区分大尺度和小尺度上微生物扩散限制的微宇宙实验研究

Microbial ecologists have paid great attention to the importance of dispersal limitation. One of the core problems for the studies of microbial diversity distribution model, community assembly mechanisms and microbial biogeography is whether microorganisms suffer from dispersal limitation. However, many studies have shown different results. The possible reason is the studies didn’t consider spatial scale dependence of dispersal limitation. We plan to explore the problem of spatial scale dependence of dispersal limitation for microbial communities. We will obtain microbial species pool of a region by collecting air particles, choose two water samples whose environment conditions and microbial compositions are different, and then develop water microcosm experiments. We use high-throughput sequencing to detect microbial community composition, α and β diversity. We intend to study if microorganisms suffer from dispersal limitation under a natural immigration rate, and explore how dispersal strength influences environmental filtering and drift process at small scales; judge if microbes show “species pool dispersal limitation” at large sales. The study results will contribute to explore the scale dependence problems of dispersal limitation, illuminate microbial community assembly mechanisms, and provide microbial ecology basic theory with experiment tests.

扩散限制受到了微生物生态学家的极大关注。微生物是否受到扩散限制是微生物多样性分布模型、群落构建机制以及微生物生物地理学研究中的核心问题之一。但是，这个问题的研究结果并不统一，我们认为这是由于没有考虑到微生物扩散限制的尺度依赖性。本项目拟探究微生物扩散限制的尺度依赖性问题。以收集空气颗粒富集物的方式获得区域微生物物种库，并在实验区域选择环境条件不同且微生物组成不同的水体样品，开展水体微宇宙培养实验。用高通量测序技术检测微生物群落组成、α多样性和β 多样性。在小尺度上研究群落在微生物自然迁入速率下是否受到扩散限制，探究扩散强度如何影响环境过滤和漂变过程；在大尺度上判断微生物是否表现出“物种库扩散限制”。研究结果可以探索微生物扩散限制是否具有尺度依赖性，阐明微生物群落构建机制，为微生物生态学基础理论提供实验验证。

扩散限制受到了微生物生态学家的极大关注。微生物是否受到扩散限制是微生物多样性分布模型、群落构建机制以及微生物生物地理学研究中的核心问题之一。但是，这个问题的研究结果并不统一。本项目探究了临汾地区微生物扩散限制问题。收集长期不受干扰的建筑物上的微生物灰尘作为“微生物物种库”，并在实验区域选择环境条件不同且微生物组成不同的汾河水和龙祠水，开展水体微宇宙短期（培养13天）和长期（培养60天）“同质生物园实验”和“交互移植实验”。用高通量测序技术检测微生物群落组成、α多样性和β 多样性。研究了微生物群落在微生物自然迁入速率下是否受到扩散限制，以及扩散强度如何影响环境过滤和漂变过程。.同质生物园实验结果表明临汾地区短期培养汾河水和龙祠水，汾河水样的微生物在群落构建的过程中受到了扩散限制的作用，而龙祠水样的微生物在群落构建的过程中受到了环境过滤的作用，表明群落构建过程会随着所用水样的不同而不同；长期培养汾河水和龙祠水，汾河水样和龙祠水样均受到了扩散限制的作用，同时历史过程也会造成一定的影响。长期培养的微生物与短期培养的微生物的群落结构有很大差异，选用Unweighted Unifrac距离计算的两次样本之间的距离，得到相异系数，发现长期培养样本间距离明显减小，亲缘关系显著增加。整体上看，长期培养的微生物群落结构趋于一致化。交互移植实验表明短期培养的汾河水加灭菌汾河水、龙祠水加灭菌龙祠水、龙祠水加灭菌汾河水三种处理的微宇宙微生物在群落构建过程中由环境过滤和扩散限制共同控制，而汾河水加灭菌龙祠水微宇宙微生物受扩散限制的作用；长期培养龙祠水加灭菌汾河水的处理，微生物受到了扩散限制的作用，汾河水加灭菌汾河水、龙祠水加灭菌龙祠水、汾河水加灭菌龙祠水处理的微宇宙微生物受到了环境过滤和扩散限制的共同作用。研究结果可以阐明微生物群落构建机制，为微生物生态学基础理论提供实验验证。

内容获取失败，请点击重试