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Fish predation risk alters the microbiota of Daphnia in the process of inducing its life-history defence traits 鱼类捕食风险在诱导水蚤生活史防御特征的过程中改变了水蚤的微生物区系

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-26 DOI: 10.1111/fwb.14235

Qi Liu, Hui Chen, Siddiq Akbar, Lei Gu, Yunfei Sun, Zhou Yang

宿主相关微生物群是宿主适应多变环境条件的重要媒介。然而，鱼类捕食风险是否会改变水蚤肠道微生物群的组成，同时也会诱导水蚤的生命史防御特性，目前仍不清楚。研究捕食风险对猎物相关微生物区系的影响，可能有助于我们从微生物的角度加深对诱导性反捕食防御的理解。本研究以大型水蚤为模式生物，研究了大型水蚤生命史中反捕食防御过程中水蚤肠道以及整个水蚤和培养基中微生物区系的变化。还评估了这些变化与发育阶段的关系。结果表明，捕食风险可同时诱导水蚤的抗捕食防御，并重塑相关微生物群的组成。水蚤的肠道微生物群对发育阶段和捕食风险都有反应。在捕食风险下，肠道微生物群的香农多样性随着发育阶段的不同而显著下降。在捕食风险下，伯克霍尔德菌科和黄杆菌科等优势菌的丰度降低，并随着发育阶段的增加而进一步降低。功能预测结果表明，捕食风险的存在主要削弱了大菱鲆肠道中微生物的整体功能，尤其是代谢功能。微生物功能的削弱在性成熟期最为明显。此外，在捕食风险条件下，水蚤整个肠道和解剖肠道中的独特操作分类单元数量明显高于对照组。根据筛选结果，盘尾丝菌属（尔闻科）可以明显区分有无捕食风险的解剖肠样本。本研究为水蚤微生物群的结构特征和功能作用提供了更多的见解，并从微生物的角度加深了我们对诱导性抗捕食防御的理解。此外，本研究还强调了诱导防御特征与微生物区系改变之间可能存在的复杂关联，这值得进一步研究。

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Nutrient conditions influence allelopathic capabilities of Ludwigia adscendens and other tropical macrophytes against Microcystis aeruginosa 营养条件影响 Ludwigia adscendens 和其他热带巨藻抗铜绿微囊藻的等位病理能力

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-16 DOI: 10.1111/fwb.14227

Darren Z. H. Sim, Maxine A. D. Mowe, Simon M. Mitrovic, Nikhil K. Tulsian, Ganesh S. Anand, Darren C. J. Yeo

在利用这些植物中至少一种植物的提取物证实其具有等位病理能力后，我们评估了特定营养物质在介导巨藻等位化学物质对已发现具有活性的巨藻的抑制作用方面的重要性。通过进行两组生长测定实验，我们旨在（i）评估六种不同热带大型植物在不同营养浓度下对目标蓝藻的等位能力，以及（ii）研究特定营养物质（即氮[N]、磷、碳酸氢盐和微量营养元素痕量金属）的可用性如何影响大型植物等位化学物质的抗藻效果。我们假设：(i) 巨藻提取物和渗出物对铜绿微囊藻的生长抑制作用会随着营养物质浓度的降低而增强；(ii) 降低特定营养物质（尤其是氮和磷的浓度）会增加铜绿微囊藻对巨藻等位化学物的敏感性。

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The effects of land-use change on semi-aquatic bugs (Gerromorpha, Hemiptera) in rainforest streams in Sabah, Malaysia 土地使用变化对马来西亚沙巴州雨林溪流中半水生昆虫（Gerromorpha，半翅目）的影响

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-16 DOI: 10.1111/fwb.14229

Martina F. Harianja, Edgar C. Turner, Holly Barclay, Vun K. Chey, David C. Aldridge, William A. Foster, Sarah H. Luke

