《Environmental Microbiology》：Disturbance History Shapes Microbial Community Assembly and Predictability in a Continuous Culture System
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研究人员利用受控连续培养实验，探究了两种交替历史——即反复施加的轻度盐度脉冲及随后不同的恢复时间间隔——如何塑造细菌群落对后续一次强烈盐度脉冲的响应。过去环境条件影响当前群落反应的遗留效应日益被认为是微生物动态的重要驱动因素。然而，重复干扰及其之间的间隔如何决
研究人员利用受控连续培养实验，探究了两种交替历史——即反复施加的轻度盐度脉冲及随后不同的恢复时间间隔——如何塑造细菌群落对后续一次强烈盐度脉冲的响应。过去环境条件影响当前群落反应的遗留效应日益被认为是微生物动态的重要驱动因素。然而，重复干扰及其之间的间隔如何决定群落组装，以及它们是否导向可预测的轨迹还是更具偶然性的结果，目前仍不清楚。通过跨越50天、包含26个采样点的高分辨率时间序列分析，研究人员检测到系统的处理效应，并观察到处理内重复群落之间的分歧随时间不断增加。群落对第二次盐度脉冲的响应取决于干扰历史：先前暴露既改变了丰富度变化的幅度，也改变了其方向，甚至在恢复时间短暂的情况下还促进了丰富度的增加。此外，在具有干扰历史的群落中，经历后续后续盐度干扰后，推断的随机性水平持续处于较高状态。综上所述，这些发现表明，干扰序列和恢复间隔对微生物稳定性起着关键作用，并影响随机性与确定性组装过程之间的平衡。
这项研究针对“过去环境条件产生的遗留效应对当前微生物群落动态的影响日益受到重视，但重复干扰及其间隔时间如何塑造群落组装、是导致可预测轨迹还是更具偶然性结果仍不清楚”的核心问题展开。研究人员旨在确定先前脉冲式干扰的暴露史以及距上次干扰后的恢复时间，如何影响细菌群落对随后更强烈扰动的响应。他们提出了两个假设：其一，具有同类干扰暴露历史的群落，其因扰动引发的组成变化会减弱；其二，这种保护性记忆效应是短暂的，会随着距上次干扰时间的延长而减弱。为此，研究人员于瑞典Uppland地区的一条淡水森林溪流（59°55′05.0″N, 17°20′49.2″E）采集起始细菌群落，经0.7 μm过滤去除捕食者并实验室驯化后，在24个连续培养容器中构建了3×2处理组（每种4个重复），以人工湖水培养基在20°C黑暗、持续搅拌、稀释率为0.02 h?1（世代时间32.8 h）的条件下培养。实验首先通过三轮5 ppt NaCl的轻度盐度脉冲构建不同干扰历史（长期恢复组、短期恢复组和未受扰动的对照组），之后对每组一半的重复施加15 ppt NaCl的主要盐度脉冲，并在27天后继续培养23天，全程每两天采样一次，共获得624个样本用于16S rRNA基因（V3-V4区）扩增子测序，以辨别扩增子序列变体。研究人员使用了多种分析方法，包括对数响应比（LRR）量化丰富度变化，基于Aitchison距离的主坐标分析（PCoA）和置换多元方差分析（PERMANOVA）评估群落组成，置换检验多元离散度（PERMDISP）检查处理间离散度差异，归一化随机比（NST）零模型推断随机性与确定性过程的相对贡献，以及线性混合效应模型（LMM）检验处理效应。
在结果方面，研究通过三个子标题呈现了主要发现。关于ASV丰富度，研究发现所有处理在实验早期阶段丰富度均下降，至主要脉冲前（第27天）降至最低；扰动历史、时间及其交互作用显著影响ASV丰富度。主要脉冲后，长期恢复处理中丰富度总体稳定，而短期恢复处理出现较强的时间波动。通过计算对数响应比发现：有干扰历史（长期和短期恢复）的处理在受到主要脉冲后丰富度相对上升，其中短期恢复处理的正效应最强；而无干扰历史的对照处理在受到主要脉冲时丰富度下降。这表明重复轻度盐度脉冲会形成短期生态记忆，能够缓冲后续更强扰动导致的物种损失，甚至在恢复间隔较短时促进丰富度增加。
关于β多样性，PERMANOVA显示扰动历史、主要脉冲、时间及其交互作用均显著影响群落组成。配对Aitchison距离分析表明，在主要脉冲前，各处理中重复群落间的差异随时间增加，且长期和短期恢复处理的增加斜率显著大于未受扰动的对照。主要脉冲后，Aitchison距离总体趋于平缓，但处理效应显著：在有干扰历史的处理中，遭受主要脉冲的重复群落间的差异高于未遭受脉冲的对应处理，而无干扰历史的对照处理中没有出现这种差异。这说明干扰历史使得后续主要脉冲并未将群落推向共同的确定性状态，反而加剧了重复间的分歧。
关于零模型分析，NST值在所有处理和几乎所有时间点均高于0.5。主要脉冲前，NST随时间显著增加，且两个有干扰历史的处理均表现出比对照更高的NST值。主要脉冲后，扰动历史仍与NST差异相关；长期恢复处理中，接受主要脉冲的群落显示出持续更高的NST值，而短期处理中趋势相似但未达显著水平。综合来看，重复干扰可能预先筛选掉高度敏感的类群，留下具有更相似耐性和竞争能力的类群，从而在后续扰动时减小适合度差异、削弱确定性选择，增加了随机过程的相对贡献。
在讨论部分，研究人员指出，该研究证明干扰历史和时序能重塑细菌群落对后续盐度脉冲的响应，这与生态记忆的概念一致。研究还发现，重复扰动并没有如预期那样限制重复群落间的分歧，反而加速了分歧，这进一步支持了重复干扰削弱确定性过滤的推测。结果强调，微生物对扰动的响应不能仅从干扰强度本身理解，而是关键取决于先前环境暴露的序列和时机。研究人员同时提及了一些方法学局限，如测序深度对稀有类群检测的制约，以及封闭系统无迁入可能影响对丰富度变化的解释。在结论中，研究者总结道：这项研究独特的时间序列群落样本使其能够密切追踪一系列盐度扰动和一次主要扰动事件后的群落变化；细菌群落对扰动的响应不仅由即时胁迫决定，还受其扰动历史和恢复动态所控制；近期扰动产生了一种增强丰富度的短期生态记忆，而较长的间隔削弱了这种缓冲效应；此外，随后的扰动在具有干扰历史的处理中提高了推断的随机性水平。
