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浮游细菌和真核生物应对城市湖泊藻华加剧的分化策略

iMeta主页：http://www.imeta.science

研究论文

● 原文链接DOI: https://doi.org/10.1002/imt2.84

● 2023年1月30日，中国科学院武汉植物园杨玉义团队在 iMeta 在线发表了题为“Differentiation strategies for planktonic bacteria and eukaryotes in response to aggravated algal blooms in urban lakes ” 的文章。

● 水体富营养化导致的周期性和季节性的藻华是一个严重的环境问题，其危害饮用水安全和水生生物多样性。本研究表明：恶化的藻华降低了环境异质性。随着藻华的加剧，浮游细菌群落的物种替换减少且环境限制作用增加，而浮游真核生物群落的物种替换增加且环境限制作用减小。浊度较浮游生物多样性和丰度更能影响水体营养状态本。

● 第一作者：万文结

● 通讯作者：杨玉义 (yangyy@wbgcas.cn)

● 合作作者：Hans-Peter Grossart、刘文治、何冬兰、王帅

● 主要单位：中国科学院武汉植物园、莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所、德国波茨坦大学、中南民族大学、中国科学院丹江口湿地生态系统野外科学观测研究站

亮   点

● 明晰了藻华程度与环境异质性的关系以及浮游生物对恶化藻华的响应策略

● 阐明了生物和非生物因子对水体营养状态的影响

全文解读

引  言

保护饮用水、农业和工业用水的水生态健康，是当前全球可持续发展目标之一。许多措施如疏浚通过消耗营养物质如磷和氮的有效性来保证良好的水体质量。虽然严格控制外部营养的输入，但是内陆和沿海水生生态系统中由富营养化引起的藻类水华，尤其是有害的蓝藻水华，还是季节性和周期性地发生。以前的研究报告指出：藻类水华，如微囊藻水华，释放次级代谢产物（如藻类毒素）和消耗氧气，因而威胁到浮游生物的多样性。因此，明晰浮游生物对藻华的响应和了解控制水体营养状态的因素是非常重要的。

通常，叶绿素-α（Chl-α）和总磷、总氮与/或化学需氧量等关键参数被用来反映和预测水体的营养水平。营养因素如氮和磷和非营养因素如温度和浊度影响Chl-α含量。例如，降低磷含量可以缓解高富营养化湖泊中的蓝藻密度。微生物在水域和沉积物中介导氮和磷的转化，特别是在缺氧的情况下。细菌（如蓝细菌和放线菌）和真核生物（如浮游植物、浮游动物和原生动物）是水生食物网的重要组成部分，浮游生物的相互作用影响着含Chl-α的浮游生物的生物量和浮游生物的多样性。例如，放线菌对Alexandrium tamarense显示出杀藻作用，鞭毛虫可以通过产生功能性化合物（如过氧化氢酶和磷酸酶）降解有毒的微囊藻。因此，为了破译水体营养状态，有必要调查Chl-α含量，依赖含Chl-α的生物体（如原核蓝藻和真核藻类）的生物量。浮游生物多样性驱动多营养物质如氮和磷的循环。然而，在藻类大量繁殖加剧期间，浮游生物多样性是否能潜在地影响水体营养状态，对此了解甚少。大多数研究倾向于调查不同水环境中浮游生物的群落组成和多样性。然而，对于浮游生物多样性在应对恶化的藻华时的维持机制，这仍然了解甚少。