1 引言自 20 世纪 60 年代以来，由于人类的影响，溪流已成为地球上最受威胁的栖息地之一（Dudgeon 等人，2006 年；Reid 等人，2019 年）。土地利用和气候变化、引进物种、过度捕捞、水坝建设和渠道化、污染物和微塑料污染都是溪流生态系统面临的主要威胁（Allan，2004 年；Hester & Gooseff，2010 年；Reid 等人，2019 年）。在集水区范围内，将森林转用于伐木和农业会造成侵蚀、沉积，并通过地表、地下和地下水径流的污染物输入改变溪流的营养循环（Hancock，2002 年；Sidle 等人，2006 年；Syers，1979 年）。这反过来又减少了许多溪流栖息类群的多样性或丰度，原因是失去了栖息地和食物供应（如落叶），以及水温升高、营养物和其他污染物浓度增加（Chopra 等人，2011 年；Lima 等人，1979 年）、河岸栖息地和溪流本身的变化所产生的更局部规模的影响也会直接影响溪流群落和条件。例如，在溪流边缘种植作物会降低河岸稳定性和河岸生境的复杂性，施用杀虫剂和化肥会增加溪流的化学输入（Corbacho 等人，2003 年；Tanaka 等人，2021 年；Wantzen & Mol，2013 年）。溪流周围树木植被的丧失也会减少遮荫，导致水温升高，从而改变水生物种的生长、存活和繁殖（Sweeney，1993 年）。相反，维护溪流边的林缘等做法可以缓冲溪流内的微气候条件、稳定河岸并过滤周围农业景观中的营养物质（Luke 等人，2019 年）。林缘还可通过落在水中的枯叶、木材和陆生动物等异源输入为水生物种提供资源（Chellaiah & Yule, 2018; Tank et al.）在东南亚，自 20 世纪 80 年代以来，伐木和森林转为农业用途（如油棕种植园）的规模显著扩大（Gibbs 等人，2010 年；Pendrill 等人，2022 年）。森林转为油棕榈种植已导致许多分类群的丰富度和丰度下降（Meijaard 等人，2020 年），生物量减少（例如，Turner & Foster, 2009 年），物种组成改变（Savilaakso 等人，2014 年）。尽管已知陆地环境会受到影响，水道也可能受到影响，但评估土地利用变化对东南亚淡水生态系统影响的研究相对较少（Dudgeon 等人，2006 年；van Klink 等人，2021 年）。然而，为数不多的研究表明，许多与淡水系统相关的森林物种会在栖息地改变后消失（Kano 等人，2019 年；Konopik 等人，2015 年；Luke、Dow 等人，2017 年；Mercer 等人，2014 年）。考虑到东南亚高度的生物多样性（Myers等人，2000年）以及大量易受环境变化影响的淡水物种（Strayer & Dudgeon, 2010年），该地区急需更多有关人类驱动的土地改造影响的证据。一般来说，它们在整个生命周期中都在水面上活动（Andersen, 1982），以各种水生和陆生物种为食，也被它们所食（Foster & Treherne, 1981; Spence & Andersen, 1994; Zimmermann & Spence, 1989）。这种适应性使这类动物很容易受到水体和周围集水区及河岸环境变化的影响。例如，水污染导致的表面张力变化会影响半水栖昆虫在水面上的活动，降低它们捕捉猎物和躲避捕食者的能力（Hall 等人，1985 年）。森林砍伐也可能会减少该类中某些物种产卵基质的垃圾供应（Bush & Hu, 2005; Sweeney, 1993），并减少虫子的猎物数量（Ceneviva-Bastos & Casatti, 2014）。其他地区的研究发现，半水栖昆虫对生境变化很敏感。例如，在巴西亚马逊河流域进行的研究发现，森林转换后，农业区半水栖昆虫的丰富度较低（Cunha 等人，2015 年；Cunha & Juen，2017 年），而在边缘森林被砍伐的巴西热带稀树草原溪流中，半水栖昆虫的群落结构也发生了变化（Dias-Silva, Brasil, Veloso, 等人，2020 年）。

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Issue Information - Cover and Ed Board 发行信息 - 封面和 Ed Board

