《Ecological and Evolutionary Physiology》：Rapid reshaping of stream microbial communities after typhoon events: Diversity, assembly processes, and resistance
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气候变暖加剧热带气旋频率和强度，研究其如何影响亚热带头溪流微生物多样性、群落组装及抗逆性。通过2023年台风Doksuri过境前后水与沉积物高通量测序，发现细菌群落稳定，真菌中子囊菌门及生防菌属（如曲霉属、青霉属、蜜环菌属）丰度显著增加，原生动物中石氏虫属富集，但α和β多样性总体未变。群落组装呈现更强的随机性，细菌抗逆性最高，真菌和原生动物更敏感，生态系统稳定性受微生物互作简化影响。本研究揭示小流域对强热带气旋的脆弱性及微生物群落对气候变化的响应机制。
王一青|何静辉|吴福忠|吴奇倩|潘燕|彭鑫|李子民|安楠楠|倪向银|岳凯
中国福建省福州市福建师范大学地理科学学院，教育部湿润亚热带生态地理过程重点实验室，邮编350117
摘要
气候变化正在增加热带气旋的频率和强度，然而这种极端事件如何影响源头溪流中的微生物多样性、群落组成和抵抗力仍知之甚少。本研究利用台风“多克苏里”来袭前后的水样和沉积物采样，结合高通量测序技术，探讨了其对亚热带源头溪流中微生物群落的影响。结果表明，细菌群落基本保持稳定，而真菌群落的结构发生了显著变化，其中子囊菌门（Ascomycota）以及曲霉菌（Aspergillus）、青霉菌（Penicillium）和克洛诺斯塔奇斯菌（Clonostachys）等机会性属的相对丰度增加。原生生物群落的变化较为轻微，台风过后Stokesia属的数量有所增加，但总体上的α多样性和β多样性基本没有变化。群落组装过程显示出所有微生物类群的随机性增强，尤其是真菌的扩散限制和生态漂变加剧。台风过后微生物间的相互作用简化，表明生物连通性减弱。细菌表现出最高的抵抗力，其次是真菌和原生生物。本研究强调了小型森林流域对加剧的热带气旋的脆弱性，并强调了微生物群落在气候变化背景下塑造群落组成和恢复力方面的重要性。
引言
预计气候变化将加剧极端气候事件的频率、强度和空间范围，从而威胁水生生态系统的功能[1][2]。在这些系统中，位于流域上游的源头溪流由于其独特的水文和生态特征，对偶发干扰特别敏感[3]。由于水量小、流经时间短、表面积与体积比高，水文和化学扰动可以迅速传播且缓冲作用小，导致立即产生生态响应[4]。陡峭的河道坡度和浅水深度以及有限的水文储存能力进一步放大了物理和生物地球化学波动，使得干扰信号在较小的河流系统中更易检测和追踪[2]。除了物理敏感性外，源头溪流还与周围的陆地生态系统紧密相连。外来有机物质和养分的集中输送直接调节了养分可用性、氧化还原条件和微生物栖息地结构，使这些系统对环境变化高度敏感[5]。微生物群落在源头溪流中的物质和能量循环中起着基础性作用。它们的快速代谢和高响应性不仅使它们成为干扰的敏感指标，也是生态系统功能（包括碳和氮循环、初级分解和养分循环）的关键驱动因素[6]。这些特征使得源头溪流中的微生物群落对于理解生态系统对极端事件的响应尤为重要。
台风是一种高强度干扰，能够通过强烈的径流、沉积物输送和养分输入迅速改变河流系统的水文、化学和物理条件，最终改变水分分布[4][7]，并调节关键的生物地球化学过程[5]。在源头溪流中，这些干扰整合了多种驱动因素，包括突然的流量脉冲、沉积物移动以及溶解性和颗粒性养分的激增，这些因素会施加选择性压力并改变栖息地条件[8]。极端流量通过底物冲刷、掩埋和浊度增加改变局部栖息地结构，同时影响氧化还原条件、氧气可用性和溶解有机物的化学质量[9]。这些非生物变化重塑了生态位的可用性和环境选择，有利于那些能够在易变底物上快速生长、耐受缺氧或渗透压应力以及能够附着或定殖在新颗粒上的微生物类群[10]。此外，洪水介导的传播和群落聚合引入了陆地和上游的微生物传播体，产生强烈的质量效应，可能在输入空间异质性时暂时使群落同质化或增加β多样性[11]。通过这些途径，台风有可能重塑微生物群落结构以及选择、扩散和生态漂变等组装过程之间的平衡[12]。