许多研究试图通过评估物种的存在-缺失和丰度、群落构建过程和物种共存模式来同时评估浮游原核生物和真核生物的多样性维持机制。在一个群落中，物种存在-缺失和丰度可以通过物种替换和丰度差异来解释。生态构建过程包括确定性和随机性，前者由非生物和生物因素强加，后者由随机事件（如出生、死亡和/或漂移）引起。环境因素和环境异质性都能调控随机性和确定性过程之间的平衡。例如，盐度是塑造黄河河口浮游细菌和城市水库中微小真核生物群落构建的主要决定因素。环境异质性决定了浮游细菌群落的构建过程（即同质选择和异质选择），从而制约了巴拉那河的群落周转和共存模式。通过共现网络反映的共存模式可以推断出物种的潜在相互作用。根据共现网络，正负连接的比值来确定物种是潜在的互惠的还是敌对关系，中介中心度等拓扑参数来确定平衡群落稳定性的关键物种。许多水生环境如河流、湖泊和水库的浮游原核生物和真核生物的生态群落构建过程和共存模式都有报道，然而在对遭受大规模藻类繁殖的城市湖泊中的研究还不够充分。

在本研究中，作者选择了位于武汉市的12个有代表性的城市湖泊，并在4月、5月和6月采集水样以跟踪藻华的发展。根据Chl-α阈值为40 μg/L的藻华定义标准，这些湖泊的藻华情况有所加重（即6月>5月>4月[83.29±67.11 μg/L]）。作者旨在(i)探索细菌和真核生物在恶化的藻华时期下的分布模式、物种替换和丰度差异、生态构建过程以及共存模式，和(ii)阐明影响水体营养状态的非生物和生物性因素。考虑到水的理化性质会周期性的变化，我们假设细菌和真核生物的分布模式、群落构建过程和共存模式在不同的采样月份下会有所不同。由于细菌和真核生物是不同的生物且具有不同的生活方式，我们假设细菌和真核生物面对恶化的藻华时会表现出相反的环境约束。我们测量了水的物理化学特性，并对细菌和真核生物群落进行了Illumina MiSeq测序，以实现我们的研究目标并验证我们的研究假设。我们发现细菌和真核生物群落对恶化的藻华的反应有所不同。

结  果

水体营养状态和环境异质性随时间的变化

水体理化性质随采样月份而变化（图S2），显示出三个月份下硝态氮、化学需氧量、钙、镁、铁、电导率、pH值、温度和溶解氧的显著差异（p <0 .05）。浊度、总磷、可溶性活性磷、总氮和氨氮在三个月份下没有发现明显差异（p > 0.05）。Chl-α含量（2.21–564.27 μg/L）从4月到6月明显增加，超过60%的湖泊在三个采样月份中藻类大量繁殖（即4月，66.7%；5月，70.4%；6月，77.8%）。这些湖泊的营养湖泊指数（TLI）从4月（37.11-81.55；中营养-富营养）到6月（40.35-100.16；中营养-富营养）有显著增加（p < 0.05；图S2）。在所有三个月份中，只有浊度与Chl-α和TLI呈显著相关性（p < 0.05或p < 0.01或p < 0.001；表S2）。4月的环境异质性明显高于5月和6月（p < 0.05；4月>5月>6月）（图S3）。这些结果表明，随着时间的推移，藻类水华加剧，环境异质性下降。

