基于高通量測序的冬季太湖竺山灣浮游細菌和沉積物細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性研究

薛銀剛,江曉棟,孫 萌,劉 菲,滕加泉,耿金菊,謝文理,張 皓

(1.常州大學環(huán)境與安全工程學院,江蘇 常州 213001; 2.江蘇省環(huán)境保護水環(huán)境生物監(jiān)測重點實驗室/ 常州市環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇 常州 213001; 3.長沙理工大學水利工程學院,湖南 長沙 410114; 4.南京大學環(huán)境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210023)

基于高通量測序的冬季太湖竺山灣浮游細菌和沉積物細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性研究

薛銀剛1,2①,江曉棟1,孫 萌3,劉 菲1,滕加泉2,耿金菊4,謝文理2,張 皓2

(1.常州大學環(huán)境與安全工程學院,江蘇 常州 213001; 2.江蘇省環(huán)境保護水環(huán)境生物監(jiān)測重點實驗室/ 常州市環(huán)境監(jiān)測中心,江蘇 常州 213001; 3.長沙理工大學水利工程學院,湖南 長沙 410114; 4.南京大學環(huán)境學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室,江蘇 南京 210023)

為了探究太湖竺山灣浮游細菌及沉積物細菌群落的結(jié)構(gòu)及多樣性變化,考察細菌與環(huán)境因子之間的生態(tài)耦合關(guān)系,基于16S rRNA基因的高通量測序技術(shù),研究冬季太湖竺山灣的浮游細菌和沉積物細菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性,對相對豐度排名居前10位的優(yōu)勢浮游細菌屬與pH值、溶解氧濃度、葉綠素a濃度、藻密度、總氮濃度和總磷濃度等環(huán)境因子進行冗余分析。結(jié)果表明,從門水平來看,水樣和沉積物中藍藻細菌門(Cyanobacteria)平均相對豐度均較高,分別為46.95%和22.19%;從綱水平來看,水樣中的優(yōu)勢細菌主要為未分類的放線菌綱(unidentified Actinobacteria)和未分類的藍藻細菌綱(unidentified Cyanobacteria),相對豐度分別為31.87%和30.46%,而沉積物中則主要為Chloroplast(14.34%)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria,10.97%)和硝化螺旋菌綱(Nitrospira,9.89%);從屬水平來看,水樣中微囊藻屬(Microcystis)占優(yōu)勢,其次為hgcI clade,沉積物中微囊藻屬和未分類的硝化螺旋菌屬(unidentifiedNitrospiraceae)占優(yōu)勢。通過研究發(fā)現(xiàn)水體中微囊藻屬相對豐度最高,且與藻密度、溶解氧濃度和pH值呈正相關(guān)。

太湖；竺山灣; 細菌群落; 高通量測序; 環(huán)境因子; 微囊藻屬

竺山灣是太湖西北部半封閉淺水湖灣,平均水深為2.0 m,水面面積為57.2 km2[1],涉及常州市武進區(qū)和無錫市馬山區(qū)、宜興市。由于大多數(shù)入湖河流主要位于太湖流域西部和西北部[2],導致竺山灣富營養(yǎng)化較嚴重。近年來,政府部門大力開展藍藻打撈、疏浚清淤、調(diào)水引流、水產(chǎn)及畜禽養(yǎng)殖取締遷移和建設(shè)污水處理管網(wǎng)等措施,連續(xù)十年實現(xiàn)2個“確?！薄５歉鶕?jù)長期監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn),與其他湖區(qū)相比竺山灣湖區(qū)水質(zhì)較差,藍藻水華仍頻繁發(fā)生。不少學者已經(jīng)研究了竺山灣藍藻暴發(fā)機理[3]、藍藻水華預警[4]、浮游植物分布、營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化和重金屬分布及生態(tài)風險評估[5-7],也分別對浮游細菌和沉積物細菌進行研究[8-9],但是對竺山灣浮游細菌和沉積物細菌同時開展研究的報道還較少。

