中科院 | Environ. Microbiol.：青海高原黑河上游浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

編譯：微科盟奇跡，編輯：微科盟木木夕、江舜堯。
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導(dǎo)讀浮游微生物在水生生物地球化學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，受多種因素的影響。本研究采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)青海高原黑河流域上游水體浮游細(xì)菌群落進(jìn)行了調(diào)查研究。結(jié)果表明，變形菌門（Proteobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和放線菌門（Actinobacteria）是該河段的優(yōu)勢(shì)菌門，硫單胞菌屬（Thiomonas）、酸性桿菌（Acidbacillus）、Acidocella、Rhodanobacter、酸性硫桿菌（Acidithiobacter）和Gallionella是該河段酸性礦井污水的自生菌。此外，總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和pH值與浮游細(xì)菌豐度顯著相關(guān) ，是浮游細(xì)菌空間分布的主要限制因素。 PICRUSt推測(cè) ，具有較高KOs豐度的主流微生物組合在萜類和多酮類代謝方面發(fā)揮重要作用，而具有較高KOs豐度的支流微生物組合則在免疫系統(tǒng)方面具有重要功能。本研究首次探討了黑河流域浮游細(xì)菌群落組成與環(huán)境因子的關(guān)系，為黑河流域水環(huán)境的健康有序發(fā)展提供了理論依據(jù) 。
論文ID
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文插圖

結(jié)果
1 環(huán)境描述8個(gè)采樣點(diǎn)的環(huán)境特征見表1 。除溫度、CODMn和As外，其他環(huán)境因子均保持一致， 8個(gè)采樣點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)顯著差異（Mann-WhitneyU檢驗(yàn) ， p ＞ 0.05）。地表水溫度為7.2℃~ 19.7℃ ， pH為8.27-8.45 ，屬弱堿性。在干流采樣點(diǎn)中， H3和H4的溶解氧（DO）水平較低（＜ 5.7 mg/L），而H3和H6的As水平較高（0.80 mg/ml）。主流采樣點(diǎn)CODMn濃度為1.6-4.08 mg/L 。除總氮（TN）（均超過(guò)1.5 mg/L ，地表水V類標(biāo)準(zhǔn)），汞（Hg）（均超過(guò)0.0001 mg/L ，地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)）以及高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）（均超過(guò)4 mg/L ，地表水III類標(biāo)準(zhǔn)）外，其他指標(biāo)均符合國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)II類水標(biāo)準(zhǔn)（GB38382 2002）。支流TN、TP和Cr6+水平普遍高于干流。綜合理化指標(biāo)結(jié)果表明，黑河上游干流水質(zhì)優(yōu)于支流水質(zhì) 。表1.不同采樣點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù) 。

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2 浮游細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)、豐富度和多樣性去除嵌合體后，從Illumina Miseq測(cè)序中共獲得556 188條序列。每個(gè)樣品的覆蓋率均超過(guò)99% ，說(shuō)明樣品中存在的大多數(shù)微生物種類都被鑒定出來(lái)了。稀疏曲線趨于飽和，表明測(cè)序深度足以支持后續(xù)的分析。表2列出的微生物多樣性指數(shù)包括群落豐富度指數(shù)（Ace ，Chao）和群落多樣性指數(shù)（Shannon ，Simpson）。兩種測(cè)量方法在主流和支流之間均未觀察到顯著差異（Mann-Whitney U檢驗(yàn) ， p > 0.5）。從圖1可以看出，各采樣點(diǎn)的群落多樣性指數(shù)是動(dòng)態(tài)分布的。 H2的群落豐富度和多樣性最大， Chao指數(shù)為2014.803 ， Shannon指數(shù)為5.529 。結(jié)果表明，黑河支流浮游細(xì)菌的總體豐度高于干流。表2.各采樣點(diǎn)微生物多樣性指數(shù) 。

本文插圖

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圖1.在門水平上，每個(gè)取樣的微生物類群組成。系統(tǒng)發(fā)育分類結(jié)果顯示，所有樣品中共有36個(gè)門，包括91綱、263目、441科和883屬。圖1顯示了不同樣本在門水平上的浮游細(xì)菌群落組成。在門水平上，在每個(gè)樣本中鑒定出36個(gè)不同的細(xì)菌門。在所有采樣點(diǎn)中，浮游細(xì)菌群落以變形菌門（Proteobacteria）和厚壁菌門（Firmicutes）為主，這兩個(gè)門的相對(duì)豐度分別為62.46%和20.07% 。另外兩個(gè)占有較大豐度的門為擬桿菌門（Bacteroidetes）（4.42%）和放線菌門（Actinobacteria）（4.40%）。變形菌門的平均相對(duì)豐度在主河道高于支流，而左圖分析顯示，主河道厚壁菌門的相對(duì)平均豐度（0.29%）明顯低于支流（29%）（圖2）。不同采樣點(diǎn)類的分布情況見表S1 。結(jié)果表明，最常見的類群為γ變形菌綱（43.84%）、桿菌綱（18.12%）和α變形菌綱（17.38%）。 γ變形菌綱是黑河上游水體最大的優(yōu)勢(shì)類群，其相對(duì)豐度最高，為8.12%-62.26% 。在屬水平上，利用熱圖分析了不同采樣點(diǎn)浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu) ，除H2外，其余采樣點(diǎn)均聚集在一起。如圖2所示， H3、H5、H6、H8菌株的優(yōu)勢(shì)菌種為硫單胞菌和酸化桿菌。 H5中硫單胞菌的相對(duì)豐度高達(dá)80.61% ， H6中硫單胞菌的相對(duì)豐度為32.55% 。 H6中酸化桿菌的相對(duì)豐度為51.92% ， H8中酸化桿菌的相對(duì)豐度為33.96% 。 H3中酸桿菌門的相對(duì)豐度為71.97% 。 H1采樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種為Rhodanobacter ，其相對(duì)豐度為29.56% 。

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