地化所在高原喀斯特湖泊微生物群落演替与磷循环偶联研究取得新进展

作为生命体必需的营养素，磷（P）很大程度上制约着湖泊微生物群落的时空变化。已有研究普遍基于统计分析关注总磷（TP）变量对微生物群落组成结构的潜在影响，极大地限制了我们对不同生物有效态磷与微生物相互关系的深入理解。事实上，沉积物TP可以进一步分为无机磷（Pi）和有机磷（Po）以及不同活性组分，如弱吸附态磷（NH4Cl-P）、铁磷（BD-P）、铝磷（NaOH-P）、钙磷（HCl-P）以及残渣态磷（Res-P），这些磷组分介导微生物群落演替的作用贡献尚不清楚。为此，中国科学院地球化学研究所陈敬安研究员团队张润宇研究员选取红枫湖和阿哈湖两个典型高原喀斯特湖泊，通过沉积物柱芯分析与16S rRNA测序揭示了沉积物磷组分与高原喀斯特湖泊细菌和古菌群落演替的偶联机制。

研究发现，随着沉积物深度的增加，细菌和古菌Bray-Curtis不相似性呈现一致的增长模式。零模型和中性模型显示细菌和古菌群落组装均由确定性过程主导，故支配这种跨类群平行模式的相似性生态过程为环境选择。细菌和古菌的Shannon多样性主要受TP影响，而群落组成与NH4Cl-Pi、BD-Pi和HCl-Pi关联度高。即使考虑其他沉积物属性，Pi凭借其较高的直接或间接效应，仍然很好地解释微生物的Shannon多样性和群落组成。其中，Pi组分比Po对细菌和古菌的生物特征呈现出更强的正向效应，可能扮演着主导作用。

此外，细菌和古菌的总β多样性、物种周转和物种嵌套随沉积深度而持续增加。两种微生物总β多样性及其周转组分在红枫湖中主要受NaOH-Pi和STP影响，而在阿哈湖中主要受BD-TP或HCl-Pi影响。进一步，NaOH-Pi和STP还通过控制物种嵌套来影响红枫湖细菌和古菌的总β多样性。Pi组分相较Po对细菌总β多样性及其组分的影响更大，但Po较好地解释了湖泊沉积物中古菌的总β多样性和物种周转，意味着古菌群落可能参与了Po的矿化过程。

上述研究成果发表于环境科学与生态学研究领域期刊Science of the Total Environment和Frontiers in Microbiology上。该系列研究得到了国家自然科学基金（42177244）、贵州省2021年补助资金（GZ2021SIG）和贵州省科技平台项目（黔科合平台YWZ[2023]006）等资助。

论文信息1：Haijun Yuan,Runyu Zhang*,Jingan Chen,Jing Wu,Qiao Han,Qiuxing Li,Qiping Lu. (2024). Phosphorus resource partitioning underpins diversity patterns and assembly processes of microbial communities in plateau karst lakes. Science of the Total Environment 952: 175860.

论文链接1：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175860

论文信息2：Haijun Yuan,Runyu Zhang*,Qiuxing Li,Qiao Han,Qiping Lu,Jing Wu. (2023). Unveiling the ecological significance of phosphorus fractions in shaping bacterial and archaeal beta diversity in mesotrophic lakes. Frontiers in Microbiology 14: 1279751.

论文链接2：DOI: 10.3389/fmicb.2023.1279751