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Environmental Research | 姚蒙课题组利用环境DNA方法揭示青藏高原冰川流域多类群生物多样性分布模式及群落构建机制

日期: 2023-01-09

受气候变化的影响,全球的冰川正在迅速消融,直接影响地球淡水资源供给、冰冻圈生态系统功能以及冰川生境的生物类群。然而,传统调查方法难以获得全面的生物多样性数据,因此尚不清楚冰川影响下水文连接的多种生境中不同生物类群的分布和组成变化。新兴的环境DNA(eDNA)方法利用分析生物释放到环境中的DNA检测生物分布和群落构成,极为利于在偏远地区和恶劣环境中进行无损伤性的生物多样性研究。

1. 海拔4700m以上的西藏第二大湖——纳木错

2023年1月5日,北京大学新葡亰8814网站是多少和生态研究中心姚蒙课题组与中国科学院大学王艳芬课题组合作在国际环境科学重要期刊Environmental Research发表题为Multi-group biodiversity distributions and drivers of metacommunity organization along a glacial–fluvial–limnic pathway on the Tibetan plateau的研究论文。该研究采用多标记eDNA宏条形码(metabarcoding)方法,在青藏高原纳木错湖(Nam Co,西藏第二大湖,也是世界海拔最高的大湖;1)的尼亚曲流域开展研究,从其冰川源头,经上游溪流、中下游河流及湿地,到入湖的河口地区进行全流域水样采集,探究四个生物类群(蓝细菌、硅藻、无脊椎动物、脊椎动物)的生物多样性分布、群落空间模式和构建机制(2)。

2. 研究设计及eDNA生物多样性检测结果。

通过扩增四个生物类群的特异宏条形码区段,结合高通量测序和生物信息学分析,共检测到869个OTUs(分子分类单元),其中包括119个蓝细菌、395个硅藻、269个无脊椎动物和86个脊椎动物OTUs。在α多样性上,四个类群的丰富度从上游到下游均呈显著增加趋势(3A);在β多样性上,尽管所有类群的群落组成相似性均呈现距离衰减模式(3B),但在脊椎动物中,这一趋势最弱。进一步对β多样性进行分解,结果显示不同地点的总β多样性主要由物种的周转(turnover)而不是嵌套(nestedness)来解释。

3. 四个生物类群的(Aα多样性和(Bβ多样性在流域内的变化

蓝细菌、硅藻和无脊椎动物群落组成与海拔、河宽、流速、电导率、总溶解性固体以及氨氮等环境因素显著相关,而脊椎动物群落组成仅与河宽显著相关(4)。

4.群落组成与地理和环境因子的相关性分析

研究进一步分析环境和空间等因素对群落建构的影响。方差分解分析显示,环境和空间因素在不同程度上分别影响了四个类群的群落组成。Sloan中性模型表明随机性过程对微生物群落组成有重要贡献(蓝细菌R2=0.77,硅藻R2=0.73),但对大型生物的重要性较低(无脊椎动物R2=0.21,脊椎动物R2=0.15)(5)。此外,修改后随机性比率(MST)分析同样支持了中性模型结果。

5. 基于中性模型的群落构建机制分析。

综上,该研究首次描绘了生活在冰川影响的不同水文连接生境中多种生物群落的详细数据。研究结果揭示了冰川流域中不同类群生物多样性分布模式的共性和群落构建机制的特性,显示了冰川河流生物的环境适应性和生境选择,并有助于全面预测世界冰川消融的生态影响。

本研究第一作者陆琪在纳木错冰川河采集水样

北京大学新葡亰8814网站是多少博士后陆琪为本论文的第一作者,北京大学姚蒙副研究员和中科院大学王艳芬教授为论文的通讯作者。北京大学新葡亰8814网站是多少博士研究生张思煜、中科院大学杜剑卿博士和研究生刘强对本研究做出重要贡献。该研究得到了青藏二次科考项目、科技部基础资源调查项目等的资金支持。

论文链接:Lu Q, Zhang S-Y, Du J, Liu Q, Dong C, Zhao J, Wang Y, Yao M* (2023) Multi-group biodiversity distributions and drivers of metacommunity organization along a glacial–fluvial–limnic pathway on the Tibetan Plateau. Environmental Research, 220:115236. https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.115236