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DNA显示潜在的有毒蓝藻随着气候变化而增加

  全球蓝藻水华的扩张已经严重威胁到水质、食物网和人类健康。当有毒蓝藻类群存在时,水华的不利影响更加严重。通过监测、卫星遥感和建模,蓝藻水华的发生规模和物候学已被广泛研究。研究普遍认为,人类引起的营养物质输入和气候变化是导致全球范围内蓝藻水华扩张的主要因素。然而,由于缺乏可靠的长期监测数据,对潜在的有毒蓝藻长期变化趋势及其驱动因素尚缺乏认识。 

  为了弥补长序列监测数据不足的问题,古湖沼学家利用保存在湖泊沉积物记录中的各种物理、化学和生物代用指标来重建长期环境压力对水生生态系统的影响。由于蓝藻通常不能作为微化石很好地保存下来,传统的显微镜技术难以揭示过去蓝藻群落组成的变化历史。近年来,沉积DNAsedaDNA)技术为重建蓝藻群落演替的长期动态提供了新途径。 

  研究基于在太湖蓝藻水华最严重的区域获取的沉积物岩芯,采用sedaDNA方法追踪了过去约100年内太湖蓝藻群落对气候环境变化的响应。首先,利用高通量测序技术重建了高分辨率的蓝藻群落结构的变化。其次,使用临界点分析方法确定蓝藻群落转变的时间和临界点,并分析相应阶段的群落特征。最后,通过与气候变化数据以及湖水营养监测数据对比,评估蓝藻群落变化与气候变化和营养条件的关系。 

  研究发现,太湖蓝藻群落的突变发生在1991年和2009年前后。蓝藻群落的网络分析揭示,在每个突变点之后,蓝藻群落逐渐变得更加复杂和不稳定。这一转变可能与1980年代以来潜在的有毒蓝藻类群(Microcystis spp.)丰度逐步增加有关。相关分析显示,温度和风速可能是蓝藻群落变化的主要驱动因素。近几十年来,气候变暖和风速减弱促进了太湖潜在有毒蓝藻类群的生长,这可能抵消了污染控制措施的积极效应。在未来气候变暖的背景下,富营养化湖泊中的有毒蓝藻水华可能更加严重,严重威胁水生生态系统和饮用水安全。 

  本研究由中国科学院南京地理与湖泊研究所、西藏大学、中国科学院青藏高原研究所、中国科学院水生生物研究所、美国北卡罗来纳大学教堂山分校以及加拿大女王大学等国内外六家单位合作完成。成果发表在国际权威期刊Water Research,第一作者为张继峰博士,通讯作者为施坤研究员。研究得到国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金优秀青年基金、青年科学家小组项目、湖泊与环境国家重点实验室开放基金等资助。 

  论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004313542201380X 

沉积物古DNA获取的太湖过去百年主要蓝藻类群变化及其与温度、风速的关系 


共现网络分析比较过去百年的三个阶段太湖梅梁湾蓝藻群落结构差异 


太湖梅梁湾蓝藻群落变化与气候和湖水营养状况对比 

研究进展