丹江口水库微生物群落特征及其与水质的关系研究

来源 :南阳师范学院 | 被引量 : 8次 | 上传用户:qixiannu
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湖泊微生物是水生态系统的重要组成部分,其能直接或间接地影响水生态系统的物质和能量循环。丹江口水库作为南水北调中线工程的水源区,其水质直接影响着沿途1亿多人口的饮用水质量,因此,对丹江口水库微生物群落组成进行长期监测具有重要的意义。但目前相关工作开展较少。本研究选取丹江库区库心、渠首、宋岗、黑鸡嘴和台子山5个不同生态点位,采用16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术对丹江口库区表层水体细菌、真菌及其表层沉积物细菌群落多样性进行分析,研究浮游细菌、真菌和沉积物细菌群落组成、分布特征,以期探明丹江口水库微生物群落生态组成及其影响因素。结合冗余分析(RDA)、Spearman相关分析等进一步探讨浮游细菌、真菌和沉积物细菌组成及其丰度与水质理化因子的关系,以期建立适宜于丹江口水库水质的生物指示方法,为丹江口水库水环境保护提供参考依据。主要结果如下:(1)2016年5月和2017年5月对库心、渠首、宋岗、黑鸡嘴和台子山5点位水质进行理化监测,结果表明两年间丹江口水库水体的水质总体较好。但由于存在农业面源、村镇生活污水等污染,造成总氮(TN)明显超标。除TN和高锰酸盐指数(CODMn)外,其他各项指标符合I或Ⅱ类水标准要求。以TN、总磷(TP)、CODMn、叶绿素a(Chl a)和透明度(SD)5个参数为指标按照卡尔森营养状态指数(TLI)对丹江口水库进行营养状态评价。2016年5月丹江口库区TLI指数介于40.1043.29之间,丹江口水库水体处于中营养状态,2017年5月丹江口库区TLI指数介于28.1633.00之间,其中库心和黑鸡嘴点位水质贫营养状态,渠首、宋岗和台子山点位处于中营养状态,丹江口库区水质处于良好或优秀状态。(2)2017年5月丹江口水库表层浮游真菌测定结果表明,主要由Ascomycota、Rozellomycota、Basidiomycota、Chytridiomycota、Zygomycota等5个门、294个属的真菌组成,表现出群落组成的丰富性。丹江口水库浮游真菌群落与环境因子的RDA分析表明水质污染指标溶解氧(DO)(R=-0.6728,P=0.002)、化学需氧量(COD)(R=0.5792,P=0.011)以及水体富营养化指标TN(R=0.6919,P=0.003)、Chla(R=0.9217,P=0.003)、CODMn(R=0.8899,P=0.001)显著影响浮游真菌分布。浮游真菌群落组成、多样性指数与水质理化指标Spearman相关分析表明TN、COD和DO影响最为重要。(3)2016年5月丹江口水库表层浮游细菌测定结果表明其主要由Actinobacteria、Proteobacteria、Bacteroidetes等27个门、336个属组成。浮游细菌群落与水质理化指标的RDA分析表明TN(R=-0.7522,P=0.001)、pH值(R=-0.9851,P=0.027)、COD(R=0.8254,P=0.035)和CODMn(R=0.7302,P=0.035)是影响浮游细菌分布的重要因素。利用浮游细菌相对丰度基于RMT方法构建分子生态网络,结果表明构建的网络满足无标度(scale free)、小世界(small world)、模块化(modular)以及层次性(hierarchical)网络特征。不同位点生态网络具有差异,其中TN含量高的台子山和黑鸡嘴点位浮游细菌网络结构模块内连通度(Zi)和模块间连通度(Pi)以及高于关键细菌(Key bacteria)数量其他样品。水质理化性质中TN、铵态氮(NH4+-N)、pH值、COD和DO可能对浮游细菌分子生态网络中细菌群落功能单元产生重要影响。(4)2017年5月对丹江库区表层沉积物细菌群落组成分析表明主要由Proteobacteria、Chloroflexi、Bacteroidetes、Verrucomicrobia、Nitrospirae等33个门和318个属组成,具有丰富的群落组成。沉积物细菌群落和理化指标RDA分析结果表明,pH值、TP和有机质(SOM)和NH4+-N能显著影响沉积物细菌群落组成。采用细菌群落功能预测软件PICRUSt对表层沉积物细菌群落进行分析,结果表明沉积物细菌功能主要涉及能量产生和转换、信号转导机制、氨基酸运输和代谢、细胞壁/细胞膜/膜结构的生物合成等24个基因功能家族,表现出功能上的丰富性。基因功能家族预测基因拷贝数趋势为台子山>宋岗>库心>渠首>黑鸡嘴。
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