水生高等植物分解过程中微生物结构与功能多样性研究
结题报告
批准号:
31800386
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
赵璧影
依托单位:
学科分类:
C0306.生态系统生态学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
冯伟伟、谢蓉蓉、朱方、祝玉琪、杨明月
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中文摘要
水生高等植物是湖泊生态系统中的主要初级生产者,是湖泊生态系统结构和功能的重要组成部分,而以细菌、真菌等为主的微生物则是主要的分解者,是该生态系统中物质循环的主要驱动者,但是湖泊中水生高等植物残体生物质分解转化的微生物生态学过程与机制尚不明确。本项目拟借助稳定同位素探针、高通量测序和基因芯片等新技术,采用野外调查、原位模拟和室内控制实验相结合的方法,通过比较不同类型水生高等植物残体分解过程中微生物群落组成、功能和动态及其与主要环境因子之间的关系,阐明哪些微生物参与湖泊中水生高等植物残体的分解;确定微生物与水生高等植物残体的分解之间是否存在种间特异性关系;揭示影响主要水生高等植物残体微生物分解的关键环境因子及其调控机制;从而为深入了解湖泊生态系统物质循环提供科学依据。研究结果不仅有助于从微观层面深入认识湖泊生态系统的结构、功能及其运行,也为丰富淡水生态学的理论体系提供一定的基础数据和理论依据。
英文摘要
Macrophytes are the major primary producers of shallow lakes and they play an important role in the functioning of lake ecosystems. Microorganisms such as bacteria and fungi are the main decomposers and the major pulse drivers of the material cycle in lake ecosystems. However, we know little about the microbial process and mechanism in the decomposition of macrophytes residues in lake ecosystems. In this project, we use the combined methods including the field survey, microcosms experiment in situ and lab-scale simulation experiment to analyze the microbial community compositions, functions and dynamic, as well as their relationships with the main environmental factors in the decomposition processes of different macrophytes residues. And all of these studies will be intended to use new technologies such as stable isotope probing, high-throughput sequencing and GeoChips. The aims of this project include investigating the microbial community compositions that take part in the decomposition of macrophytes residues in lakes, revealing whether there exist interspecific relationships between microorganisms and macrophytes, and revealing the key environmental factors which affect the microbial decomposition of macrophytes residues. The obtained results will enhance our thorough understanding of nutrient cycling processes in lake ecosystems. Overall, this study will not only deepen our understanding of the structure, function and operation of lake ecosystems, but will also provide important basic data and theoretical support for enriching the theoretical systems of freshwater ecology.
本项目通过研究参与水生植物分解的微生物种类;探索微生物与水生植物分解之间的种间特异性关系;揭示主要影响水生植物微生物分解的关键环境因子等三个方面对湖泊中水生植物分解转化的微生物生态学过程与机制开展了系统的研究。获得的主要结论如下:(1)水生植物附着微生物与浮游微生物群落结构存在明显差异,alpha多样性和组成随时间变化显著。附着细菌的功能与发酵和氮循环功能相关,而附着真菌则发现了更多涉及植物病原体的序列。浮游微生物的网络比附着微生物更复杂,并且在两个网络中都发现了更高的共生模式比率。但附着网络比浮游网络具有更多的门内联系,并且在附着网络中也发现真菌和细菌之间的共排斥模式。这些发现进一步证实了附着和浮游微生物群落在水生生态系统中所发挥的不同的生态功能以及所占据的生态位。(2)沉水和浮叶植物分解较挺水植物快,细菌和真菌alpha多样性均显著增加,并且它们的群落结构显示出随时间变化显著。随着叶片分解时间的推移,细菌中γ变形菌的相对丰度降低,而后壁菌、β变形菌、δ变形菌和α变形菌则增加。在真菌类占主导地位的隐真菌门的相对丰度在三个水生植物中均显著增加。细菌和真菌都与水中的总磷和叶片中的碳含量显著相关。而叶片的氮、磷含量和氮磷比的变化则对真菌群落的影响大于细菌。另外,纤维素酶和木聚糖酶的活性分别与细菌和真菌群落显著相关,从而反映了细菌和真菌在叶片分解上的生态位分化与合作。(3)微生物在分解水生植物的过程会受到细菌-真菌相互作用对物质成分和环境条件的影响。温度和植物种类对细菌群落都有显著影响,植物类型被证明是真菌群落的最重要驱动因素。与 γ变形菌、拟杆菌、δ变形菌、后壁菌和螺旋体等相关类群是研究生态网络中的关键物种,根据不同的水生植物种类,它们与担子菌门和子囊菌门表现出显著的共生或共排斥关系。该研究表明,参与水生植物分解的细菌对温度变化更敏感,而真菌对植物物质的组成具有更高的特异性。
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Interactions between bacteria and fungi in macrophyte leaf litter decomposition
大型植物落叶分解中细菌和真菌之间的相互作用
DOI:10.1111/1462-2920.15261
发表时间:--
期刊:Environmental Microbiology
影响因子:5.1
作者:Zhao Biying;Xing Peng;Wu Qinglong L.
通讯作者:Wu Qinglong L.
DOI:--
发表时间:--
期刊:湖泊科学
影响因子:--
作者:宁晓雨;张磊;陈坤全;韩财安;李启升;李宽意;何虎;赵璧影
通讯作者:赵璧影
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