亚热带河流水库浮游微生物群落构建及其碳氮循环耦合机制与效应

Subtropical river-reservoirs in China are important aquatic ecosystems or water resources for economic and social sustainable development, and have unique and diverse microbial communities, although few have been studied previously. This project will investigate the tempo-spatial pattern, process and mechanism of microbial taxonomic and functional communities of subtropical river-reservoirs; reveal the feedback process and mechanism in carbon and nitrogen cycling of bacteria before, during and after algal explosive growth periods; illustrate the response and effect of denitrification and anammox bacteria to algae-induced organic carbon. This study will fill a major gap in the knowledge of the microbial community assembly and its linkage with carbon and nitrogen cycle in river-reservoir systems, while also contributing to research on river microbial biogeochemistry under different hydrodynamic regimes. This study will have direct theoretical implication for the coupling of carbon and nitrogen and microbial food loop in inland waters, and practical implication for sustainable management and conservation of river-reservoir ecosystems, algal bloom prevention and control, and water quality biomonitoring and early warning.

亚热带河流水库是我国重要的水生态系统，具有不可替代的服务功能，拥有独特的微生物群落。然而，长期以来由于条件的限制，河流水库微生物群落及其介导的碳氮循环研究尤为薄弱。本项目拟以我国亚热带典型河流水库浮游微生物为研究对象，基于野外高频观测和条件控制实验，以群落形成、碳氮流向、环境互作为核心，综合运用群落生态学、生态化学计量学、分子生物学、生物信息学等理论与新技术开展三方面研究：1）微生物群落分类组成与碳氮循环功能组成的构建模式、过程与机制；2）自由生和颗粒附着生细菌在藻类大幅度波动过程中对碳氮循环的影响过程与反馈机制；3）分层水体反硝化和厌氧氨氧化功能菌对浮游藻类碳源的响应与效应。在理论方面，本研究将进一步验证群落构建假说、丰富微食物网理论内容，对认识微生物在内陆水体碳氮循环中的耦合作用有清晰的新贡献；在实践方面，将为河流水库生态管理与保护、藻类水华防控与预警提供科学依据和对策。

亚热带河流水库是我国重要的水生态系统，具有不可替代的服务功能，拥有独特的微生物群落。然而，我们对河流水库微生物群落及其介导的碳氮循环研究尤为薄弱。本项目通过对我国亚热带典型河流水库样品的采集，综合运用群落生态学、生态化学计量学、分子生物学、生物信息学等理论与方法分析了微生物群落形成，研究了浮游生物群落结构及其碳氮循环耦合机制与效应。主要结果如下：1）优化和改进了浮游生物稀有种分析方法，建立了基于数字PCR的产毒蓝藻精准检测方法；2）解析了河流水库浮游微生物群落的时空分布格局，揭示了中性过程对群落构建的重要作用；3）阐明了水库藻类生物量大幅变化条件下自由生和附着生细菌群落变化过程与控制因子；4）明确了水库藻类生物量变化条件下真核微生物群落变化过程与调控机制；5）通过野外观测和室内控制培养实验，发现拉氏尖头藻丰度变化会改变浮游动物的功能性状；6）揭示了干扰条件下河流水库浮游生物对营养盐利用效率变化特征，发现城市化通过改变环境和减少生物多样性降低浮游植物的资源利用效率；7）探究了台风事件对水库颗粒有机物介导的碳氮循环的影响。.截止到2022年1月，本项目资助下已经在Microbiome、The ISME Journal、Water Research、Environment International等期刊累计发表论文31篇，其中SCI论文24篇，授权发明专利1项、软件著作权1项；培养博士生6名（包括留学生3名）、硕士生3名。.在样品库方面，分离纯培养原生动物和蓝藻各1个新株系，累计收集水体和沉积物样品超过2万份；在数据库方面，构建了河流水库微生物组数据库，包括1.5万份样品。研究结果验证了群落构建假说，加深了对河流水库浮游生物的生态认知，为河流水库生态管理与保护、藻类水华防控与预警提供了科学依据。