浮游细菌和真核生物的分布模式

细菌和真核生物的绝对丰度从4月到6月明显增加（图S4），并与理化因子有不同的相关性（表S3）。例如，真核生物丰度在4月（r = 0.518，p < 0.01）、5月（r = 0.506，p < 0.01）和6月（r = 0.567，p < 0.01）与浊度有显著相关性。细菌和真核生物群落的组成在三个月份之间都表现出明显的差异（图S5）。三个月份中共发现10511个细菌扩增子序列变体（ASVs）和4487个真核生物ASVs，它们分别共享2080个和783个ASVs。细菌群落以变形菌门（37.22-59.82%）、放线菌门（18.78-33.85%）、拟杆菌门（5.65-12.86%）、厚壁菌门（1.51-5.45%）、蓝细菌门（3.08-14.70%）和疣微菌门（0.56-1.25%）等为主（图S5）。蓝细菌门的相对丰度从4月到6月有所增加，在三个采样月份中，蓝细菌门相对丰度与Chl-α呈明显正相关（p < 0.05或p < 0.001；表S4）。相比之下，真核生物群落以绿藻门（7.69-20.42%）、轮虫动物门（11.43-13.30%）、节肢动物门（8.59-14.02%）、甲藻纲（2.50-6.02%）、金藻纲（0.71-5.63%）和硅藻门(1.48–7.64%)等为主（图S5）。从4月到6月，甲藻纲和硅藻门的相对丰度增加。然而，在三个采样月中，绿藻门的相对丰度而不是其他浮游生物的相对丰度与TLI显著相关（p < 0.05或p < 0.001；表S4）。NMDS图显示细菌（ANOSIM，R = 0.563，p < 0.001）和真核生物（ANOSIM，R = 0.160，p < 0.001）群落组成随着时间的推移有明显变化。三个月份下细菌和真核生物的群落有明显的距离衰减关系（DDRs）（p < 0.05或p < 0.01或p < 0.001）。然而，在分类学和系统发育水平上，大多数适配度值相对较低（R² < 0.1）（图S6），表明群落相似度随地理距离的衰减很弱。在三个月份下，细菌和真核生物的β-多样性在分类学和系统发育水平上均有显著差异（图S6）。除6月外，根据冗余分析（RDA）的结果，水体理化因子对真核生物群落组成变化的解释多于细菌（图S7）。基于多变量分析（PERMANOVA）的结果，浊度对在三个月份下细菌和真核生物的群落组成均有显著影响（图S8）。这些结果表明：细菌和真核生物的分布模式随着时间的推移有明显的变化，而浊度在塑造细菌和真核生物的群落组成方面显示出重要的作用。

通过分解浮游生物分类学的β-多样性（图1），我们发现物种替换对组成差异的影响比丰富度差异的影响要大。细菌群落的物种替换与组成差异的比值（Repl/D）（Repl/D的平均值：4月，0.9724；5月，0.9684；6月，0.9666）随着时间的推移明显下降，但真核生物群落则相反（Repl/D的平均值：4月，0.9318；5月，0.9379；6月，0.9771）（p < 0.05；图S9）。这些结果表明，细菌和真核生物的物种替换有相反的变化趋势。此外，细菌和真核生物群落的分类学α多样性在4月均明显低于5月和6月（图S4）。这一结果表明，浮游生物的多样性随着藻类大量繁殖的加剧而明显增加。

图1. 三角形图显示三个月内细菌和真核生物的群落生态过程（即物种替换和丰富度差异）

每个点（蓝色、红色和绿色的点）代表一对样品。它的位置由相似度（S）=1-D（不相似度）、Repl（物种替换）、RichDiff（丰富度差异）矩阵中的三组数值决定；每个三组数值相加为1

生态群落构建和共现模式

Mantel相关图在4月至6月的环境梯度中，细菌和真核生物在较短的系统发育距离下显示出明显的正相关（图S10）。除5月份的真核生物外，细菌和真核生物在短和中等系统发育距离下也存在明显的负相关。在每棵系统发育树内，涵盖显著系统发育信号的系统发育距离从10%到40%不等。这些结果反映了在藻类大量繁殖加剧期间，细菌和真核生物在沿环境梯度的短系统发育距离上有着显著的系统发育信号。

    随后，我们评估了细菌和真核生物随时间变化的群落构建（图2）。分散限制（31.34-66.95%）、变异选择（10.26-58.12%）和 "未支配 "过程（3.42-40.74%）在三个月份内对细菌和真核生物的群落构建表现出较大的影响，而同质选择（0.57-3.99%）和同质分散（0.28-1.71%）在三个月份内表现出有限的影响（图2A）。确定性过程（5月为58.67%；6月为60.40%）和随机性过程（5月为41.31%；6月为39.60%）平衡了细菌群落构建。随机过程对4月份的细菌群落构建（69.52%）和所有月份的真核生物群落构建（77.21-87.75%）产生了主要影响。分化过程（54.70-93.17%）而不是同质化过程（1.71-4.56%）主导了细菌和真核生物的群落构建（图2A）。这些结果表明：在藻类大量繁殖的期间，随机性和确定性的过程共同影响了细菌群落的构建，而只有随机性过程决定了真核生物群落的构建。