已有研究者采用DGGE[10-11]、T-RFLP[12]和熒光定量PCR[13-14]等技術(shù)分析微生物群落結(jié)構(gòu)。近年來,由于擁有高分辨率且可以同時分析上百個樣品,高通量測序技術(shù)在生物群落結(jié)構(gòu)分析方面顯示出巨大優(yōu)勢,是研究細菌群落組成和豐度的重要工具[15],成為研究藍藻水華與微生物之間相互關(guān)系的新方法。一些學者利用高通量測序技術(shù)對高原淡水湖泊[16]、長江[17]和全太湖[18]細菌群落結(jié)構(gòu)進行研究,也有一些關(guān)于竺山灣的研究,如FAN等[19]采用Illumina測序技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)竺山灣沉積物中古菌與湖泛有關(guān),但利用高通量測序技術(shù)研究竺山灣細菌群落結(jié)構(gòu)的研究還鮮有報道。以往對于藍藻水華的防控主要集中在春夏兩季,但受到全球氣候變化等的影響,藍藻水華暴發(fā)時間在逐漸提前。因此,筆者基于16S rRNA基因高通量測序技術(shù)與多種統(tǒng)計分析方法,觀測太湖竺山灣在冬季(11月)藍藻暴發(fā)后浮游細菌和沉積物細菌群落的多樣性,并將優(yōu)勢浮游細菌屬與典型環(huán)境因子進行冗余分析(redundancy analysis,RDA),為探究富營養(yǎng)化水體中細菌群落結(jié)構(gòu)組成和對太湖藍藻水華進行早期預警提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與DNA提取

1.1.1樣品采集

于2015年11月在竺山灣水體的4個采樣點采集表層湖水和沉積物樣品(圖1),從北向南依次為雅浦港(YPG;31.449° N,120.075° E)、沙塘港(STG;31.433° N,120.035° E)、竺山湖南(ZSHN;31.373° N,120.036° E)和椒山(JS;31.340° N，120.076° E),其中，雅浦港和沙塘港屬河口區(qū)(HK),竺山湖南和椒山屬湖心區(qū)(HX)。分別使用直立式水質(zhì)采樣器和彼得森采樣器采集水樣和沉積物樣品。

圖1 竺山灣水體采樣點示意Fig.1 Sampling sites in the Zhushan Bay

1.1.2樣品處理

所有樣品采集后均保存在冷藏箱中,送達實驗室后立即進行預處理。將水樣通過0.22 μm孔徑的混合纖維素濾膜進行過濾,待濾膜完全堵住后,記錄過濾的水樣體積。沉積物樣品則放置于50 mL離心管中,以10 000 r·min-1轉(zhuǎn)速進行離心(離心半徑為12.3 cm),將分離得到的濾膜和固態(tài)沉積物浸沒于φ=50%的乙醇溶液中,并保存在-20 ℃條件下,用于后續(xù)的分析測試。

1.1.3樣品中DNA的提取

按照FastDNA Spin Kit for Soil試劑盒(MP bio,美國)說明書的步驟提取水樣和沉積物樣品中微生物DNA。使用NanoDrop 2000超微量核酸蛋白分析儀(Thermo Fisher,美國)對提取的DNA濃度和純度進行測定,并在-20 ℃條件下保存測定后的DNA樣品,用于后續(xù)的PCR擴增等分析。

