筑坝对长江上游微生物群落的影响研究

• 作 者: 汤琼
• 机 构: 重庆交通大学
• 出 处: 重庆交通大学
• 发表日期: 2021年01期
• 关键词: 淡水生态系统

微生物是地球上多样性最高的群体，几乎存在于地球上的任何环境中。浮游细菌在淡水生态系统中的物质和能量循环中扮演重要角色。浮游真核是水生食物网的关键组成部分，不仅作为有机物的生产者，也是细菌的主要消费者。沉积物细菌是作为淡水生态系统中水体和沉积物能量传递和养分输送的主要驱动力。目前的研究主要针对单类物种进行分析，对梯级大坝影响下微生物（浮游细菌、浮游真核和沉积物细菌）的生物地理分布以及群落的构建机制了解甚少。为了系统地认识大型河流中微生物群落结构及其特征，本研究选取中国第一大河—长江上游开展浮游细菌、浮游真核的同步监测；选取三峡库区中段，开展浮游细菌及沉积物细菌的同步监测，并基于高通量测序技术分析了包括浮游细菌/浮游真核，浮游细菌/沉积物细菌群落的时空分布、影响因素、种间互作及其群落构建机制。
　　主要研究结论分为以下两个部分：
　　（1）浮游细菌和浮游真核生物群落在生物地球化学循环中发挥着重要作用，然而在梯级水电开发影响下的大河中，浮游细菌和浮游真核生物群落的生物地理格局及其驱动过程尚不清楚。本研究采用16S rRNA和18S rRNA对长江上游浮游细菌和浮游真核生物群落样本进行了高通量测序分析。由于梯级大坝的影响，本研究将长江上游分为大坝影响区和河流区。结果显示：在两个区域间浮游细菌和浮游真核生物群落存在显著差异，大坝的存在使得细菌群落的α-多样性显著降低。共线性网络分析表明，河流区的网络比大坝影响区的网络更密集，浮游细菌的种间相互作用比浮游真核生物网络更复杂。大坝影响区中细菌群落的关键种数量明显减少，河流区在旱季时的关键种数量较多，主要为放线菌门、变形菌门和拟杆菌门。浮游细菌和浮游真核生物群落在大坝影响区的主要生态过程分别是扩散限制和生态漂变，而在河流区中它们的选择作用均有所增强。水力条件的变化影响了河流区的悬浮沉积物，从而影响了河流区的微生物多样性。这些结果表明，相比于浮游真核，浮游细菌对大坝的响应更加敏感，表明浮游细菌和浮游真核生物群落在大型河流中的分布格局和生态过程存在显著差异。
　　（2）细菌群落在水库生态系统的生物地球化学循环中起着重要作用。然而，在水库调度运行下，浮游和沉积物细菌群落的动态变化仍不清楚。利用Illumina MiSeq测序技术对三峡水库过渡区中细菌群落的时间分布规律进行了研究。结果表明，与浮游细菌相比，沉积物细菌对水库微生物群落的贡献更大，占总OTU（7434个OTU）的97%。水体中的Shannon多样性指数（3.22~5.68）普遍低于沉积物中的多样性指数（6.72~7.56）。在高水位时期（1月和3月），变形菌门、放线菌门、蓝藻菌门和厚壁菌门的丰度最高，而在低水位时期（5月、7月和9月），以变形菌门、放线菌门和拟杆菌门为优势菌门。沉积物样品以变形菌门、绿弯菌门和酸杆菌门为主。主成分分析表明，浮游细菌群落对月份变化的敏感性高于沉积物细菌群落。网络分析表明，与浮游细菌群落相比，沉积物细菌群落更为复杂和稳定。CH4/CO2比值、水位与甲烷氧化菌的相对丰度之间的线性关系，强调了三峡库区中段潜在的甲烷氧化过程。此外，优势菌门与流量之间的显著关系揭示了大坝调度对细菌群落的潜在影响。