细菌的确定性与扩散限制的比例随着时间的推移而增加，但真核生物则表现出相反的情况（图2B）。细菌的生态位宽随时间而减少，但真核生物则相反（图2C）。基于Sloan中性模型得出的细菌迁移率（m值）随着时间的推移而减少，而真核生物则呈现相反的模式（图2D）。这些结果表明，细菌随着时间的推移，即在藻类大量繁殖加剧期间，受到更多的环境限制，而真核生物表现相反。

图2. 三个采样月份下细菌和真核生物群落构建过程

(A）零模型分析揭示了4月、5月和6月生态过程对细菌和真核生物群落构建的相对贡献。细菌和真核生物的环境约束基于中性模型（D）中的确定性与扩散限制比（B）、生境生态位宽度（C）和迁移率（m值）。列上不同的字母代表显著性(p < 0.05)

我们构建了共现网络来解读细菌和真核生物的共现模式（图S11；表S5）。与4月和5月相比，6月发现的细菌和真核生物群落的节点更多。细菌的正边与负边的比例随时间增加，而真核生物则相反（表S5）。这表明细菌内部和真核生物内部的潜在拮抗作用分别在减少和增加。当细菌和真核生物群落被视为一个整体时，节点数显示了与上述相似的结果（六月>五月>四月）（图S12；表S5）。总的浮游生物群落在6月的正负边比例高于4月和5月（表S5），表明潜在的拮抗作用的程度在下降。三个月份中浮游生物共现网络中的前五个核心节点（具有最高的中介中心度的节点）隶属于 Acinetobacter、Candidatus-Aquirestis, Cryptomonas、Deinococcus、Limnobacter、Limnohabitans、Mycobacterium和 Rhodoferax（图S12）。除了4月份被鉴定为不动杆菌属的ASV_42847外，这些核心物种的相对丰度<1%，有些甚至<0.1%（稀有类群），并且与理化因子的关系不同（图S12）。例如，不动杆菌属ASV_227008的相对丰度与浊度（p < 0.01）、溶解氧（p < 0.05）和Chl-α（p < 0.01）明显相关。这些结果支持细菌和真核生物的共现模式在三个月份之间的可比性差异。

生物和非生物因素对TLI的影响

TLI与4月份的细菌多样性（p < 0.05）、6月份的细菌丰度（p < 0.05）和三个月份的真核生物丰度（p < 0.05或p < 0.001）之间存在显著的相关性（表S6）。结构方程模型被用来揭示在三个月份下TLI、浊度、浮游细菌和真核生物的多样性和丰度之间的潜在联系（图3）。浊度正向影响细菌和真核生物的多样性（4月的细菌除外）和丰度，这进而又正向影响TLI（4月和5月的真核生物除外）（图3A）。浊度对TLI显示出正向的影响，在大多数条件下发现了显著的路径系数（p < 0.05或p < 0.01或p < 0.001）。模型对我们的数据显示出良好的拟合（样本数N = 27，d.f. = 1），如SEM中细菌的非显著性χ2检验所示（4月，χ2 = 3.094，p = 0. 125；5月，χ2=0.110，p = 0.740；6月，χ2 = 0.383，p = 0.536）和真核生物（4月，χ2=1.357，p = 0.244；5月，χ2 = 2.578，p = 0.108；6月，χ2 = 1.518，p = 0.218）（图 3A）。浊度对TLI有直接和间接影响，而细菌和真核生物的多样性和丰度对TLI只有直接影响（图3B）。因此，在三个采样月中，浊度的总影响而不是浮游生物多样性和丰度对TLI的影响更大。

