Exploring the Microbial Mosaic: Insights into Composition, Diversity, and Environmental Drivers in the Pearl River Estuary Sediments  

探索微生物镶嵌：珠江口沉积物微生物组成、多样性及环境驱动因素研究  

来源：Microorganisms  

《微生物》  

 

摘要内容  

该研究分析了珠江口（PRE）及邻近陆架沉积物中细菌、古菌和真核生物的组成、多样性及分布模式，探讨了环境参数（如氧浓度、氮化合物、碳含量）对微生物群落的影响。研究发现，微生物群落结构主要受采样点位置和沉积物核心深度驱动，两者共解释了约67%的群落变异。不同站点和深度的沉积物特性（如有机质含量、氧化还原条件）导致特定微生物类群与化学参数（如C/N比、NH4+浓度）显著相关。尽管存在差异，各站点均存在优势类群（如细菌中的Gammaproteobacteria，古菌中的Bathyarchaeia）。P03站点的微生物多样性（三个类群）显著低于其他站点。

 

研究目的  

明确珠江口沉积物微生物群落的组成、多样性及环境驱动因素，为河口与沿海生态系统的健康管理提供微生物标记物和科学依据。

 

研究思路  

采样设计：在珠江口及邻近陆架选取5个站点（P02、P03、A01、A01b、A02），采集不同核心深度（表层1-3 cm、中层5-9 cm、深层10-25 cm）的沉积物样本。  

 

环境参数测量：分析溶解氧（O2）、孔隙度、NH4+、溶解铁（Fediss）、总氮（TN）、颗粒有机碳（POC）等理化指标。  

 

微生物分析：通过DNA提取、16S/18S rRNA基因扩增测序，解析细菌、古菌和真核生物的群落结构。  

 

数据关联：结合NMDS、PERMANOVA、LEfSe等统计方法，关联微生物群落与环境和空间因素。

 

测量的数据及研究意义  

环境参数（图2、5、8）：  

 

 

 

 

溶解氧（O2）和孔隙度：反映沉积物的氧化还原状态，影响好氧/厌氧微生物的垂直分布。  

 

NH4+和总氮（TN）：指示氮循环过程（如氨氧化、反硝化）。  

 

C/N比：区分有机质来源（陆源或浮游生物来源）。  

微生物多样性（图5）：Shannon指数显示细菌多样性最高，P03站点多样性最低，提示该区域环境压力显著。  

 

群落组成（图6）：  

 

 

古菌中Bathyarchaeia在近河口站点（如P02）占优，Nitrososphaeria在海洋站点（如A02）占优。  

 

细菌中Gammaproteobacteria为优势类群，深层沉积物中Desulfobacteria（硫酸盐还原菌）丰度升高。  

 

真核生物以SAR类群（如Alveolata）为主。  

 

研究结论  

站点位置和核心深度是微生物群落结构的主要驱动因素，分别解释33%-49%和11%-14%的变异。  

 

化学参数（C/N比、NH4+浓度）与特定微生物类群显著相关（如Desulfobacteria与高C/N比沉积物）。  

 

P03站点微生物多样性低且群落异质性高，可能与其混合砂泥沉积物（低孔隙度）的非稳态环境有关。  

 

古菌中的Nitrososphaeria（氨氧化古菌）在缺氧沉积物中仍占优势，可能具有非典型代谢功能。  

 

丹麦Unisense电极测量的溶解氧数据意义  

使用Unisense微剖面系统测量沉积物溶解氧（O2）的垂直分布（图2），其意义在于：  

 

氧化还原分层解析：明确沉积物中氧渗透深度（OPD），划分好氧与厌氧代谢区。例如，O2在表层（1-3 cm）较高，支持好氧微生物（如Nitrososphaeria），而深层（>3 cm）缺氧环境促进硫酸盐还原菌（如Desulfobacteria）活动。  

 

生物地球化学过程关联：O2梯度与有机碳矿化路径（如好氧呼吸→硫酸盐还原）直接相关，为理解碳、氮、硫循环的微生物驱动机制提供关键证据。  

 

环境压力指示：低氧条件（如夏季珠江口底层水体缺氧）可能通过影响沉积物O2供应，改变微生物群落功能（如反硝化效率），进而影响河口生态系统的健康状态。