科研 | Water Research：過氧化氫對飲用水庫中天然浮游植物和浮游細(xì)菌的影響：圍隔尺度研究( 二 )

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圖2 120 h內(nèi)10 mg/L的H22對浮游植物生物量的影響是通過估計的葉綠素濃度。（A）藍(lán)藻，（B）綠藻（C）硅藻。3H2對浮游細(xì)菌的影響歸一化后，在每個樣本用32221個序列來描述細(xì)菌群落（補充表1）。樣本T3M5（72 h無H2）在DNA處理過程中丟失，無法分析。稀疏曲線表明所有樣品的細(xì)菌多樣性覆蓋率達(dá)到97-98%時達(dá)到飽和（補充表1和補充圖2）。樣本聚類顯示，對照組和處理組之間的平均相似度為60% ，差異為70-80%（補充圖3）。根據(jù)Shannon多樣性指數(shù)和豐富度估算，與對照組相比， H2在任何時候都不影響群落的豐富度（p = 0.07 ， F = 5.58）（補充圖4A），但在24 h和72 h時群落多樣性下降（p = 0.001 ， F = 63.51）。因此，加入H2后，細(xì)菌群落的組成發(fā)生了變化，但物種數(shù)量沒有減少。采用非度量多維標(biāo)度法（nMDS）對處理條件和對照條件下的樣品進(jìn)行排序。兩種條件下對應(yīng)的樣本分布較遠(yuǎn) ，不同采樣時間下對應(yīng)的處理樣本也被分離，每個重復(fù)在各自的時間內(nèi)分組（補充圖5）。添加H2后24 h和72 h采集的樣品比120 h采集的樣品更相似。這些差異通過雙向PERMANOVA處理與對照組（p < 0.001 ， F = 26.562）和24、72、120 h處理（p < 0.001 ， F = 4.516）之間的相互作用（p < 0.03）得到證實（補充表2）。 H2處理后，細(xì)菌群落的組成隨時間增加而變化（圖3）。原始群落主要由放線菌（21%）、藍(lán)細(xì)菌（20%）、浮霉菌（15%）和變形菌（11%）組成，其次是疣粒菌（9%）、綠彎菌（8%）和擬桿菌（7%）。隨著時間的增加，在對照中觀察到的變化很少。藍(lán)藻相對豐度在24 h（25%）和72 h（27%）增加，然后在120 h恢復(fù)到與初始豐度相似的值。放線菌的相對豐度在120 h內(nèi)持續(xù)下降，最終達(dá)到11% ，放線菌的相對豐度持續(xù)下降，而疣粒菌在最后時刻增加到21% 。相反，處理中浮游細(xì)菌的組成被完全改變。與對照相比，在120 h ， H22樣品中的浮游細(xì)菌的優(yōu)勢菌門分布不同，包括擬桿菌門（19%）、疣粒菌門（24%）以及變形菌門（26%）（圖3）。

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圖3 0 h、對照和處理（H22添加）24、72和120 h后細(xì)菌OTUs在門水平上的相對豐度。處理將藍(lán)細(xì)菌的相對豐度從T0時的20%降低到24 h時的1%和120 h時的7% 。藍(lán)細(xì)菌群落內(nèi)的OTU組成也受到H22處理的影響（圖4）。藍(lán)藻、藍(lán)絲藻和微囊藻是原始藍(lán)藻群落中的優(yōu)勢屬，分別占30%、27%和16%（圖4）。在對照組中以及到實驗結(jié)束，它們?nèi)匀皇侵饕膶?。在藍(lán)藻豐度急劇下降的處理水體中， 24 h時微囊藻占主導(dǎo)地位，占所有藍(lán)藻OTUs的60% ，而藍(lán)絲藻占20% 。從72 h到120 h ，微囊藻豐度分別降低，而藍(lán)絲藻豐度分別增加。處理后浮游生物的豐度仍然很低。因此，在實驗結(jié)束時，當(dāng)藍(lán)細(xì)菌群落豐度趨于增加時，群落組成與原來的不同（圖4）。

