富营养化湖泊中附着细菌与浮游细菌生态位转换研究

细菌是水生态系统中的重要组成部分，在有机颗粒物的分解和营养盐的再生等过程中起着十分重要的作用。目前对于浅水富营养化湖泊中附着细菌和浮游细菌群落特征、时空格局及两者之间的关系知之甚少。本研究以大型、浅水、富营养化湖泊- - 太湖为例，采用现代分子生物学技术与细菌分离培养方法相结合，通过野外调查、原位培养与室内模拟实验，研究太湖中附着细菌与浮游细菌的多样性、群落结构及时空格局，分析其时空演替的主导因子及其对富营养化的响应过程，验证细菌"生态位转换"的科学假设，探索附着细菌与浮游细菌群落间的联系。项目预期将阐明富营养化湖泊中附着细菌与浮游细菌群落演替规律，揭示附着细菌与浮游细菌相互转换的方式与途径，以及这种转换的生态学意义。研究结果可以丰富对浅水湖泊富营养化微生物学机制的认识，为进一步阐释富营养化水域中细菌的生态功能提供基础资料。

本研究以太湖为例，以栖息于大型浅水富营养化湖泊中的附着细菌与浮游细菌为研究对象，力图回答以下几个科学问题：1）在蓝藻频发的浅水富营养化湖泊生境中，附着细菌与浮游细菌的多样性和群落结构有没有时空演替规律？其主导因子是什么？2）附着细菌与浮游细菌群落结构对富营养化导致的蓝藻水华是如何响应的？ 3）附着细菌与浮游细菌之间是否存在相互转换？如果有的话，这种转换有什么生态学意义？研究结果表明：1）太湖附着与浮游细菌群落结构具有明显的季节演替规律，但空间差异不显著。附着细菌多样性高于浮游细菌。太湖附着细菌与浮游细菌的群落组成均以放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacterobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）为主。水温、硝氮、总悬浮物等是影响浮游及附着细菌群落结构演替的主导因子。2）死亡蓝藻残体可向水体快速释放大量溶解性的 N、P，使得附着和浮游细菌在短时间内爆发性增长，活性细菌的比例高达80%，分解藻类颗粒物，为水华的再次爆发提供营养盐。细菌碱性磷酸酶phoX编码基因丰度的显著升高可能是水体中磷再生的关键。而未完全死亡的蓝藻可缓慢释放溶解性的N、P，活性细菌比例维持在35%左右，同时碱性磷酸酶活性高，细菌分解矿化的营养盐迅速被新生蓝藻利用。蓝藻的死亡分解与新生蓝藻的生长交织在一起，共同维系着蓝藻占优势的系统。3）附着细菌与浮游细菌之间存在相互转换现象，尤其是在夏季。由于蓝藻水华的爆发，性质相似的有机颗粒物的降解过程中大量附着细菌得以爆发性地增长，而频繁的水动力扰动又加速了附着细菌从有机颗粒物脱落，进而进入浮游细菌行列；浮游细菌在碰撞过程中也可能会粘附到有机颗粒物上；此外，水体中有约5–70%的细菌具有运动能力，对有机颗粒物有很强的趋化性。这些因素综合在一起，最终导致附着细菌与浮游细菌在一定的条件下发生主动或被动的生态位转换。这种转换导致更多细菌参与有机质的矿化，进而加速营养盐循环速率，为蓝藻水华的维持提供物质基础。项目已发表SCI论文3篇，培养硕士研究生2名，获江苏省科技进步二等奖1项。