海洋层化是指海水因温度、盐度和密度等参数差异而形成的层次结构，通过塑造水体的垂向理化梯度，对海洋真核微生物多样性分布格局和群落结构产生重要影响。作为微食物网与生物地球化学循环的重要组分，海洋真核微生物在表层水体的多样性格局研究较多，但其在中深层的多样性分布规律、生态策略及群落构建机制仍缺乏系统认知；在复杂海流体系与海底地形驱动下，深层群落输运过程以及地形对真核微生物群落结构、连通性与稳定性的影响亟待深入探讨。目前扩增子测序技术已成为研究微生物多样性的核心手段，但不同的测序策略及数据分析流程对多样性评估结果的影响尚不清楚。

  本研究以大洋浮游纤毛虫为模式类群，首先优化了海洋真核微生物扩增子测序数据分析流程，明确了去除嵌合序列、过滤低丰度类群及可操作分类单元划分策略对多样性估计的显著影响，为后续研究奠定了可靠方法学基础。在此基础上，基于热带西太平洋31个站位、306个从表层至6000 m全水深环境DNA样本，研究分析了海洋不同水层中的纤毛虫群落垂向分布特征及其生态策略转换。结果显示，纤毛虫多样性随水深增加总体呈下降趋势，并在叶绿素最大层达到峰值。群落在200 m处呈现明显垂向分层，与温跃层深度高度一致。研究发现，200 m以深的寄生纤毛虫（寡膜纲和肾形虫纲）相对丰度和多样性显著上升，成为驱动深层群落结构变异的主要生物因子；真光层及2000 m以深水层的群落表现出显著的距离衰减模式，而200−1000 m的水层未观察到该模式，表明该水层群落相似性较高，可能受水团混合或扩散增强等物理过程的影响，而深层显著的距离衰减模式可能是由深层水团边界或海底地形诱导的异质性引起的。上述结果揭示了热带大洋不同层深的纤毛虫群落的垂直分布特点，以及垂向环境梯度和寄生策略对群落结构的调控作用。结合不同水层群落相似性差异及距离衰减模式，结果表明海流与海底地形可能通过影响水团混合与环境异质性，在深海微生物群落的水平与垂向分布格局形成中发挥重要作用。

  为明确地形对深海纤毛虫群落多样性分布的影响，本研究比较分析了西太平洋卡罗琳洋脊与雅浦—马里亚纳海沟交联区的复杂地形区域与周边深海平原的群落及其构建过程。结果表明，环境选择与中性过程共同驱动了群落构建，但二者的相对重要性因地形而异。在复杂地形区，环境选择促进种群扩张，群落表现为更高的物种和遗传多样性，但群落异质性降低。进一步分析表明，复杂地形区的深海群落生态位更宽且重叠度更高，共现网络中正相关关系增多，生物相互作用增强有助于维系群落稳定性；而深海平原则以中性过程为主，种群扩张受限，多样性较低但群落异质性较高。研究从种群到群落水平揭示了地形对深海纤毛虫群落的生态驱动机制，并在深海复杂地形环境中，对安娜·卡列尼娜原则（即环境压力增强通常导致群落异质性增加并趋于不稳定）在深海环境中的适用性进行了修正，即在深海复杂地形环境选择作用下，微生物群落异质性降低，而多样性和稳定性升高。

  在上述研究的基础上，通过整合Malaspina数据集与西太平洋全水深数据，从全球尺度验证了真核微生物多样性垂向递减及真光层—无光层明显分层的规律。结果显示，全球与西太平洋的海洋真核微生物多样性随水深增加而降低，但DNA与RNA多样性在垂向尺度上并非完全同步变化。在200−500 m的中层水中普遍呈现出较高的RNA/DNA比值和RNA多样性，暗示该水层为真核微生物代谢热点区；在中深层水体中，群落以混合营养型和异养型类群占优势，表明生态策略转换是海洋真核微生物对垂向环境梯度的重要适应机制。在1000 m以深的水体中，群落之间较高的相似性及部分活跃类群的广泛分布，提示水体之间可能存在跨区域的物质输运与生物扩散过程。这一研究结果从功能活性角度，阐释了群落生态策略转换驱动的群落结构垂向分层，同时提示深层流对驱动群落水平扩散有重要作用。

  南极绕极深层水及其上层分支—南极绕极上部深层水（UCDW）是南极向西太平洋输送深海生物的重要通道，但目前对于UCDW在西太平洋的流径路径仍有争议，更没有从生物视角开展解析。本研究利用真核微生物，研究了UCDW对西太平洋深海真核微生物群落多样性与扩散路径及其影响机制。结果表明，UCDW影响区群落表现出显著的高分类学和系统发育多样性，对深海整体生物多样性的贡献突出，并在跨海盆尺度上表现出较高群落相似性。本研究发现UCDW从马里亚纳海沟以东翻转，经雅浦—马里亚纳海沟交联区（YMJ）进入菲律宾海盆，形成两条潜在的扩散路径：一是经由2000−3000 m层深的直接扩散路径，二是经由海山效应驱动的500−750 m上升流路径。值得注意的是，作为瓶颈地形的YMJ并未阻断海盆间的群落连通，反而在群落输运路径上形成基因流最强、扩散限制最弱的通道区。研究强调了深层海流与地形协同作用在驱动深海微生物多样性与群落扩散连通中的重要作用。