图3. 三个月份下非生物和生物因素之间的联系

(A) 结构方程模型揭示了TLI、浊度、细菌和真核生物的多样性和丰度之间的关系。箭头的宽度代表标准化路径系数的强度。线条上方的数值表示两个参数之间的路径系数。红线和蓝线分别表示正和负的路径系数。星号表示显著性（*，p < 0.05；**，p < 0.01；***，p < 0.001）。(B）非生物因素（即浊度）和生物因素（如多样性和丰度）对湖泊营养状态（用TLI表示）的直接和间接影响。

讨  论

藻类水华加剧可能导致环境异质性降低

理化性质、Chl-α含量和营养状态随时间发生变化，许多研究倾向于探讨单个理化因素（如氮、磷、pH值、温度、盐度和光照）对水体营养状态的影响。然而，全面了解环境因素与水体营养状态之间的联系的报道很少。环境异质性可以反映环境属性的变化，早期的研究报告指出：亚热带巴拉那河的水环境异质性在洪水期间发生了变化。我们发现，藻类水华的加剧导致环境异质性的降低，这在以前没有报道过。以前的研究表明：环境异质性会影响生态过程，调整陆地和水生生态系统中的微生物群落构建。生态群落构建过程决定了群落结构、物种共存，并将群落组成与生态系统功能偶联起来。恶化的藻华增加了细菌和真核生物的多样性，一些特定因素（如浊度）明显影响了细菌和真核生物的丰度和多样性。未来的研究需要在更多样化的水生生态系统中验证这一发现，以便更好地进行推广。

细菌和真核生物的分布模式显示出时间上的差异

城市湖泊中细菌和真核生物的群落组成在短时间内发生变化，这与其他湖泊的研究结果相似。城市湖泊中细菌和真核生物群落的分类学和系统发育的相似性随着地理距离的增加而衰减，这与之前在其他水生生态系统中的发现一致。显著的DDRs可能是由于细菌和真核生物群落由分化过程主导而非同质化过程主导的组装过程。据报道，分化过程（即散布限制和可变选择）导致群落组成的差异性。三个月份下细菌和真核生物群落结构的显著差异可能是由于水体物理化学性质的明显变化。营养性（如氮和磷）和非营养性的非生物因素（如温度、浊度、pH值、溶解氧和盐度）影响了所研究的湖泊和其他城市湖泊中的细菌和/或真核生物的群落组成。对于不同的湖泊，不同的环境因素控制浮游生物群落组成。一般来说，微生物群落组成与群落功能和生态系统功能联系密切。因此，明晰控制浮游生物群落组成的不同因素在整个时间和空间上是至关重要的。

环境约束对细菌和真核生物群落集合的影响不同

在所研究的城市湖泊中，随机性和确定性的过程平衡了细菌群落的构建。然而，以前的一些研究报告指出确定性过程在巴拉那河和安大略省的温带湖泊中主导了细菌群落构建，随机性在汉江中主导了细菌群落构建。在所研究的城市湖泊中，随机过程主导了真核生物群落的构建，这与以前关于汀江和波罗的海沿岸水池中真核生物群落构建的发现一致。此外，亦有研究表明：随机性和确定性的过程共同平衡了中国湖泊和水库以及美国北里奇兰的水井中的真核生物群落构建。随机性和/或确定性过程是否主导浮游生物群落的组装似乎受到环境异质性和地理空间差异的影响。然而，本研究中选择的城市湖泊往往具有相对较低的环境异质性和地理空间差异，这可能导致观察到的细菌和真核生物群落构建的差异。此外, 营养贫乏的环境有更多的确定性主导的群落构建, 而营养丰富的环境显示出更多的随机性主导的群落构建。这在所研究的城市湖泊的真核生物群落构建中可以清楚地看到。此外，不同的生态过程似乎主导了细菌与真核生物的群落构建，这也可能是由于它们的生活方式和细胞大小的不同引起的。细菌通常被认为是单细胞的，而许多真核生物是多细胞的。例如，透明菌类通常被描述为丝状真菌，产生极端分支的菌丝。一些真核生物（如丝状真菌和藻类）构成的细胞尺寸比细菌大得多，因此在无性状态下的扩散方式不同。然而，一些真核生物（如动物、昆虫和原生动物）可以通过使用脚、尾巴和鞭毛在水中主动移动，这使得它们能够相对容易地获得丰富的营养物质并逃离不利的条件（如高温、低氧、高盐度和捕食者）。中性过程和环境选择对微生物群落构建的相对贡献直接依赖于微生物的体型。细菌的环境约束随着藻华的加剧而增加，而真核生物的环境约束则随着藻华的加剧而减少。通常，真核生物具有复杂的细胞结构（如假肢），一些真核生物在水生食物网中占据相对较高的营养级。相反，细菌在水生食物网中占据相对较低的营养级（主要生活在生物膜中）。细菌和真核生物之间在代谢活动和扩散潜力方面的差异，可能导致细菌和真核生物在藻类大量繁殖加剧期间的环境约束发生不同变化。此外，物种替换也可以解释细菌和真核生物的环境约束的相反变化趋势，表明强烈的物种替换导致较弱的环境约束。