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-15 DOI: 10.1111/fwb.14118

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Use of trait concepts and terminology in freshwater ecology: Historic, current, and future perspectives 淡水生态学中性状概念和术语的使用：历史、现状和未来展望

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-12 DOI: 10.1111/fwb.14230

Cayetano Gutiérrez-Cánovas, Rachel Stubbington, Daniel von Schiller, Rossano Bolpagni, Miriam Colls, Thibault Datry, Rafael Marcé, Daniel Bruno

1 引言近几十年来，淡水研究人员对基于性状的方法越来越感兴趣（Litchman & Klausmeier, 2008; Martini et al.）这种日益增长的关注反映了性状在从机理上理解淡水生态系统多个方面的潜力（Verberk 等人，2013 年），包括生物多样性对生态系统功能的影响（Hébert 等人，2016 年）、营养互作（Trophic Interactions）、生物多样性对生态系统功能的影响（Hébert et al、2016）、营养相互作用（Gutiérrez-Cánovas 等人，2021）、对自然和人为压力因素的响应（Belmar 等人，2019；Dolédec & Statzner, 2008）以及恢复措施的有效性（Dolédec 等人，2015；van Kleef 等人，2006）。与传统的分类学信息相比，基于性状的方法的一个主要优势是其能够识别支配群落结构和生态系统功能的一般规则和机制（Lavorel & Garnier, 2002; McGill et al.）其理由是，生物特征比分类学特征更有效地捕捉个体表现（McGill 等人，2006 年；Violle 等人，2007 年）、生态位（Devictor 等人，2010 年；Poff 等人，2006 年）、生物相互作用（Kraft 等人，2015 年）和功能作用（Dı́az & Cabido, 2001 年）的各个方面。因此，性状代表了一种连续的生态策略，证明了进化和生物物理的权衡（Díaz等人，2015年），进而影响灭绝的易感性（Cooke等人，2019年）。相对于分类方法，性状还能提高群落的时空可比性（Chakraborty 等人，2020 年；Dolédec 等人，1999 年；Kearney & Porter, 2009 年），因为它们在生态系统、区域和生命树中广泛共享（Carmona 等人，2021 年）。例如，不同生物的体型（即个体生物量）或元素含量（即化学计量性状）等性状可在不同生态系统和纬度梯度上进行比较（Beck 等人，2022 年；Moleón 等人，2020 年；Woodward 等人，2005 年）。然而，不同研究学科、生态系统和生物群体对性状概念和术语的使用不一致，会限制基于性状的方法所带来的益处（Dawson 等，2021 年；Kunz 等，2022 年；Martini 等，2021 年）。成熟的性状定义侧重于生物的表型特征，这些特征在个体水平上进行测量，并影响生物的表现（Violle 等人，2007 年）、对环境的反应（Mori 等人，2013 年）和/或生态系统功能（Lavorel & Garnier, 2002 年）。然而，各科学学科对这些互补定义的采用和发展各不相同，这可能会限制基于性状的方法所能取得的进展以及跨学科合作的潜力。例如，对淡水生态系统的研究通常侧重于环境梯度上基于性状的反应（Hamilton 等人，2020 年；Passy，2007 年；Townsend 等人，1997 年），而对哪些性状可解释淡水生态系统的功能、营养动力学和生物地球化学的调查却很有限（Lecerf 等人，2006 年；Vinebrooke 等人，2004 年；但见 Litchman 等人，2015 年和 Hébert 等人，2016 年）。此外，由于最初的研究重点是个体尺度特征和可遗传表型，因此在将性状概念扩展到微生物、群落生物、基因组特征和不可遗传性状时，出现了新的挑战（Dawson 等人，2021 年；Kremer 等人，2017 年；Lajoie & Kembel, 2019 年）。这种有限的概念和研究重点限制了目前基于性状的方法在淡水中的应用，凸显了澄清和调整性状概念以涵盖所有淡水生物群及其特征的必要性。淡水研究中使用的一些性状术语，如功能性状，是从植物生态学家那里借来的（Poff 等人，2006 年），反映了已经确立的概念。其他术语源于淡水研究，如生物和生态性状框架（Tachet 等人，2002 年；Usseglio-Polatera 等人，2000 年），而且还采用了更简单（如物种性状、性状；Townsend 等人，1997 年）或更细微的形式（如生活史性状；Verberk 等人，2008 年）。因此，在决定何时和如何使用这些术语以及它们是否代表可比较的概念和属性时，现有的各种术语库带来了困难。此外，这种术语的可变性可能与跨地理区域、研究学科和生物群体独立生成性状数据库有关（Maasri, 2019; Martini et al.

