Exploring the Microbial Mosaic: Insights into Composition, Diversity, and Environmental Drivers in the Pearl River Estuary Sediments  

探索微生物鑲嵌：珠江口沉積物微生物組成、多樣性及環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素研究  

來(lái)源：Microorganisms  

《微生物》  

 

摘要內(nèi)容  

該研究分析了珠江口（PRE）及鄰近陸架沉積物中細(xì)菌、古菌和真核生物的組成、多樣性及分布模式，探討了環(huán)境參數(shù)（如氧濃度、氮化合物、碳含量）對(duì)微生物群落的影響。研究發(fā)現(xiàn)，微生物群落結(jié)構(gòu)主要受采樣點(diǎn)位置和沉積物核心深度驅(qū)動(dòng)，兩者共解釋了約67%的群落變異。不同站點(diǎn)和深度的沉積物特性（如有機(jī)質(zhì)含量、氧化還原條件）導(dǎo)致特定微生物類群與化學(xué)參數(shù)（如C/N比、NH4+濃度）顯著相關(guān)。盡管存在差異，各站點(diǎn)均存在優(yōu)勢(shì)類群（如細(xì)菌中的Gammaproteobacteria，古菌中的Bathyarchaeia）。P03站點(diǎn)的微生物多樣性（三個(gè)類群）顯著低于其他站點(diǎn)。

 

研究目的  

明確珠江口沉積物微生物群落的組成、多樣性及環(huán)境驅(qū)動(dòng)因素，為河口與沿海生態(tài)系統(tǒng)的健康管理提供微生物標(biāo)記物和科學(xué)依據(jù)。

 

研究思路  

采樣設(shè)計(jì)：在珠江口及鄰近陸架選取5個(gè)站點(diǎn)（P02、P03、A01、A01b、A02），采集不同核心深度（表層1-3 cm、中層5-9 cm、深層10-25 cm）的沉積物樣本。  

 

環(huán)境參數(shù)測(cè)量：分析溶解氧（O2）、孔隙度、NH4+、溶解鐵（Fediss）、總氮（TN）、顆粒有機(jī)碳（POC）等理化指標(biāo)。  

 

微生物分析：通過(guò)DNA提取、16S/18S rRNA基因擴(kuò)增測(cè)序，解析細(xì)菌、古菌和真核生物的群落結(jié)構(gòu)。  

 

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：結(jié)合NMDS、PERMANOVA、LEfSe等統(tǒng)計(jì)方法，關(guān)聯(lián)微生物群落與環(huán)境和空間因素。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義  

環(huán)境參數(shù)（圖2、5、8）：  

 

 

 

 

溶解氧（O2）和孔隙度：反映沉積物的氧化還原狀態(tài)，影響好氧/厭氧微生物的垂直分布。  

 

NH4+和總氮（TN）：指示氮循環(huán)過(guò)程（如氨氧化、反硝化）。  

 

C/N比：區(qū)分有機(jī)質(zhì)來(lái)源（陸源或浮游生物來(lái)源）。  

微生物多樣性（圖5）：Shannon指數(shù)顯示細(xì)菌多樣性最高，P03站點(diǎn)多樣性最低，提示該區(qū)域環(huán)境壓力顯著。  

 

群落組成（圖6）：  

 

 

古菌中Bathyarchaeia在近河口站點(diǎn)（如P02）占優(yōu)，Nitrososphaeria在海洋站點(diǎn)（如A02）占優(yōu)。  

 

細(xì)菌中Gammaproteobacteria為優(yōu)勢(shì)類群，深層沉積物中Desulfobacteria（硫酸鹽還原菌）豐度升高。  

 

真核生物以SAR類群（如Alveolata）為主。  

 

研究結(jié)論  

站點(diǎn)位置和核心深度是微生物群落結(jié)構(gòu)的主要驅(qū)動(dòng)因素，分別解釋33%-49%和11%-14%的變異。  

 

化學(xué)參數(shù)（C/N比、NH4+濃度）與特定微生物類群顯著相關(guān)（如Desulfobacteria與高C/N比沉積物）。  

 

P03站點(diǎn)微生物多樣性低且群落異質(zhì)性高，可能與其混合砂泥沉積物（低孔隙度）的非穩(wěn)態(tài)環(huán)境有關(guān)。  

 

古菌中的Nitrososphaeria（氨氧化古菌）在缺氧沉積物中仍占優(yōu)勢(shì)，可能具有非典型代謝功能。  

 

丹麥Unisense電極測(cè)量的溶解氧數(shù)據(jù)意義  

使用Unisense微剖面系統(tǒng)測(cè)量沉積物溶解氧（O2）的垂直分布（圖2），其意義在于：  

 

氧化還原分層解析：明確沉積物中氧滲透深度（OPD），劃分好氧與厭氧代謝區(qū)。例如，O2在表層（1-3 cm）較高，支持好氧微生物（如Nitrososphaeria），而深層（>3 cm）缺氧環(huán)境促進(jìn)硫酸鹽還原菌（如Desulfobacteria）活動(dòng)。  

 

生物地球化學(xué)過(guò)程關(guān)聯(lián)：O2梯度與有機(jī)碳礦化路徑（如好氧呼吸→硫酸鹽還原）直接相關(guān)，為理解碳、氮、硫循環(huán)的微生物驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供關(guān)鍵證據(jù)。  

 

環(huán)境壓力指示：低氧條件（如夏季珠江口底層水體缺氧）可能通過(guò)影響沉積物O2供應(yīng)，改變微生物群落功能（如反硝化效率），進(jìn)而影響河口生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。