1.2 16S rRNA基因高通量測序

1.2.1PCR擴增和純化

將提取的DNA樣品稀釋至20 ng·μL-1,每個樣品設(shè)4個平行。選用V1～V2保守區(qū)的引物對提取的DNA樣品進行PCR擴增,引物序列(5′—3′)如下:正向引物27F(A￣G￣A￣G￣T￣T￣T￣G￣A￣T￣Y￣M￣T￣G￣G￣C￣T￣C￣A￣G),反向引物338R(T￣G￣C￣T￣G￣C￣C￣T￣C￣C￣C￣G￣T￣A￣G￣G￣A￣G￣T)。PCR擴增體系包含0.25 μL的Ex Taq DNA,5 μL的10×Ex Taq Buffer,4 μL的25 mmol·L-1MgCl2,4 μL的dNTP,正向引物和反向引物各1 μL,2 μL的DNA模板和32.75 μL超純水。PCR擴增過程如下:98 ℃預變性5 min;98 ℃變性30 s,退火溫度50 ℃條件下反應30 s,72 ℃延伸40 s,共20個循環(huán);最后72 ℃條件下延伸10 min。PCR擴增產(chǎn)物用10 g·L-1瓊脂糖電泳儀進行檢測。將4個平行樣品的PCR擴增產(chǎn)物混合,用E.Z.N.A.TM Cylcle-Pure試劑盒(Omega Bio-tec Inc,美國)進行純化。純化后的產(chǎn)物用NanoDrop 2000超微量核酸蛋白分析儀測定濃度和純度。

1.2.2高通量測序數(shù)據(jù)分析

采用Illumina Miseq平臺(2.5.0.5版,USA)進行高通量測序(由江蘇中宜金大分析檢測有限公司提供)。測序結(jié)果采用Sickle(1.33版)和Mothur(1.35.1版)程序進行降噪處理后,以條序列最少的樣品為基準,采用Mothur軟件(1.32.1版)的“Sub.sample”命令從其他樣品中隨機抽取相同的條序列,統(tǒng)一測序深度。每個樣品在相同測序深度下采用Ribosomal Database Project Classifier(2.6版)處理平臺進行系統(tǒng)分類和注釋。處理后的數(shù)據(jù)采用Origin(9.0版)繪圖,采用R語言(3.1.0版)繪制熱圖和稀釋曲線并進行主坐標分析(principal coordinate analysis,PCoA)。采用Qiime軟件(1.7.0版)計算豐富度指數(shù)(Chao1和ACE指數(shù))、覆蓋度指數(shù)(Coverage指數(shù))和多樣性指數(shù)(Shannon指數(shù))[20]。采用CANOCO(4.5版)軟件對浮游細菌屬和環(huán)境因子進行冗余分析[21]。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化指標分析

竺山灣冬季4個采樣點水質(zhì)理化指標見表1。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)》[22],選擇總磷、總氮和葉綠素a進行湖泊營養(yǎng)狀態(tài)評價,2個河口區(qū)營養(yǎng)化水平為中度,2個湖心區(qū)為輕度。4個采樣點水樣均偏堿性,這是由于藻類大量繁殖造成的[23]。椒山藻密度最大,為48 798 mL-1,遠高于其余采樣點,可能是由于竺山灣冬季的主導風向為西北風,而椒山位于下風處,導致藻類在椒山集聚。

表1竺山灣水體理化指標分析
Table1Physico-chemicalpropertiesofthewaterintheZhushanBay

采樣點pH值藻密度/mL-1ρ(溶解氧)/(mg·L-1)ρ(葉綠素a)/(mg·m-3)ρ(氨氮)/(mg·L-1)ρ(硝態(tài)氮)/(mg·L-1)ρ(亞硝態(tài)氮)/(mg·L-1)雅浦港8 4030779 4612 10 3092 790 147沙塘港8 4855606 2813 41 1901 170 130竺山湖南8 1429909 387 20 2932 060 112椒山8 514879812 4212 20 1291 210 054采樣點ρ(總氮)/(mg·L-1)ρ(磷酸鹽)/(mg·L-1)ρ(總磷)/(mg·L-1)水溫/℃富營養(yǎng)化指數(shù)富營養(yǎng)化等級雅浦港3 960 1200 15614 8362 95中度沙塘港4 510 0580 08815 6861 33中度竺山湖南3 400 0680 08415 2856 89輕度椒山2 330 0470 09815 0058 22輕度

