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为探究卵菌门(Oomycota)在淡水与陆地生境的多样性及分布,研究人员采用宏条形码(metabarcoding)结合传统分离技术,分析两湖泊及周边六生境样本。发现 401 个 OTU,优势属为腐霉(Pythium)等,揭示生境特异性分布,为卵菌生态研究提供新视角。
卵菌(Oomycota)作为一类真菌样原生生物,在水生和陆地生态系统中扮演着分解者、植物及动物病原体等关键角色。然而,长期以来,学界对其生境特异性多样性和分布模式的认知较为有限,这主要受制于传统研究中对特定类群的过度关注以及依赖培养技术的局限性 —— 培养方法往往只能捕获快速生长的优势类群,而遗漏稀有或不可培养的物种,导致对卵菌真实多样性的评估存在偏差。此外,以往研究多割裂地看待淡水与陆地生态系统中的卵菌,缺乏对两者间连通性的系统分析。因此,全面揭示卵菌在不同生境中的分布规律及其生态功能,成为亟待解决的科学问题。
为填补这一研究空白,德国莱布尼茨淡水生态与内陆渔业研究所(IGB)、科隆大学等机构的研究人员,针对德国东北部两个典型淡水湖泊(酸性沼泽湖 Grosse Fuchskuhle 和贫营养石灰湖 Grosser Stechlinsee)及其邻近森林生态系统,开展了卵菌多样性的综合研究。相关成果发表在《Scientific Reports》上,为理解卵菌在互联生态系统中的作用提供了新范式。
研究人员主要采用了两项关键技术:一是靶向宏条形码技术,对来自土壤、腐叶、沉积物、地表水等 6 种生境的样本进行高通量测序,分析卵菌的 Operational Taxonomic Units(OTUs)组成;二是传统分离技术,通过选择性培养基和诱饵法分离培养卵菌菌株,并结合 ITS 测序进行系统发育分析。此外,研究还纳入了对湖泊理化性质和生境特征的综合考量,以解析环境因子对卵菌群落的影响。
总体多样性与优势类群分布
宏条形码分析共检测到 401 个卵菌 OTU,其中腐霉属(Pythium sensu lato,含 Globisporangium)、水霉属(Saprolegnia)、丝囊霉属(Aphanomyces)等为优势类群。不同生境的 OTU 丰度呈现显著差异:湖岸腐叶和沿岸地表水的 OTU 数量最高,而沉积物和远洋区地表水的 OTU 数量较低。值得注意的是,两个湖泊的陆地生境(森林土壤和腐叶)均以水霉纲(Saprolegniomycetes)为主,而淡水生境中霜霉纲(Peronosporomycetes)占比更高,显示出纲水平类群对生境的偏好性。
_alpha 与 beta 多样性分析
Alpha 多样性指标(ChaoRichness、Pielou 均匀度指数等)显示,卵菌丰富度和均匀度受湖泊类型和生境双重影响。例如,Grosse Fuchskuhle 湖的腐叶生境具有更高的物种丰富度,而 Grosser Stechlinsee 湖的远洋区生境均匀度较低。Beta 多样性分析表明,湖泊类型和生境类型是驱动卵菌群落结构差异的主要因素:同一湖泊的同类生境样本聚类更紧密,但 Grosse Fuchskuhle 湖的部分水生样本与陆地样本的相似性高于预期,暗示水陆交界带可能存在频繁的卵菌扩散。
共享与差异 OTU 模式
研究发现,228 个 OTU 为淡水与陆地生境共有,仅极少数 OTU 具有生境特异性,揭示了卵菌在水陆生态系统间的广泛连通性。传统认为陆生的腐霉属和疫霉属(Phytophthora)在淡水生境中也有较高丰度,而水生常见的水霉属和丝囊霉属亦存在于土壤中。差异丰度分析显示,某些属表现出生境偏好性,如 Apodachlya 和 Leptolegnia 在陆地更丰富,而 Achlya 和 Peronospora 在水体中占优,表明不同类群可能适应特定的环境因子。
分离技术结果
通过培养方法共获得 110 株卵菌菌株,主要来自地表水和沉积物,优势类群为腐霉属和水霉属。ITS 序列分析显示,分离菌株分属多个进化枝,如 Grosse Fuchskuhle 湖的 Elongisporangium undulatum 和 Phytopythium sp.,以及 Grosser Stechlinsee 湖的 Saprolegnia spp.。然而,培养技术在陆地生境中的效率较低,且未能检测到宏条形码中发现的部分稀有属(如 Lagena、Apodachlya),凸显了非培养方法在揭示多样性上的优势。
研究结论与意义
本研究首次通过宏条形码技术系统性揭示了淡水湖泊与陆地生态系统中卵菌的多样性及分布模式,证实了水霉纲与霜霉纲在水陆生境中的广泛共存,并发现了大量潜在新分类单元。研究结果挑战了传统的 “水生 - 陆生” 生境划分观念,表明卵菌群落结构受湖泊类型、生境理化性质及物种扩散能力的综合影响。此外,研究还强调了宏条形码与培养技术结合的重要性 —— 前者提供全面的多样性图谱,后者则有助于功能验证和物种鉴定。
该研究不仅填补了卵菌在互联生态系统中分布规律的认知空白,还为理解卵菌的生态功能(如有机物分解、病原体传播)提供了新框架。例如,腐霉属在淡水生境中的高丰度可能与其作为水生植物病原体或传播媒介的角色相关,而水霉属在土壤中的存在则暗示其在陆地碳循环中的潜在作用。未来研究可进一步结合宏转录组学等技术,解析卵菌在不同生境中的功能差异,为预测环境变化下的卵菌动态及其对生态系统的影响奠定基础。