    细菌和真核生物的共现模式在时间上发生了变化，这与早期在太湖和南湖的细菌跨季节共存模式的研究结果相似。随着时间的推移，细菌和真核生物群落呈现出相反的互作模式，分别是潜在拮抗作用的减少和增加。这种模式的发生与环境约束对细菌与真核生物的相反影响是平行的。这一现象可能意味着环境约束和潜在拮抗作用之间的密切联系。一些真核生物在水生食物网中占据相对较高的营养级，因此，恶化的水华可能加剧物种对食物和空间的竞争。营养物质（如碳、氮和磷源）可以通过微生物活动在沉积物和水之间进行交换，从而抵消浮游生物的营养不足。从共现网络中发现的一些核心物种，如Limnohabitans、Deinococcus和Acinetobacter，是碳和磷循环的重要参与者。从环境保护的角度来看，应通过改变核心物种的存在（如疏浚）来控制浮游生物的相互作用，以削弱群落的营养循环功能。

生物和非生物因素影响水体营养状态

浊度而不是浮游细菌和真核生物的多样性和丰度对所研究湖泊的水体营养状态显示出较大的影响，这与我们的期望相反。这一现象可能主要是由于浊度影响了光线对水体的穿透性，进而影响了初级生产者（如蓝藻和绿藻）的光合作用和生物量。此外，浊度也会影响营养物质的有效性，进而影响细菌和真核生物群落。细菌和真核生物都可以消耗可用的营养物质，而营养限制增加了细菌和真核生物之间对营养物质和有限的生存空间的竞争。因此，营养限制会影响浮游生物的丰度、群落组成和功能。虽然营养物质可以从沉积物中释放到水中，但这种补充可能无法满足短时间内大量细菌和真核生物种群的生活需求。考虑到细菌16S rRNA基因和真核生物18S rRNA基因的多拷贝性，qPCR的局限性可能影响水体营养状态与细菌和真核生物丰度之间的联系。未来的研究将通过使用新技术（如飞行时间质谱仪）精确量化浮游生物丰度和水体营养状态之间的关系。了解影响水体营养状态的生物和非生物因素对于制定有效的环境保护政策非常重要。从实际湖泊管理的角度来看，在藻华发展阶段应联合使用环境保护措施（如疏浚和镧系改性膨润土），以减轻或抑制藻华爆发。

结  论

总体而言，我们的测序数据集和统计分析首次揭示了恶化的藻华降低了城市湖泊的环境异质性。浮游细菌和真核生物在应对恶化的藻华时表现出分化策略，体现出物种替换、丰富度差异、环境约束和潜在的拮抗作用等方面随时间的推移而发生相反的变化。浊度对细菌和真核生物的丰度和多样性显示出显著的影响。浊度而非浮游细菌和真核生物的多样性和丰度对水体营养状态的影响更大。我们的研究结果扩展了我们目前对浮游生物对加剧的藻华的响应和浮游生物多样性维持机制的理解。这些生态学发现将有助于并指导环境保护政策的制定，以更好、更有效地缓解湖泊的营养状态。未来的研究需要在更多不同的湖泊中在较长的时间尺度上验证这些发现。