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圖4 以O(shè)TU為基礎(chǔ)的藍(lán)藻屬（條形圖）和藍(lán)藻門（線）的平均相對豐度（n = 3），黑線表示控制條件，黃線表示處理條件。為了突出相關(guān)的主要浮游細(xì)菌類群在對照和處理之間的差異，我們使用OTUs的相對豐度作為輸入進(jìn)行LDA和LEfSe分析。考慮到LDA評分（log10），臨界值為3.0 ，選擇了67個有助于區(qū)分治療和控制的OUT（補充圖6）。其中，在對照條件下最具代表性的類群是未分類的紅桿菌科（4%）和陸生微生物屬（3%）和藍(lán)藻浮游體（6-10%）、微囊藻（3%）、藍(lán)藻（3%）和擬桿菌（1%）（圖5 A-F）。處理條件下的優(yōu)勢屬為微小桿菌屬、耐球菌屬、副球菌屬和根瘤菌屬（圖5 G-I）。在24和72 h時，微小桿菌的相對豐度達(dá)到40-50% 。副球菌對應(yīng)于4- 9% ，而耐球菌的豐度為10% ，而在對照條件下或在時間0 h（T0）時，它們的豐度接近于零（圖5 G-I）。對照條件下占優(yōu)勢的類群包括分枝桿菌屬和未分類的梭桿菌屬、鈣粘桿菌科、氯桿菌科和纖維素科（補充圖6）。我們還選擇了在H2H22降解后的浮游細(xì)菌菌落組成。根據(jù)LEfSe分析，五個最相關(guān)的是黃桿菌屬（~15%），微小桿菌屬（~5%），未分類的叢毛單胞菌科（~3%），螺狀菌科（~3%）和突柄桿菌屬（~3%）（補充圖7）。

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圖5 根據(jù)LefSE分析，隨著時間的增加，在對照制或處理條件下異養(yǎng)細(xì)菌和藍(lán)細(xì)菌的主要屬的相對豐度。在對照條件下，主要OTUs對應(yīng)于未分類的異養(yǎng)細(xì)菌紅桿菌科（A）和陸生微生物（B），藍(lán)藻浮游體（C）、微囊藻（D）、藍(lán)藻（E）和擬桿菌（F）。在處理條件下，主要OTUs對應(yīng)于微小桿菌（G）、副球菌（H）和耐球菌（I）。根據(jù)SIMPER分析（補充表4），在每個采樣時間，我們選擇了導(dǎo)致對照和處理之間差異的主要OTUs ，并測試了它們與受H2處理影響的湖沼學(xué)參數(shù)（葉綠素組和非生物因素）的相關(guān)性（表2）。 CCA排序（圖6）顯示，控制條件分組的所有采樣次數(shù) ，包括T0 ，與該分組相關(guān)的主要湖沼參數(shù)為藍(lán)藻的渾濁度和葉綠素。渾濁度與4種不同藍(lán)藻OTUs呈正相關(guān) ，藍(lán)細(xì)菌（OTU16）（r = 0.84）、浮絲藻（OTU03）（r = 0.81）、微囊藻（OTU14）（r = 0.79）和尖頭藻（擬柱胞藻）（OTU21）（r = 0.76）和一種異養(yǎng)未培養(yǎng)的紅桿菌科（OTU02）（r = 0.75）。藍(lán)藻的濁度和葉綠素與一些異養(yǎng)細(xì)菌如分枝桿菌（OTU06）、根瘤菌（OTU09）、土壤紅桿菌（OTU10）和暖繩菌科（OTU28）呈正相關(guān)；與透明度呈負(fù)相關(guān)（補充表5）。作為H2在24 h的早期作用，透明度增加，藍(lán)細(xì)菌葉綠素減少，透明度與微小桿菌屬（OTU01）（r =0.77）、副球菌屬（OTU05）（r =0.8）和異常球菌屬（OTU08）（r =0.79）之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖6）。估計這三個OTUs與藍(lán)藻葉綠素呈顯著負(fù)相關(guān)（r分別為-0.71、-0.74和-0.75）（圖6和補充表5）。在72 h時，在不同實驗條件下透明性和濁度仍有顯著差異，與對照相比， H22樣品中的酸堿度、DOC和溶解氧有所降低（表2）。在處理過程中，微小桿菌屬（OTU01）、副球菌屬（OTU05）和異常球菌屬（OTU08）與透明度呈正相關(guān)（r分別為0.77、0.80和0.79），還有未分類的鞘脂桿菌科（OTU25）（r = 0.66）（圖6）。根瘤菌（OTU39）和黃桿菌（OTU42）與透光率呈正相關(guān)（r分別為0.66、0.73和0.6），與濁度（r分別為-0.65和-0.74）和酸堿度（r分別為-0.62和-0.80）呈負(fù)相關(guān) 。黃桿菌（OTU42）（

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