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The effect of microplastics on Daphnia fitness – Systematic review and meta-analysis 微塑料对水蚤体能的影响--系统回顾和荟萃分析

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-11 DOI: 10.1111/fwb.14228

Elisabeth Funke, Lukas Webb, Justyna Wolinska

1 引言自 1950 年以来，塑料产量一直在增长，导致塑料垃圾数量不断增加；据估计，2025 年塑料产量将达到 6 亿吨（Priyadarshini 等人，2022 年）。根据经合组织最近的一项研究报告（2022 年），在所有这些塑料中，只有 9%-11% 得到了回收利用。常用塑料不可生物降解，这导致了它们的累积和破碎（Barnes 等人，2009 年）。如果留在环境中，塑料会分解成更小的颗粒，称为微塑料（5 毫米；Thompson 等人，2004 年）和纳米塑料（100 纳米：基于欧盟委员会对纳米材料尺寸的定义；Mech 等人，2020 年），从而产生新的环境威胁。在大多数科学文献中，纳米塑料是指尺寸≤100 nm 的颗粒，我们将采用这一定义进行审查。不过，这一定义仍在争论之中，有时也会使用 1000 纳米的分界线（见 Hartmann 等人，2019 年）。除了环境中微/纳米塑料的破碎源之外，还有工业制造的塑料微粒，这些微/纳米塑料在化妆品和药品等各个领域的需求日益增长（Allan等人，2021年；Hernandez等人，2017年）。微/纳米塑料分布广泛，存在于陆地、空气、淡水和海洋环境中（Horton & Dixon，2018年综述）。虽然这些颗粒分散在不同的栖息地，但有相当一部分最终会进入水生生态系统，这些生态系统主要通过污水排放、雨水冲刷和大气沉降接收塑料颗粒的输入（Du 等人，2021 年）。令人惊讶的是，即使是原始和偏远的栖息地也不能幸免于微/纳米塑料的影响（例如，González-Pleiter 等人，2020 年；Materić 等人，2022 年）。为了更好地了解这种新出现的威胁的重要性，目前正在进行接触研究，涉及各种水生生物在不同浓度的微/纳米塑料中的情况。这些研究比较了暴露生物与在无污染（对照）条件下饲养的同种生物的适应性变量（Al-Thawadi，2020 年；Qu 等人，2023 年）。通过测试接触塑料可能产生的不良后果，这些研究为了解微/纳米塑料对水生生物的生态影响提供了宝贵的见解。具体来说，水蚤栖息在大多数常流淡水水体中，在水生食物网的营养结构中扮演着重要角色；它们是浮游植物最常见的食草动物，本身也为浮游鱼类提供食物（Lampert & Sommer, 2007）。水蚤易于实验，对环境变化反应迅速，因此成为生理学、生态学、毒理学和进化生物学的标志性模型（Ebert，2022 年；Lampert，2011 年）。这些特征包括周期性孤雌生殖，可以使用基因完全相同的后代，从而减少实验变异，使遗传效应和环境效应得以分离；世代时间短，可以进行短期实验和多代实验以研究长期效应；体型小，相对容易大量饲养；与其他淡水浮游动物物种相比，对环境压力（包括微塑料/纳米塑料）的敏感性普遍较高（例如，Saavedra 等，2019 年）；已知的基因组使其能够研究长期效应；与其他浮游动物物种相比，对环境压力（包括微塑料/纳米塑料）的敏感性普遍较高（例如，Saavedra 等，2019 年）；已知的基因组使其能够研究长期效应；已知的基因组使其能够研究长期效应；已知的基因组使其能够研究长期效应、此外，水蚤表现出非选择性滤食行为，消耗特定大小范围内的颗粒，通常最大为 70 μm（该范围可根据其体型大小而变化；Burns，1968 年），从而使其容易摄入微/纳米塑料、图 1）。Samadi 等人（2022 年）的综述文章提到了一项更早的研究，这是第一项关于微/纳米塑料对水蚤影响的研究：（Rosenkranz 等人，2009 年）。这篇 2009 年的文章没有在我们的文献检索中出现，因为它将测试的聚苯乙烯颗粒称为 "纳米颗粒"，而没有明确使用 "微塑料或纳米塑料 "一词。在过去的五年中，实验研究的数量显著增加（图 1），从而产生了大量有关该主题的可用数据。然而，由于实验方法差异很大，很难对研究结果进行综合。

