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湖泊水体富营养化程度日趋严重,水华暴发成为水体环境中的普遍问题。湖泊沉积物中营养盐的释放阻碍了富营养化问题的根本解决,沉积物中微生物对有机质的代谢对湖泊生态环境发挥着重要作用。本研究以富营养化严重的浅水湖泊为对象,研究了玄武湖微囊藻水华暴发及衰退过程中水体微生物群落的变化,对太湖贡湖湾、梅梁湾生态示范区外及其以内三个位点沉积物中微生物的分布进行了分析,以期为研究水华动态变化机制、了解湖泊富营养化机理提供线索。
采用微生物传统方法,对玄武湖水体中可培养细菌进行了分离鉴定,并通过变性梯度凝胶电泳技术(DGGE),对水体中细菌16S rDNA V3可变区的PCR扩增片段进行分离,分析了所得到的细菌群落特征DNA指纹图谱,并对其中的优势细菌进行16S rDNA序列系统发育分析。结果表明,玄武湖微囊藻水华期间水体内细菌主要属于3大类群,包括Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroides;水华暴发期,Firmicutes、Bacteroides、α-、β-、γ-proteobacteria分别占总数的31.25%、25%、18.75%、12.5%、12.5%,优势菌为16种,生物多样性高;水华衰退期γ-Proteobacteria菌群比例上升至50%,其次为Firmicutes和α-proteobacteria,分别占总数的33.3%和16.7%,水体内原有的Hydrogenophaga、Vogesella、Sphingomonas、Exiguobacterium等菌属消亡,优势菌种数减少至6种,但细菌数量增大;Pseudomonas与Bacillus在水华暴发和衰退期一直处于优势,但优势菌的种类发生改变;同一时期内,藻华相对密集的湖区优势菌种数相对较少,生物多样性相对较低.微囊藻水华暴发与衰退期水体中细菌群落的变化,可能与藻体聚集与消散而引起的水体中有机物浓度及形态等环境因子的变化有关,此外,藻体密集程度也可能对细菌群落生物多样性有一定影响。
采用变性梯度凝胶电泳技术对太湖梅梁湾生态示范区内、外以及贡湖湾三个位点沉积物中微生物群落垂向变化进行了分析,通过荧光原位杂交技术分析了三个样点沉积物中特定微生物类群的分布,并分析了沉积物理化因子对微生物群落分布的影响,所得结果如下:
(1)三个样点沉积物中微生物数量相当,约为0.5~1.5×1012个/g干重,沉积物中层(约10~30cm深度段左右)微生物数量高于表层及底层。贡湖湾沉积物上、中、下层微生物多样性差异明显,微生物群落优势种群数随着沉积物深度的增加先增加后减少,优势种群的功能地位处于动态变化中,厚壁菌门(Firmicutes),变形菌门(Proteobacteria),以及放线菌门(Actinobacteria)在沉积物中均有分布,此外还包含大量未知菌群;梅梁湾生态示范区外沉积物中0~25cm深度段微生物群落生物多样性高,优势菌群种数多,25cm以下深度段微生物群落生物多样性稍低,优势菌群种数少,沉积物9~25cm与35~45cm深度段微生物群落垂向分布较稳定,其他深度段中微生物群落垂向分布差异大;生态示范区内沉积物中微生物群落垂向分布较稳定,在沉积物0~30cm深度段与35~45cm深度段相邻各层沉积物微生物群落相似度均在50%以上,30cm深度的条件可能是微生物群落结构发生改变的关键因子;
(2)沉积物中β-,γ-变形菌较α-变形菌更占优势;古生菌在沉积物中广泛存在,其数量垂向变化较稳定;三个样点不同深度沉积物中均有蓝细菌分布,所占比例为4~20%,其中贡湖湾沉积物中蓝细菌数量及所占比例随深度增加而减小,梅梁湾生态示范区内蓝细菌在6~9cm深度沉积物中所占比例高于其他深度段,生态示范区外蓝细菌数量及所占比例在沉积物中随深度的增加呈上中下层三段式递减;
(3)氨氧化菌在梅梁湾表层及底层沉积物中数量及所占比例较高,在贡湖湾表层沉积物中数量及比例较高;亚硝酸氧化细菌数量及比例随沉积物深度增加而减小,底层沉积物中泉古菌数量及比例增加,可能在沉积物氨氧化过程中发挥重要作用。
(4)沉积物深度、氧化还原电位对微生物群落的组成与分布有负面影响,深度越大,氧化还原电位越高,越不利于沉积物中微生物生存;沉积物pH值高于7.5以上对沉积物微生物群落的组成与分布也存在负面影响。