由于生活史特征和生态策略的差异，这种由干扰驱动的机制不太可能对所有微生物群体产生同等影响。细菌通常具有较高的扩散潜力、较短的世代时间和广泛的代谢可塑性[13]，能够快速响应台风脉冲，这可能包括组成变化和由质量效应及漂变驱动的短暂随机组装增加，随后在确定性选择恢复时重新排序[14]。相比之下，真菌通常依赖菌丝生长、孢子库和复杂颗粒有机物的降解[15]。这些特征可能通过抗性孢子或颗粒关联来缓冲短期水力干扰，但也可能导致组成恢复缓慢和分解途径的变化[16]。原生生物作为动态的自上而下调节者，对浊度、氧气条件和底物聚集的敏感性使其能够快速改变捕食压力，从而重塑细菌的丰度和特征组成，对生态系统过程产生连锁效应[17]。
以往的研究主要关注台风对水文动态和物理化学条件的影响，包括流量波动[18]、养分输入脉冲[19]和浮游生物群落的变化[20]。尽管越来越多的研究关注微生物的响应，如蓝细菌的快速恢复和从确定性组装向随机组装的转变[13]，但大多数研究集中在大型河流或下游区域。源头溪流微生物群落对台风干扰的响应仍知之甚少[21]。此外，现有研究往往孤立地考虑微生物群落，强调多样性模式或组成变化，但很少将群落组装过程和抵抗力作为恢复力的互补维度结合起来[22]。尽管细菌、真菌和原生生物在分解、养分循环和营养调节中扮演着不同的角色，但跨这些领域的比较研究仍然非常有限[23]。这种碎片化的理解限制了预测生态系统对日益频繁的热带气旋响应的机制框架的发展[24]。
本研究在中国东南部福建省三明市的亚热带森林流域的源头溪流中进行。2023年7月，台风“多克苏里”登陆中国东南部，这是近几十年来影响该地区最强烈的气旋之一，为研究微生物对复合水文气象强迫的响应提供了独特的机会[13]。为了更全面地了解微生物的响应，我们同时评估了细菌、真菌和原生生物的多样性动态、群落组装机制和抵抗力。我们提出了三个假设：H1，台风干扰改变了源头溪流中的微生物α多样性和群落组成，不同微生物群体的响应程度因生活史特征和生态策略的不同而异。具体来说，细菌的调整速度更快，而真菌和原生生物对干扰的敏感性更高；H2，台风事件后微生物群落组装从确定性过程转变为随机过程，因为强烈的干扰可能破坏了已建立的环境过滤和生物相互作用，减少了生态位驱动的选择，并增加了随机定殖和漂变的作用；H3，鉴于细菌在波动环境条件下的更广泛生理耐受性和快速种群更新，细菌群落对台风干扰的抵抗力高于真菌和原生生物群落。本研究深入探讨了极端气候事件如何重塑小型亚热带流域中的微生物群落，并为了解在日益加剧的干扰机制下源头生态系统的恢复力提供了新的见解。
研究区域
本研究在中国福建省三明市的福建三明森林生态系统国家观测与研究站（26°19′N, 117°36′E）进行。该站位于亚热带源头流域的上游，具有湿润的亚热带季风气候特征。海拔范围为250至500米，年平均降水量约为1600毫米，其中70-80%的降水发生在3月至8月之间，这与主要台风季节相吻合
群落组成和多样性
台风前后样本的细菌群落组成没有显著差异（图1A，D）。相比之下，真菌群落发生了明显变化。在门水平上，子囊菌门（Ascomycota）在台风事件后的相对丰度显著增加。在属水平上，包括曲霉菌（Aspergillus）、青霉菌（Penicillium）和克洛诺斯塔奇斯菌（Clonostachys）在内的几种真菌类群在干扰后显著富集（图1B，E）。对于原生生物，Stokesia属的数量有所增加讨论
台风引起的干扰通过物理和生物地球化学效应重塑了源头溪流中的微生物群落。观察到的真菌α多样性增加反映了由水流驱动的传播和资源脉冲促进的某些类群的短暂引入或激活。同时，组装过程向更高的随机性转变，中性模型拟合和βNRI值处于随机范围内，表明确定性选择和结论
台风干扰通过改变水文条件和群落相互作用重塑了源头溪流的微生物组，导致从确定性选择向更高随机性的组装转变。细菌群落保持了更高的抵抗力，这可能得益于功能冗余和快速更新，而真菌和原生生物由于依赖稳定的栖息地和营养联系而表现出更高的敏感性。与此同时，共现网络简化，CRediT作者贡献声明
王一青：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，方法学，数据分析，概念化。何静辉：方法学，数据分析。吴福忠：指导，资金获取。吴奇倩：指导。潘燕：指导，资金获取。彭鑫：指导。李子民：指导。安楠楠：指导，资金获取。倪向银：指导。岳凯：撰写——审稿与编辑，可视化，指导，资金
利益冲突声明
作者声明没有可能被视为潜在利益冲突的财务利益或个人关系。
致谢
K.Y.获得了福建省中央指导的地方科技发展基金项目（2023L3005）和国家自然科学基金（32271633）的资助。Y.P.获得了国家自然科学基金（32201342）和亚热带林业国家重点实验室（SKLSS-KF2024-02）的资助。F.W.获得了国家自然科学基金（32471713）的资助。N.A.获得了福建省自然科学基金的资助