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Algal- and soil-derived dissolved organic matter shapes bacteria-phytoplankton interactions in a high-altitude lake 藻类和土壤中的溶解有机物影响高海拔湖泊中细菌与浮游植物之间的相互作用

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-11 DOI: 10.1111/fwb.14225

Flavia Dory, Laurent Cavalli, Evelyne Franquet, France Van Wambeke, Benjamin Misson, Stéphane Mounier, Christian Martino, Benjamin Oursel, Thierry Tatoni, Céline Bertrand

例如，增加细菌对有机基质的矿化作用可能会增加浮游植物的营养供应，从而对浮游植物生物量产生积极影响（Li 等人，2014 年）。高海拔湖泊通常为低营养型（Catalan 等人，2006 年），位于林木线以上，流域面积小且植被稀少。因此，营养物质供应和 DOC 浓度通常较低，DOM 显示出更多的自生荧光特征（Bastidas Navarro 等人，2014 年；Sommaruga & Augustin，2006 年）。但融雪期或极端降雨事件后是个例外，此时湖泊中的 DOM 池以同源 DOM 为主（Miller & McKnight，2010 年；Perga 等人，2018 年；Sadro 等人，2011 年）。因此，高海拔湖泊可能会对 DOM 数量和质量的变化做出强烈反应，就像这些生态系统（尤其是高寒地区）当前的全球变化所预期的那样（Ejarque 等人，2018 年）。一方面，由于气温升高和极端降水事件更加频繁，预计高海拔湖泊的陆地 DOC 输入会增加（IPCC，2021 年；Moser 等人，2019 年）。另一方面，气温升高和与之相关的冰盖期缩短，以及大气中氮（N；Kirchner 等人，2014 年；Kopáček 等人，2005 年）和磷（P；Kopàček 等人，2011 年）沉积增加，可能会显著促进浮游植物的发展（Bergström 等人，2005 年、2008 年；Camarero & al、本研究旨在模拟气候变化情景下两种可预测的 DOM 增加机制：自生生产和异源输入。为了探索 DOM 的变化如何影响浮游植物与 Hbact 的关系以及浮游植物群落结构，我们对高海拔科尔德斯湖的天然浮游生物群落进行了 4 × 2 × 2 的全因子设计，对三个因子进行了操作：DOM（C-对照、葡萄糖、藻类裂解液、土壤提取物）、营养物质（不添加营养物质、添加无机氮和磷）和光照（光暗循环、黑暗）。我们对以下假设进行了检验：在寡营养高海拔湖泊中，Hbact 受可溶性有机碳和无机营养物质（氮、磷）的共同限制。这种共同限制将限制单独添加葡萄糖和单独添加无机养分的 Hbact 的发展，导致 Hbact 的生物量和产量较低。此外，由于藻类溶胞物理论上具有更高的溶解能力，因此添加藻类溶胞物后，预计 DOC 的消耗量、Hbact 的生物量和产量都会增加。浮游植物的生物量会随着微生态系统中无机营养物质供应量的增加而增加，这是直接富集或与 Hbact 相互作用的结果。浮游植物的分类和功能组成将根据不同的处理方法发生变化，当细菌猎物丰富（Hbact 生物量高）、光照和/或营养物质限制自养时（即：在黑暗和未富集条件下），混养型浮游植物的比例较高、在黑暗环境和未富集营养物质的处理中）。