方  法

水样采集和理化性质

在2021年的藻华发育阶段（即4月、5月和6月），我们在中国武汉的12个浅水湖泊的代表性地点采集了27个表层（0-0.3米）水样（表S1；图S1）。使用万尊采水器共采集了81个水样，水样储存在无菌的聚丙烯水袋中，并立即保存在便携式冰箱中（约4℃）。通过5毫米的无菌纱布过滤，以去除可见物体（如树叶和小动物）。约100毫升过滤后的水样用于确定水的理化性质，其余水体再通过0.22微米的聚碳酸酯膜（Millipore公司，Billerica，MA，USA）过滤，沉淀用于分子分析。

水温、pH值、溶解氧、浊度和电导率是用便携式YSI Pro1020水质测试仪（Visal，美国）在现场测定的。我们根据标准方法和步骤测量水体总磷、可溶性活性磷、总氮、氨氮、硝酸盐氮、化学需氧量、钙、镁、铁和Chl-α的浓度。测定水体物理化学性质的详细描述在附件中进行了总结（补充方法1）。

用Chl-α、总氮、总磷和化学需氧量关键参数来计算城市湖泊的营养水平TLI，详细算法已在之前的报道中提到，也在补充资料中进行了总结（补充方法1）。环境异质性的计算是基于理化因子的差异，详细的描述总结在辅助资料中（补充方法1）。

分子分析

用PowerWater Isolation Kit（MOBIO，美国）按照制造商的说明提取浮游生物的基因组DNA。用NanoDrop 2000分光光度计（Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA）测量DNA的纯度和浓度。所有的DNA样品被放置在-80℃下。

通用引物338F（5'-ACT CCT ACG GGA GGC AGC A-3'）和806R（5'-GGA CTA CHV GGG TWT CTA AT-3'）被用来扩增针对V3-V4区域的细菌16S rRNA基因。通用引物Eu565F（5'-CCA GCA SCY GCG GTA ATT CC-3'）和Eu981R（5'-ACT TTC GTT CTT GAT YRA TGA-3'）被用来扩增针对V4区域的真核18S rRNA基因。使用ABI VIIA 7循环实时PCR系统（Applied Biosystems, Foster City, CA, USA）进行定量PCR，以确定细菌和真核生物的绝对丰度。扩增子测序是在Illumina MiSeq平台上进行的。原始序列在QIIME2和DADA2平台上运行，以获得去噪、无嵌合体、非单体的ASVs。在随后的分析中，测序工作是根据最小的样本序列数进行的，我们剔除了所有包含小于20个序列的ASVs。使用FastTree工具，根据基因序列建立细菌和真核生物的系统发育树。

数据分析

单因素方差分析被用来反映数据中的显著差异。采用Venn图、NMDS图和ANOSIM来评估浮游生物的成分变化，以揭示浮游生物的一般分布模式。我们计算了细菌和真核生物群落的以Bray-Curtis异质性为代表的分类距离和以β平均最近分类群距离（βMNTD）为代表的系统发育距离。此外，我们根据分类学（Bray-Curtis相似性）和系统发育（1-βMNTD）分析，评估了地理距离和群落相似性之间的DDRs。RDA被用来阐明物理化学因素对细菌和真核生物群落组成的影响。我们使用PERMAVONA评估每个测试的理化参数对浮游细菌和真核生物群落组成的纯影响。为了研究物种替代和丰富度差异对细菌和真核生物群落组成的影响，我们使用 "agricolae "和 "adespatial "软件包对基于Bray-Curtis差异的分类学β-多样性进行分解，并使用 "ggtern "和 "vcd "软件包进行可视化。

