淡水排放与盐度驱动浑浊大潮河口微生物群落的分类与功能更替

这篇研究通过DNA扩增子测序揭示了斯海尔德河口（比利时）微生物群落的时空动态变化，发现淡水排放与盐度梯度是驱动自养和异养微生物群落更替的关键因素。研究强调了水文动力学与微生物生态功能的复杂关联，并指出极端降水事件会打破这种平衡，为河口生态系统的管理和保护提供了重要依据。

　　

引言

河口作为地球上最具生产力的生态系统之一，其物理、化学和生物梯度受河流排放与海水入侵的相互作用调控。斯海尔德河口（Zeeschelde）的微生物群落动态长期受富营养化、疏浚活动和潮汐泵送影响，但小尺寸浮游生物（如picoplankton和nanoplankton）的研究仍存在空白。本研究利用16S和18S rRNA基因测序，首次系统解析了2018-2021年该河口细菌和真核微生物的时空分布规律。

材料与方法

每月在河口四个典型区域（FWS、FWL、OLI、SSG）采集水样，测定环境参数（如盐度、浊度、叶绿素a）并通过Illumina MiSeq平台进行高通量测序。数据分析采用DADA2流程，功能预测工具FAPROTAX（细菌）和metaPR2（真核生物）用于生态功能注释。

结果

环境梯度与浮游生物量：淡水排放量在早春最高，导致盐度梯度平缓；夏季低排放时，盐度梯度加剧，最大浊度区（MTZ）向上游迁移至FWL区。叶绿素a浓度在5-8月达到峰值，但2021年7月的极端降水事件导致藻华中断。

微生物群落更替：

• 分类组成：细菌以放线菌门（Actinomycetota，47%）、变形菌门（Pseudomonadota，22.5%）为主；真核生物则以硅藻（Ochrophyta，42.8%）和纤毛虫（Ciliophora，17.9%）为主导。

• 时空动态：早春群落均一，以隐藻（Cryptophyta）和硅藻为主；夏季盐度梯度加剧后，上游以淡水硅藻（如Cyclotella spp.）为主，下游则以海洋细菌（如CL500-29 marine group）和纤毛虫为特征。

功能变化：

• 细菌功能中，与碳循环相关的光异养（photoheterotrophy）和发酵在早春占优，而氮循环相关功能（如硝酸盐还原）在下游MTZ区更显著。

• 真核生物中，MTZ下游的寄生（如壶菌Rhizophidiales）和吞噬功能（如纤毛虫）比例升高，可能与藻华终止相关。

极端事件影响：2021年洪水导致淡水物种（如Cyclotella meneghiniana）向下游扩散，盐沼物种（如Thalassiosira proschkinae）减少，破坏了生态功能梯度。

讨论

MTZ的生态枢纽作用：夏季MTZ通过限制光合作用促进异养过程，表现为低氧、高CO₂和有机质降解菌（如Candidatus Planktophila）的富集。

（半）隐性物种的生态位分化：如不同Cyclotella ASVs的季节分布差异，暗示形态学分类可能低估了多样性。

方法论启示：18S rRNA基因拷贝数差异可能导致纤毛虫等类群的定量偏差，需结合形态学验证。

结论

斯海尔德河口的微生物群落更替由淡水排放与盐度梯度的博弈驱动，而MTZ是功能转换的关键区域。极端气候事件可能通过改变水文动力学，影响河口生态系统的过滤功能和邻近海域的生态平衡。该研究为河口微生物生态响应机制提供了分子层面的新认知。