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What determines mate choices? Heterospecific mating in Sympetrum dragonflies 是什么决定了交配选择？蜻蜓的异性交配

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-09 DOI: 10.1111/fwb.14226

Veronika Kornová, Eva Bílková, Petr Pyszko, Aleš Dolný, Stanislav Ožana

1 引言蜻蜓的配种行为与视觉刺激有关（Corbet，1999；Svensson等人，2007）。当具有相似交配信号的物种在同一地点同时繁殖时，可能会发生异性性相互作用（McPeek & Gavrilets, 2006; Verzijden & Svensson, 2016）。这种行为在亲缘关系密切或最近才分化的物种之间更为常见，是物种识别不完善和生殖隔离屏障发育不完全的结果（Kyogoku & Wheatcroft, 2020）。生殖干扰（RI）描述的是种间性相互作用导致至少一个相关物种的适应性降低的情况（Gröning & Hochkirch, 2008; Shuker & Burdfield-Steel, 2017）。这些相互作用包含许多类型的行为，包括信号干扰、异种竞争、错误的求偶、异种交配尝试、错误的雌性选择、异种交配、杂交和引种（Gröning & Hochkirch, 2008），发生在 10%以上的动物物种中（Mallet, 2005）。根据最近的研究，在最近分化的物种之间的二次接触中，生殖干扰比在长期共存的物种之间更有可能发生（Kyogoku, 2020）。当物种分布范围发生变化时，二次接触的概率会随着气候变化而增加，从而导致物种分布范围扩大，并在以前的同域物种之间形成新的同域重叠区。在大多数情况下，由于气温升高，物种的分布会向高纬度和高海拔地区转移（Chen 等人，2011 年；Nava-Bolaños 等人，2019 年；Ramalho 等人，2023 年）。一些研究表明，经过长时间的异地同栖后，同域物种会失去区分物种的能力，从而导致二次接触后异种交配和杂交的增加（Wellenreuther 等，2010 年）。生殖干扰也可能与生物入侵有关（D'Amore 等人，2009 年；Kondo 等人，2009 年）。物种分布的这些变化，无论是由气候变化、生物入侵还是其他原因引起的，都会对本地物种种群构成严重威胁，尤其是对地方性或濒危物种而言（Gröning & Hochkirch, 2008; Nava-Bolaños et al.RI 持续存在的一个原因是同域物种雌性之间的表型非常相似。这给雄性个体区分不同物种带来了挑战，导致雌性个体的表型差异有限（Drury 等人，2019 年）。共存理论之一认为，这些相互作用通过增加遗传多样性支持物种在当地共存（Gómez-Llano et al、以往的研究已成功地将蜻蜓和豆娘作为生物、生态和进化研究的模式生物，并用于监测气候变化的进化后果（Córdoba-Aguilar 等人，2023 年；Miguel 等人，2017 年）。蜻蜓是研究性进化的理想生物，因为它们有多种交配系统，可能表现出引人注目的领地行为和明显的交配过程（交配姿势被称为交配轮）。在蜻蜓目中，Gröning 和 Hochkirch（2008 年）报告并总结了几个生殖干扰的例子，包括异种竞争、异种交配尝试和实际的异种交配。异种交配在多个分类学层面都有报道，不仅经常发生在种间层面，也发生在不同属或科之间（Bick & Bick, 1981; Corbet, 1999; Miller & Fincke, 2004）。关于异种交配和杂交的研究主要集中在鞘翅目（Zygoptera）亚目，尤其是鞘翅目（Coenagrionidae）和桡足目（Calopterygidae）科（例如，Lorenzo-Carballa 等人，2014 年；Sánchez-Guillén 等人，2022 年）。在鞘翅目（Anisoptera）亚目，异种交配的例子主要见于 Libellulidae、Gomphidae 和 Aeshnidae 科（Bick & Bick, 1981; Corbet, 1999）。具体而言，前两个科在无尾目中发现的杂交个体数量最多（Córdoba-Aguilar 等人，2023 年）。

