附石生物營養(yǎng)質(zhì)量對干旱脅迫的響應(yīng)及機制

摘要：探討河流附石生物營養(yǎng)質(zhì)量對干旱的響應(yīng)及機制，為河流生物膜研究和對全球氣候變暖大背景下的脆弱水域保護提供科學(xué)支持?；谥舅岷突瘜W(xué)計量學(xué)2 種食物營養(yǎng)質(zhì)量指示方法，利用中宇宙控制實驗?zāi)M野外干旱情景，研究了干旱對附石生物營養(yǎng)質(zhì)量的影響，并從宏觀的附石生物膜藻類群落結(jié)構(gòu)和微觀的宏基因組技術(shù)2 個層面探索其影響機制。結(jié)果表明，干旱后多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）中的二十二碳六烯酸（docosahexaenoicacid，DHA）和二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）等含量減少；附石生物中磷（P）含量顯著減少（Plt;0.05），C/P、N/P增加。硅藻是附石生物膜中的優(yōu)勢類群，優(yōu)質(zhì)脂肪酸的生產(chǎn)者，富含EPA、DHA，干旱后硅藻密度和豐度顯著減少（Plt;0.05）?；诤昊蚪M分析結(jié)果，附石生物脂質(zhì)代謝通路中脂肪酸生物合成顯著減少（Plt;0.05），脂肪酸降解顯著增加（Plt;0.05），進而影響EPA、DHA的含量。干旱導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)資源營養(yǎng)質(zhì)量下降，進而可能對整個河流生態(tài)系統(tǒng)中消費者的生長和繁殖產(chǎn)生影響。研究結(jié)果從基礎(chǔ)資源碳質(zhì)量新視角為水生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的碳源及傳遞研究提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫；附石生物；脂肪酸；營養(yǎng)質(zhì)量；宏基因組

中圖分類號：X171.1；Q178.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-3075（2024）03-0021-11

河流生態(tài)系統(tǒng)為多種生物提供了寶貴的棲息地，在全球生物多樣性中扮演著關(guān)鍵角色（Butman etal，2016）。然而，由于氣候干旱，特別是在間歇性河流（intermittent rivers）中，持續(xù)的水流中斷和潛在的河流干涸現(xiàn)象普遍存在（Acu?a et al，2014；Datry etal，2014），這會影響河流食物網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，進而影響河流生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性（Colls et al，2019）。

高質(zhì)量的飲食對于消費者的體細胞生長、繁殖及其在食物網(wǎng)中的生態(tài)相互作用至關(guān)重要（Messag?er et al，2021）。在水生食物網(wǎng)中，藻類為消費者提供氨基酸和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty ac?ids，PUFA）等必需化合物，被認為是消費者的優(yōu)質(zhì)資源。生長在水下基質(zhì)上的生物膜主要由藻類組成，易在樹葉、木質(zhì)碎片和巖石的表面形成（Carles et al，2022；譚香等，2018），是河流食物網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，提供了重要的初級生產(chǎn)力（Boulton et al，2017）。特別是，由于PUFA 含量高，附石生物（epilithon 或pe?riphyton on rocks）被發(fā)現(xiàn)比陸地葉片能更好地支持河流食物網(wǎng)（Messager et al，2021）。長鏈PUFA 是水生消費者飲食質(zhì)量的一個日益重要的指標，其中二十碳五烯酸（EPA，20： 5 ω3）和二十二碳六烯酸（DHA，22：6 ω3）是無脊椎動物發(fā)育、繁殖和激素調(diào)節(jié)所必需的（Zhang et al，2024）。EPA 和DHA 含量高的硅藻被認為是消費者的優(yōu)質(zhì)飲食，而藍綠藻通常是低質(zhì)量飲食，因為它們?nèi)狈@些特定的PUFA（Zhang et al，2022）。微生物和藻類能夠在生長過程中吸收碳（C）、氮（N）、磷（P）等元素轉(zhuǎn)化為生物量（Yvon?Durocher et al，2015），然而在淡水生態(tài)系統(tǒng)中，N、P 通常是限制性養(yǎng)分，其可用性影響藻類的生長（Sanli et al，2015；Inomura et al，2022），為評估淡水生態(tài)系統(tǒng)的食物質(zhì)量提供了新視角（Williamson etal，2021）。

生物膜具有高度復(fù)雜性和可變性的特征，附石生物對維持水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要（Lampre?cht et al，2022），了解附石微生物群落結(jié)構(gòu)和功能變化是深入理解其對應(yīng)激環(huán)境響應(yīng)機制的關(guān)鍵。宏基因組技術(shù)在浮游生物（羅帥等，2022）和沉積物（曲穎等，2023）研究中得到廣泛應(yīng)用，但對河流附石生物膜的研究較少。因此，本研究通過室內(nèi)中宇宙實驗?zāi)M自然水體流動，結(jié)合脂肪酸含量和組成、藻類結(jié)構(gòu)、生態(tài)化學(xué)計量學(xué)、宏基因組等多項指標和方法，深入理解河流附石生物營養(yǎng)質(zhì)量對干旱的響應(yīng)及機制，進而為河流生物膜研究和對脆弱水域的保護提供科學(xué)支持。