雅浦港和沙塘港為河口區(qū)樣點,竺山湖南和椒山為湖心區(qū)樣點。

2.2 測序結(jié)果分析

各個樣品的微生物序列統(tǒng)計結(jié)果見圖2。對竺山灣水樣及沉積物樣品中獲得的數(shù)據(jù)進行處理,得到有效序列總計327 591條,分類序列總計198 207條,其中水樣中有效序列數(shù)和分類序列數(shù)分別為181 433和136 725條,分別高于沉積物中有效序列數(shù)(146 158條)和分類序列數(shù)(61 482條)。

為了研究樣品的物種組成多樣性,對所有樣品的有效序列進行聚類,以97%的一致性(identity)將序列聚類成操作分類單元(operational taxonomic unit,OTU)[24],其中湖心區(qū)2個水樣中OTU數(shù)均低于河口區(qū),與水質(zhì)富營養(yǎng)化指數(shù)的比較結(jié)果相一致。但湖心區(qū)2個沉積物樣品中OTU數(shù)與河口區(qū)相比卻較高。

圖2 各樣品的OTU聚類和注釋Fig.2 OTUs clustering and annotation of each sample

對樣品進行隨機抽樣,以抽取的測序數(shù)據(jù)量與對應的物種數(shù)構(gòu)建稀釋曲線(圖3)。當隨機抽取的測序條數(shù)大于2 000時,8個樣品中的物種數(shù)趨于穩(wěn)定,說明測序量合理,能夠代表大多數(shù)的物種。

圖3 水樣和沉積物樣品的稀釋曲線Fig.3 Rarefaction curve of water and sediment samples

2.3 竺山灣細菌群落結(jié)構(gòu)

2.3.1門水平細菌

由圖4可知,水樣中平均相對豐度(46.95%)最高的細菌為藍藻細菌門(Cyanobacteria),相對豐度較高的有放線菌門(Actinobacteria,37.02%)、變形菌門(Proteobacteria,5.67%)和擬桿菌門(Bacteroidetes,4.09%),上述細菌在丹江口水庫[25]、賽里木湖[26]和滆湖[27]均有發(fā)現(xiàn)。其中,椒山水樣中藍藻細菌門相對豐度(86.32%)最高,是其他采樣點的1.8～3.3倍。SU等[8]發(fā)現(xiàn)在冬季藍藻細菌在水中的占比最低,而藍藻細菌通常為夏季太湖的優(yōu)勢細菌[28]。與夏季太湖竺山灣水體細菌群落的研究結(jié)果[29]相比,筆者研究中藍藻細菌在冬季已成為水樣中的優(yōu)勢細菌,或許能為藍藻暴發(fā)時間的提前提供預警和指示。

與水樣相比,沉積物中細菌多樣性較為豐富,除相對豐度較高的綠彎菌門(Chloroflexi,22.20%)、藍藻細菌門(22.19%)和變形菌門(21.32%)外,其他相對豐度較高的細菌有硝化螺旋菌門(Nitrospirae,9.89%)、酸桿菌門(Acidobacteria,7.26%)、放線菌門(4.10%)和芽單胞菌門(Gemmatimonadetes,2.60%),YE等[30]對冬季太湖沉積物細菌群落研究也發(fā)現(xiàn)上述細菌。已有研究表明變形菌門是太湖沉積物的優(yōu)勢細菌[31],可以參與環(huán)境中有機物的生物降解。相對豐度最高的綠彎菌門在沉積物中的作用尚未被完全認知,相關(guān)研究認為其功能與碳循環(huán)相關(guān)[32]。SHAO等[33]對太湖藻型區(qū)夏季和冬季沉積物研究均發(fā)現(xiàn)藍藻,但其并非優(yōu)勢細菌。而筆者研究中4個沉積物樣品中藍藻細菌相對豐度為10.77%～50.74%,為第2大優(yōu)勢細菌門,可見,藍藻細菌在冬季竺山灣沉積物中的相對豐度逐漸增大。

