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浮游细菌是湖泊生态系统的关键组成部分,它们对于污染物降解、水质净化、营养元素循环等均具有非常重要的作用。城区湖泊比郊区湖泊受到更多的环境扰动,从而表现出与城区人类活动相关的湖泊环境格局。城区湖泊中浮游细菌群落结构随湖泊环境改变而产生的变化将会影响城区湖泊的生态学功能。为了揭示城区湖泊浮游细菌时空动态,本研究主要以武汉城区湖泊中浮游细菌为对象,结合湖泊环境变量,研究了浮游细菌的时空分布特征及其与环境的关系。
首先,选择武汉市区6个营养水平不同的湖泊,即月湖、野芷湖、沙湖、墨水湖、南湖和东湖进行了浮游细菌群落的遗传多样性研究。在获取宏基因组DNA后,利用以16S rRNA基因为靶标设计的细菌通用引物进行PCR扩增,然后通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)获得浮游细菌群落DNA指纹图谱。进而通过UPGMA聚类分析和典型对应分析(CCA)对不同湖泊浮游细菌群落结构的差异及其与环境的关系进行探讨,结果显示浮游细菌群落组成具有明显的湖泊特异性。由于湖泊环境变量分析结果显示湖泊环境明显各不相同,表明浮游细菌组成与湖泊环境有明显关联。CCA分析结果清楚地显示了浮游细菌群落的空间分布模式,同时发现铵态氮、总磷、pH、水温等环境理化因子与浮游细菌群落显著相关(p<0.05)。同时我们发现不论湖泊的间距远近,相似的湖泊环境似乎会导致湖泊间浮游细菌群落结构趋于相似。
为了进一步研究不同浮游细菌亚类群及其与环境变化的关系,我们选择了水体中常见的8个细菌类群(alpha变形菌、beta变形菌、gamma变形菌、放线菌、拟杆菌、蓝细菌、厚壁菌、浮霉菌),对特定类群的遗传多样性及其与环境的关系进行了研究。利用细菌类群特异性引物扩增了先前选取的6个城区湖泊的宏基因组DNA,并进行DGGE分析,进而通过MDS和CCA对DNA指纹图谱数据进行了分析,结果显示8个细菌类群的生物地理分布格局与总细菌群落有所不同,总细菌群落较细菌亚类群呈现出更加明显的湖泊特异性生物地理分布格局,同时各个类群之间也存在明显差异。alpha变形菌、beta变形菌、拟杆菌、放线菌和浮霉菌具有较为明显的生物地理分布,但是其分布模式与环境变化模式不一致,这表明湖泊环境变量对细菌类群的影响不一样。gamma变形菌、蓝细菌、厚壁菌没有明显的生物地理分布,说明这些细菌类群在淡水湖泊生态系统中具有较高的稳定性。在武汉东湖的一周年研究中,beta变形菌、放线菌和蓝细菌相对于其他细菌类群呈现出更加明显的季节性分布,表明这三个细菌类群对季节改变具有更高的敏感性。不同季节的湖泊细菌亚类群在湖泊内的差异不大,这说明了湖泊内的地理隔离并不是影响细菌群落组成的主要原因。同时,各个细菌亚类群对于环境变化的响应模式也各不相同,与细菌亚类群动态显著相关的环境变量很可能暗示了该类群在淡水生态系统中的功能。