  本研究从方法学优化、垂向分布到深海海流与地形驱动机制，利用大尺度全水深数据揭示了从海洋表层至深海的真核微生物多样性的水平和垂向分布特征及驱动机制。发现复杂地形驱动深海真核微生物群落构建机制导致更高的物种和遗传多样性，但更低的群落异质性。从真核微生物视角，揭示了南极绕极上部深层水在西太平洋的流经路径及其驱动的多样性与群落连通。为理解海洋真核微生物在生物地球化学循环及深海生态系统结构与功能中的作用提供了理论依据与数据支撑。

第1章 绪论... 1

1.1 海洋真核微生物概述... 1

1.1.1 海洋真核微生物的定义... 1

1.1.2 海洋真核微生物在深海碳循环中的作用... 1

1.2 海洋真核微生物多样性及分布研究现状.. 3

1.2.1 分子调查技术发展与全球海洋考察计划... 3

1.2.2 海洋真核微生物多样性格局及驱动因子研究现状.. 4

1.3 海洋层化... 6

1.3.1 海洋层化概述... 6

1.3.2 海洋层化对海洋真核微生物多样性及分布的影响.. 8

1.4 海洋真核微生物群落驱动因子与机制... 9

1.4.1 理化环境因子对海洋真核微生物群落结构的调控.. 9

1.4.2 海流对真核微生物群落的影响... 10

1.4.3 地形对真核微生物群落的影响... 11

1.5 研究目的与意义... 12

第2章 海洋真核微生物多样性研究方法评估与流程优化... 13

2.1 引言... 13

2.2 材料与方法... 15

2.2.1 研究区域与样品采集... 15

2.2.2 DNA和RNA的提取与扩增... 15

2.2.3 测序及数据分析... 15

2.2.4 砂壳纤毛虫的采集及形态鉴定... 17

2.3 研究结果... 18

2.3.1 嵌合体识别与筛选方法的比较分析.. 18

2.3.2 不同序列聚类相似度阈值的影响评估... 20

2.3.3 DNA和RNA高通量测序结果比较... 23

2.3.4 不同可操作分类单元的合并与筛选阈值的优化... 24

2.4 讨论... 25

2.5 小结... 27

第3章 热带西太平洋纤毛虫多样性及影响机制研究... 29

3.1 引言... 29

3.2 材料与方法... 31

3.2.1 研究区域与样品采集... 31

3.2.2 DNA提取、扩增与测序... 32

3.2.3 测序数据处理... 32

3.2.4 多样性分析... 33

3.2.5 环境因子相关性分析... 33

3.2.6 群落垂向联系与稳定性分析.. 34

3.2.7 微生物共现网络与网络稳定性分析.. 35

3.2.8 生态位分析... 35

3.2.9 群落构建过程... 35

3.2.10 单倍型分析... 36

3.3 研究结果... 36

3.3.1 纤毛虫多样性垂向分布格局及群落分层... 36

3.3.2 纤毛虫寄生类群相对作用转换... 41

3.3.3 群落构建过程的垂向变化... 43

3.3.4 纤毛虫垂向分布格局的驱动因素... 45

3.3.5 海底地形对纤毛虫多样性与群落结构的影响... 48

3.4 讨论... 55

3.4.1 海洋层化影响下的纤毛虫群落垂向分层结构... 55

3.4.2 非生物因子与生物因子共同驱动纤毛虫群落多样性垂向分布格局... 55

3.4.3 深海海底地形对纤毛虫群落的影响.. 57

3.5 小结... 59

第4章 全球与西太平洋真核微生物垂向分布格局与连通性研究... 61

4.1 引言... 61

4.2 材料与方法... 62

4.2.1 研究区域与样品采集... 62

4.2.2 DNA、RNA提取与扩增... 63

4.2.3 数据获取... 64

4.2.4 RNA/DNA活性比算法... 64

4.2.5 表层源ASV的划分... 64

4.2.6 冗余分析... 65

4.2.7 溯源分析... 65

4.2.8 群落连通性与PER-SIMPER分析... 65

4.2.9 指示种分析... 65

4.2.10 单倍型分析... 65

4.3 研究结果... 66

4.3.1 全球与西太平洋真核微生物多样性与垂向分布格局... 66

4.3.2 全球与西太平洋真核微生物垂向连通性及活性比较... 68

4.3.3 海流与地形驱动的海洋真核微生物多样性与连通性... 73

4.4 讨论... 83

4.4.1 中层水是真核微生物代谢热点区... 83

4.4.2 南极绕极水对西太平洋深海真核微生物多样性和连通性影响... 84

4.5 小结... 87

第5章 结论与展望... 89

5.1 结论... 89

5.2 创新点... 90

5.3 问题与展望... 91

参考文献... 95

附录一 2018-2019西太平洋航次采样信息... 113

附录二 西太平洋各水层纤毛虫多样性指数... 121

附录三 Malaspina项目编号与基本信息... 129

附录四 缩略语（中英文对照）... 135

致谢... 137

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果