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Organic matter content and source is associated with the depth-dependent distribution of prokaryotes in lake sediments 有机物含量和来源与湖泊沉积物中原核生物的深度分布有关

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-08 DOI: 10.1111/fwb.14223

Dongna Yan, Zhisheng An, Eric Capo

1 引言生活在沉积物中的原核生物（即细菌和古细菌）在水生系统的有机物（OM）循环、碳固存和温室气体（如 CH4、CO2、N2O）排放方面发挥着至关重要的作用（Bardgett 等人，2008 年；Cavicchioli 等人，2019 年；Falkowski 等人，2008 年；Madsen，2011 年；Parkes 等人，2005 年）。尽管厌氧呼吸和发酵是湖泊沉积物中公认的原核生物过程，但对于栖息在沉积物中的原核生物群落如何促进湖泊生态系统的生物地球化学循环，仍有许多知识有待获取。对来自湖泊沉积物环境的原核生物群落的 DNA 特征进行高分辨率剖析，并测量控制它们的环境因素，可以大大增加我们对这些未被充分研究的生态系统的了解。最近，将基于测序的程序应用于保存在湖泊沉积物中的 DNA 记录（sedDNA）的发展表明，这是研究各种生物的多样性、组成和结构的时空差异的有力工具（例如，Barouillet 等人，2023 年；Capo 等人，2021 年）。因此，沉积物 DNA 代谢编码方法已被成功用于研究湖泊食物网异养原生生物（如 Keck 等人，2020 年）、真核微藻（如 Capo 等人，2017 年）、蓝藻（如 Picard 等人，2022 年）或绿硫细菌（Coolen & Overmann, 2007 年）等多个组成部分过去的变化。上述生物群体的一个共同特点是，它们中的绝大多数都需要氧气或光照才能生存，因此沉积 DNA 信号很可能代表了它们过去在淡水系统中的分布情况。相比之下，许多异养细菌和古细菌能够通过厌氧呼吸或发酵在脱氧沉积物中繁衍生息，某些类型甚至可以在较深的沉积物中生存（Møller 等人，2020 年；Parkes 等人，2014 年；Vuillemin 等人，2020 年）。这引发了关于沉积 DNA 原核信号是否充分反映了埋藏时的群落组成的争论（Ahmed 等，2018 年；Li 等，2019 年），或者沉积 DNA 信号是否偏向于埋藏后随着时间的推移而发展和存活的次表层生物圈（例如，Capo 等，2022 年；Han 等，2020 年；Pearman 等，2022 年；Starnawski 等，2017 年；Vuillemin 等，2018 年、2020 年）。在海洋沉积物环境中，地下生物圈一直是大量研究的主题，而在湖泊沉积物中显然缺乏类似的研究，这导致人们对原核生物沉积 DNA 信号有不同的看法。由于人们对湖泊生态系统中地下原核生物群落与沉积环境之间的关系知之甚少，因此有必要从这些沉积物记录中获取更多高分辨率的剖面图、尽管已经对淡水沉积物中原核生物的垂直分布进行了研究（即 Borrel 等人，2012 年；Kallmeyer 等人，2015 年；Liao 等人，2022 年；Thomas & Ariztegui，2019 年；Villaescusa 等人，2011 年；Vuillemin 等人，2013 年，2018 年；Wurzbacher 等人，2017 年），但很少有研究获得了足够的采样分辨率和长序列记录，以将其群落与沉积物的地球化学特征联系起来。例如，研究包括来自德国东北部一个寡中营养硬水湖的 30 厘米深度记录（Wurzbacher 等人，2017 年）、来自中国中部一个富营养化巢湖的 50 厘米沉积物岩芯（李等人，2019 年）、来自芬兰南部一个小型北方腐殖质湖泊的 26 厘米长沉积物岩芯记录（Rissanen 等人，2019 年）以及来自青藏高原东部湖泊的 45 厘米沉积物岩芯（Zhu 等人，2023 年）。