使用 "vegan "软件包中的 "mantel.correlog "函数，构建了Mantel相关图，以检验物种的显著系统发育信号是否出现在沿环境梯度的短系统发育距离上。采用零模型、中性模型和生态位宽度分析来评估浮游细菌和真核生物的群落构建。根据分类学（BrayCurtis-based Raup-Crick[RCbray]）和系统发育（β-nearest taxon index[βNTI]）多样性的差异，通过应用 "picante "软件包计算随机和确定性过程的比例。根据RCbray和βNTI来区分群落构建过程，包括同质选择（βNTI<-2）、变异选择（βNTI > 2）、扩散限制（│βNTI│< 2且RCbray > 0.95）、同质扩散（│βNTI│<2且RCbray<-0. 95），"未支配 "过程（│βNTI│ < 2 和 │RCbray│ < 0.95），确定性过程（│βNTI│ > 2），随机性过程（│βNTI│ < 2），同质化过程（同质化散布+同质化选择），以及异质化过程（变异选择+扩散限制）。关于这些生态集合过程的详细描述，以前有报道。我们计算了Levins的生态位宽度指数 "B "和群落级的B值（Bcom），其中大的Bcom值反映了良好的代谢灵活性。应用Sloan中性模型，通过评估迁移率作为 "m "值来估计随机性对群落构建的贡献。

基于显著性p值< 0.01，Spearman相关系数│r│> 0.6，使用Gephi v. 0.9.2 (https://gephi.org/) 软件对共现网络进行可视化处理。使用"plspm "和 "sem "包构建结构方程模型（SEM）。

引文格式：

Wenjie Wan, Hans-Peter Grossart, Donglan He, Wenzhi Liu, Shuai Wang, Yuyi Yang. 2023. “Differentiation strategies for planktonic bacteria and eukaryotes in response to aggravated algal blooms in urban lakes.” iMeta. e84. Available from: http://doi.org/10.1002/imt2.84

万文结（第一作者）

● 理学博士，中国科学院武汉植物园副研究员，硕士生导师

● 主要从事微生物地理分布格局与多样性维持机制，微生物多样性驱动的生态系统多功能，磷循环相关微生物分布特征与功能潜力等研究。现主持国家自然科学基金青年基金。以第一作者或通讯作者在Environmental Microbiology、Molecular Ecology、mSystems、Ecological Indicators、Water Research和iMeta等杂志上发表了26篇英文文章

杨玉义（通讯作者）

● 理学博士，中国科学院武汉植物园研究员，博士生导师，德国洪堡资深学者

● 主要针对长江和汉江等典型流域，探讨微生物在保障水生态环境安全和人类健康中的作用，阐明流域中风险耐药基因环境归趋，微生物群落的构建机制及其在元素循环和污染物修复中的作用机理。曾先后主持国家自然科学基金委项目和中国科学院青年创新促进会会员项目。担任Environmental Research副主编、Fungal Biology、Emerging Contaminants等期刊编委。以第一作者或通讯作者在Water Research、Environmental Science & Technology、Environmental Microbiology、Molecular Ecology、Environment International和Journal of Hazardous Materials等杂志发表50余篇英文文章，其中4篇入选“ESI top 1%高被引论文”

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第1卷第1期

第1卷第2期

第1卷第3期

第1卷第4期

期刊简介

“iMeta” 是由威立、肠菌分会和本领域数百位华人科学家合作出版的开放获取期刊，主编由中科院微生物所刘双江研究员和荷兰格罗宁根大学傅静远教授担任。目的是发表原创研究、方法和综述以促进宏基因组学、微生物组和生物信息学发展。目标是发表前10%(IF > 15)的高影响力论文。期刊特色包括视频投稿、可重复分析、图片打磨、青年编委、前3年免出版费、50万用户的社交媒体宣传等。2022年2月正式创刊发行！

联系我们

iMeta主页：http://www.imeta.science

出版社：https://onlinelibrary.wiley.com/journal/2770596x
投稿：https://mc.manuscriptcentral.com/imeta
邮箱：office@imeta.science