南极半岛科林斯冰盖前缘不同水生态系统 浮游细菌指示物种研究取得进展

       浮游细菌群落结构功能一定程度上决定着水生态系统稳定性；细菌群落的物种组成、指示物种及其潜在生态功能可用来预测细菌群落对环境变化的响应。某些菌群具有一定的生境偏好性，如浮霉状菌(Planctomycetes)和硝化螺菌(Nitrospira)在硝酸盐和硫酸盐丰富的水生态系统中是核心类群；在南极半岛冬季表层水中的主要细菌类群为具有卡尔文循环碳固定和氨氧化能力的β变形菌(Betaproteobacteria)；在湖泊、海湾中，检测到硫代谢活跃的绿色硫细菌和紫色硫细菌；在南极Ace湖泊中光合放氧作用活跃的蓝细菌丰度更高; 研究确认，氨氧化古菌(AOA)与氨氧化细菌(AOB)的丰度比值可用来指示环境中N含量变化。浮游细菌对生境的指示作用长期受到关注和重视，成果丰硕，但在南极地区的相关研究略显不足。

       科林斯冰盖位于菲尔德斯半岛北部，总面积约15km²，冰盖前缘发育出一个典型的受气候变化影响的亚南极生态圈层：含初级发育的土壤、植被、湖泊以及受冰川融水影响的海湾；且该区域人类活动较频繁 （图1）。在日渐扩大，且快速变化的极地无冰区生态系统中，微生物类群在南极无冰区不同生态系统中的异同及其关联性、微生物类群的演变机制、微生物群落结构演替及其与生态系统稳定性的关系、微生物群落对水系连通性和异质性的指示作用等是冰盖前缘水生态系统研究中值得关注的科学问题。

图1、南极菲尔德斯半岛长城站附近无冰区典型生态地貌图（冰盖前缘裸露土壤、湖泊、以及海湾鸟瞰图）（拍摄：第34次南极长城度夏科考队）

       研究团队将中国第34次，35次，36次南极长城站度夏季科学考察期间获取的菲尔德斯半岛5个贫营养湖泊以及10个近岸海湾的水环境和浮游细菌多样性数据进行了分析。考察了夏季科林斯冰盖前缘的湖泊&海水生态系统的差异性和贯通性 (表1、图2)。与冰川前缘湖泊相比，海湾群落的丰富度和香农指数均有所降低（P < 0.05），且以变形菌(Proteobacteria)、蓝藻 (Cyanobacteria)和拟杆菌 (Bacteroidota)为主，而冰川前缘湖泊则以拟杆菌 (Bacteroidota)、放线菌 (Actinobacteria)和变形菌 (Proteobacteria)为主。两种水生境中浮游细菌群落结构差异主要受周转率影响。在海湾中发现的指示物种:极地杆菌属 (Polaribacter)和亚硫酸盐杆菌属 (Sulfitobacter)被认为更多参与硫循环。网络共现性分析显示湖泊较海湾的群落结构更复杂和稳定。研究确认浮游细菌群落主要由生态位塑形，尽管两类水生境间存在某种关联关系，具有相似的影响因子，但各自拥有特异的指示物种、多样性特征和共现网络。这些结果进一步加深了我们对两种典型水生生态系统中浮游细菌群落特征的理解。

表1  南极科林斯冰盖前缘两种不同水生境中的浮游细菌指示物种（⁽¹⁾ IndVal: Indicator Value, the association between species and sampling groups with a permutation test. ⁽²⁾ Significance code. **, P<0.01.）

图 2 冰盖前缘两种不同水生境的浮游细菌多样性及其共现性网络稳定性（Zhang et al., 2024）

       该研究成果发表在 Ecological Indicators（JCR1 区，环境科学）上，第一作 者和通讯作者单位为中国极地研究中心（中国极地研究所），通讯作者为自然资 源部极地科学重点实验室罗玮研究员和中科院水生所毕永红研究员。本研究依托 南极长城生态国家野外科学观测研究站科考项目，特别感谢第 34、35、36 次南 极长城度夏考察队。

论文成果链接： 

Zhang CM, Li HR, Zeng YX, Ding HT, Wang B, Li YJ, Ji ZQ, Luo W*, Bi YH*, 2024. Characteristics of bacterial communities in aquatic ecosystems near the Collins glacial (Fildes Peninsula, Antarctica). Ecological Indicators. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.111788

来源：中国极地 研究中心（中国极地研究所）