这些记录支持之前的证据（Berner，1980 年），即细菌和古细菌群的组成随沉积物深度/年龄的变化而发生显著变化。表层沉积物主要由变形菌群、类杆菌群、扁孢菌群和极古菌群组成。相比之下，地表下沉积物则以特征不太明显的菌群为主，如氨基链球菌、氯纤毛虫、醋酸菌和 Crenarchaeota。尽管大多数沉积物记录中的原核生物群落组成存在公认的差异，但中国富营养化太湖的 30 厘米沉积物记录表明，沉积物样本中细菌群的组成似乎相对均匀，而古细菌群的组成则随沉积物深度的变化而变化（Ye 等，2009 年）。最近，Liao 等人（2022 年）沿约 230 厘米长、间隔 20 厘米的沉积物岩芯研究了富营养化洞庭湖的原核生物群落组成，结果表明细菌群的组成比古细菌群对沉积物深度的反应更敏感。总体而言，我们对淡水沉积物中次表层原核生物群落的了解大多局限于浅层沉积物，从而阻碍了我们从环境因素和过程方面对次表层生物圈组成的了解。来自海洋沉积物的证据表明，从表层生物圈到次表层生物圈的转换是由表层分类群的选择造成的，只留下一部分种群在能量有限的深层区域繁衍生息（D'Hondt 等人，2019 年；Starnawski 等人，2017 年）。表层沉积物中原核生物的环境选择与厌氧微生物呼吸所用电子受体的耗竭密切相关（例如，Parkes 等人，2005 年；Walsh 等人，2016 年）。事实上，与海洋沉积物一样，电子受体的可用性随着沉积物深度的增加而降低（Nelson，1997 年；Wurzbacher 等人，2017 年；Zhu 等人，2023 年），导致淡水沉积物中原核生物群落的组成出现与深度相关的分层。原核细胞沉积在沉积物中时的气候条件预计会影响沉积物地球化学条件（Møller 等人，2020 年；Orsi 等人，2017 年），但沉积在表层沉积物上并被长期掩埋的微生物可能会进一步改变原核生物种群本身的地球化学特征和丰度（Thomas & Ariztegui, 2019 年；Vuillemin 等人，2013 年）。沉积物原核生物群落的组成主要与沉积物岩性特征以及与过去环境变化相关的电子受体的可用性有关（Vuillemin 等人，2013 年）。此外，营养状态会影响氧化还原化学和有机物（OM）的来源以及沉积物中的其他成分，进而影响微生物群落（Han 等人，2020 年）。在其他环境因素中，盐度（Wang 等人，2018 年）、OM（Jørgensen 等人，2012 年；Wang 等人，2021 年）、污染（Li 等人，2019 年；Thevenon 等人，2011 年）和 pH 值（Ruuskanen 等人，2018 年）似乎会塑造沉积物原核生物群落。本研究的目标是：（a）研究原核生物群落的多样性、组成和结构如何随沉积深度而变化；（b）探索环境因素对群落的影响。我们使用了 93 个沉积层的高分辨率数据集，其中 16S rRNA 基因定量 (q)PCR 估计值和 16S 代谢编码清单均来自澄海湖（中国西南部）约 2 米的沉积岩芯。我们的研究为湖泊沉积物中的地下生物圈及其与环境因素和过程的联系提供了一个新的视角。

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Tolerance to drought and flooding events provides a competitive advantage for an invasive over a native plant species 对干旱和洪涝事件的耐受力使入侵植物比本地植物物种更具竞争优势

IF 2.7 2区生物学 Q1 Agricultural and Biological Sciences

Freshwater Biology

Pub Date : 2024-02-06 DOI: 10.1111/fwb.14221

Larissa Carrara, Dieison A. Moi, Bruno R. S. Figueiredo, Mark van Kleunen, Lindamir H. Pastorini, Mariza B. Romagnolo, Luiz A. Souza

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