季节和深度（如冬季表层和夏季中层）呈现峰值。

群落稳定性分析

原生生物和真菌群落的组成稳定性因湖泊和分型（PA/FL）而异。Kozjak湖原生生物FL群落稳定性最高（平均指数0.6909），Crni?evo湖最低（0.5192）。真菌群落稳定性在O?u?a湖PA分型最高（0.6086），Kozjak湖FL分型最低（0.4185）。盐度显著的Crni?evo湖中，原生生物FL稳定性冬季最高、夏季最低，PA分型在2022年夏季峰值；真菌PA和FL稳定性在2021年夏季最低，冬季或春季峰值。O?u?a湖真菌FL稳定性随时间下降，PA分型夏季高、冬季低。Plitvice湖泊中FL群落稳定性较一致，PA分型稳定性随时间上升，2022年4月达峰值。

群落组装机制

中性模型显示随机过程对原生生物群落解释度较高（59.7%），真菌群落较低（39.3%）。迁移率（m）原生生物（0.0453）高于真菌（0.0115）。零模型分析表明随机过程（βNTI介于-2~2）在多数群落组装中主导，但Crni?evo湖因盐度梯度呈现更强的变量选择（variable selection），Plitvice湖泊则以同质选择（homogeneous selection）为主。

环境驱动因子路径分析

PLS-PM揭示盐度对Crni?evo湖原生生物（r = -0.3294）和真菌（r = -0.9122）稳定性有显著负效应；颗粒有机质对真菌稳定性正效应显著（r = 0.6583）。O?u?a湖营养盐对原生生物和真菌稳定性正效应（r = 0.4328和0.6906），理化参数负效应（r = -0.3177）。Kozjak湖丰富度对原生生物稳定性正效应（r = 0.2761），颗粒对真菌稳定性正效应（r = 0.2990）。Pro??e湖理化参数对两类群落稳定性均呈正效应（r = 0.4219和0.7731）。

讨论

群落组成与分布的生态驱动

原生生物和真菌群落的时空变异主要受季节变化、营养水平和深度分层驱动。光可用性促进表层光养群（如绿藻）生长，混养和吞噬营养群的垂直分离反映了生态位分化（如O?u?a湖吞噬营养群在深水区占优）。盐度压力导致Crni?evo湖渗透营养群异常增殖，可能源于高盐下的渗透适应和竞争释放。真菌中壶菌门夏季表层丰度高，与其寄生或腐生功能（如降解藻类）一致；子囊菌和担子菌在冷季有机质降解中作用突出。Rozellomycota在Kozjak湖夏季表层峰值可能源于宿主（藻类）丰富。

稳定性与环境因子的关联

湖泊营养状态和环境稳定性显著影响群落稳定性。贫营养的Plitvice湖泊（如Kozjak）原生生物FL稳定性高，源于低营养压力下的功能冗余；真菌FL稳定性低可能因营养限制竞争加剧。盐度作为强选择压力降低Crni?evo湖群落稳定性，但颗粒基质的正效应（如真菌PA）缓冲了部分压力。路径模型中营养盐的正效应（O?u?a湖）和丰富度的正效应（Kozjak湖）支持生物多样性提升稳定性的理论，而盐度和理化波动负效应凸显环境胁迫的破坏性。

组装过程的生态启示

随机过程（如扩散限制、生态漂变）在多数湖泊群落组装中主导，反映淡水微生物的高度扩散能力和局部随机事件的影响。但Crni?evo湖盐度梯度强化变量选择，促进特化类群分化和群落异质性；Plitvice湖泊的同质选择则体现稳定环境下群落趋同。真菌迁移率低表明其更强依赖本地资源和基质，扩散受限加剧环境敏感性。

结论

本研究揭示了淡水湖泊原生生物和真菌群落的组成、稳定性和组装机制对环境梯度（尤其是盐度）的响应。随机过程主导多数群落组装，但盐度通过变量选择降低群落稳定性，凸显全球变化下盐化胁迫的生态风险。垂直分布中光驱动混养群分层、异养群深居的格局促进了生态位分化和功能多样性。研究成果为淡水生态系统管理和微生物群落韧性维护提供了科学依据，尤其在应对人为活动引发的环境变化方面具有重要启示。