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西藏横断山区溪流细菌beta多样性组分对气候和水体环境的响应
李明家, 吴凯媛, 孟凡凡, 沈吉, 刘勇勤, 肖能文, 王建军
生物多样性    2020, 28 (12): 1570-1580.   DOI: 10.17520/biods.2019390
摘要   (2737 HTML69 PDF(pc) (4442KB)(1365)  

理解沿环境或空间梯度的群落组成变化(即beta多样性)一直是生态学和保护生物学的中心问题, 且beta多样性的形成机制及其对环境的响应已成为当前生物多样性研究的热点问题。本文以西藏横断山区怒江和澜沧江两个流域入江溪流中的细菌为研究对象, 使用Baselga的beta多样性分解方法, 基于Sørensen相异性指数将细菌的beta多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分, 探究了细菌beta多样性及其分解组分随海拔距离的分布模式, 并且衡量了环境、气候和空间因子的相对重要性。结果表明, 两个流域中细菌的群落结构显著不同。两个流域的细菌总beta多样性和周转组分随海拔距离的增加而增加, 周转组分占总beta多样性的比例较大。气候和环境因子是两个流域中细菌总beta多样性及周转过程的重要预测因子, 并且所有的显著因子均为正相关, 其中环境因子中相关性最高的为海拔距离(R 2= 0.408, P < 0.001), 而气候因子中相关性最高的为年均温差(R 2= 0.417, P < 0.001)。方差分解结果暗示嵌套组分主要受空间扩散的影响; 总beta多样性和周转组分在环境较恶劣的澜沧江主要受环境过滤的影响, 而在环境较温和的怒江主要受空间扩散和环境过滤的共同影响。此外, 较为恶劣的环境条件会增加细菌的总beta多样性和周转率, 并且会形成更强的环境筛选作用去影响细菌群落的物种组成。我们的研究表明对西藏横断山区水体细菌多样性的保护需要从整个流域入手, 而非少量的生物多样性热点地区。



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图1 本研究在澜沧江和怒江的89条入江溪流的采样点。(a)研究区位于青藏高原东南部生物多样性热点地区。总共有37条采样溪流流入澜沧江(即澜沧江流域), 52条采样溪流流入怒江(即怒江流域)。NMDS图显示了两个流域中细菌总beta多样性(b)、周转组分(c)和嵌套组分(d)的差异。红色点和黑色点分别代表澜沧江和怒江流域的采样点。* P ≤ 0.05; ** P ≤ 0.01; *** P ≤ 0.001。
正文中引用本图/表的段落
青藏高原横断山区是世界生物多样性研究热点区域之一(Myers et al, 2000), 沿着横断山脉有三条相互平行的江(被联合国教科文组织列为世界遗产), 分别为怒江、澜沧江和金沙江。2014年10月, 我们对澜沧江和怒江流域的89条入江溪流进行了采样(图1a): 37条流入澜沧江, 52条流入怒江。尽管两条江在采样区域中是平行的, 但是该区域具有显著的气候差异: 比如, 澜沧江的降水量为420-718 mm, 年平均温度为11.2-17.6℃, 气候较为干燥和寒冷; 而怒江的降水量为632-1,021 mm, 年平均温度为14.2-22.2℃, 气候整体上表现为湿润和温暖。根据Wang等(2011)的方法进行样品采集, 每个采样点根据溪流的宽度分为5或10个横断面, 从每个断面的浅滩随机收集20块石头, 使用无菌海绵将石头表面的生物膜刮下后收集到采样瓶中, 然后立即将样品在-18℃冷冻。
青藏高原横断山区是世界生物多样性研究热点区域之一(Myers et al, 2000), 沿着横断山脉有三条相互平行的江(被联合国教科文组织列为世界遗产), 分别为怒江、澜沧江和金沙江。2014年10月, 我们对澜沧江和怒江流域的89条入江溪流进行了采样(图1a): 37条流入澜沧江, 52条流入怒江。尽管两条江在采样区域中是平行的, 但是该区域具有显著的气候差异: 比如, 澜沧江的降水量为420-718 mm, 年平均温度为11.2-17.6℃, 气候较为干燥和寒冷; 而怒江的降水量为632-1,021 mm, 年平均温度为14.2-22.2℃, 气候整体上表现为湿润和温暖。根据Wang等(2011)的方法进行样品采集, 每个采样点根据溪流的宽度分为5或10个横断面, 从每个断面的浅滩随机收集20块石头, 使用无菌海绵将石头表面的生物膜刮下后收集到采样瓶中, 然后立即将样品在-18℃冷冻。
在这两个流域共获得了10,843个细菌OTU。首先, NMDS图显示, 澜沧江和怒江流域中细菌的群落结构不同(图1b-d)。通过置换多元方差分析, 发现细菌总beta多样性和周转组分在两个流域中有极显著的差异(图1b, c, P < 0.001), 嵌套组分也有较为显著的差异(图1d, P < 0.01)。
在这两个流域共获得了10,843个细菌OTU。首先, NMDS图显示, 澜沧江和怒江流域中细菌的群落结构不同(图1b-d)。通过置换多元方差分析, 发现细菌总beta多样性和周转组分在两个流域中有极显著的差异(图1b, c, P < 0.001), 嵌套组分也有较为显著的差异(图1d, P < 0.01)。
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