2.3.2綱水平細菌

對相對豐度居前10位的細菌進行綱水平的分類。由圖5可知,水樣中平均相對豐度(31.87%)最高的細菌為未分類的放線菌綱(unidentified Actinobacteria),相對豐度較高的主要有未分類的藍藻細菌綱(unidentified Cyanobacteria，30.46%)、Chloroplast(16.48%)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria,5.20%)、酸微菌綱(Acidimicrobiia,5.16%)和鞘脂桿菌綱(Sphingobacteriia,3.35%)。相對豐度最高的未分類的放線菌綱在4個采樣點中的排序為沙塘港(51.35%)gt;竺山湖南(37.83%)gt;雅浦港(28.67%)gt;椒山(9.62%)。值得關(guān)注的是,1種未分類的藍藻細菌綱在水樣中的相對豐度較高,其在椒山水樣中相對豐度最高,為80.15%,遠高于其他采樣點(10.13%～18.54%)。

圖4 水樣和沉積物樣門水平優(yōu)勢細菌分布Fig.4 Distribution of dominant bacteria in the water and sediment samples at the phylum level

圖5 水樣和沉積物樣綱水平優(yōu)勢細菌分布Fig.5 Distribution of dominant bacteria in the water and sediment samples at the class level

沉積物中平均相對豐度最高的細菌為Chloroplast(14.34%),其次主要有γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria,10.97%)、硝化螺旋菌綱(Nitrospira,9.89%)和厭氧繩菌綱(Anaerolineae,9.18%)。相對豐度居第1位的Chloroplast為藍藻細菌門下的綱,在雅浦港中相對豐度最高(44.15%),在其余采樣點的相對豐度為1.75%～8.49%。γ-變形菌綱是嚴重富營養(yǎng)化時太湖所具有的特征性種群[34],它的出現(xiàn)應引起重視。

2.3.3屬水平細菌

根據(jù)所有樣品在屬水平的物種注釋及豐度信息,選取相對豐度排名居前34位的屬,根據(jù)其在每個樣品中的相對豐度信息,從物種和樣品2個層面進行聚類,繪制成熱圖(圖6)。水樣中的優(yōu)勢細菌有微囊藻屬(Microcystis)(椒山水樣中相對豐度最高,為75.52%,沙塘港水樣最低,為0.28%,其余水樣為5.65%～15.31%)和hgcI clade(沙塘港水樣中相對豐度與竺山湖南水樣相近,分別為32.93%和32.06%,其余采樣點相對豐度為6.8%～20.7%)。微囊藻屬是導致夏季太湖水華暴發(fā)的主要物種[35],筆者研究中微囊藻屬在冬季已成為優(yōu)勢細菌,這為藍藻暴發(fā)時間的提前提供一定依據(jù)。hgcI clade屬于放線菌目下的屬,SUN等[36]發(fā)現(xiàn)河口水庫中同樣存在hgcI clade,且為水庫中的優(yōu)勢細菌,hgcI clade有很強的攝取碳水化合物和富氮有機化合物的遺傳能力[37],推測它參與水中碳循環(huán)和氮循環(huán)。

STG.W為沙塘港水樣,YPG.W為雅浦港水樣,ZSHN.W為竺山湖南水樣,JS.W為椒山水樣,STG.S為沙塘港沉積物,YPG.S為雅浦港沉積物,ZSHN.S為竺山湖南沉積物,JS.S為椒山沉積物。圖例中數(shù)字表示各個物種相對豐度經(jīng)過標準化處理后得到的Z值，即為樣品在該分類上的相對豐度和所有樣品在該分類的平均相對豐度的差除以所有樣品在該分類上的標準差所得到的值，Z值越大表示物種相對豐度越大，反之越小。

沉積物中的優(yōu)勢細菌有微囊藻屬(椒山和竺山湖南樣點中相對豐度較高,分別為7.56%和7.11%,沙塘港與雅浦港樣點相對豐度分別為3.74%和2.68%)和未分類的硝化螺旋菌屬(un-identifiedNitrospiraceae，雅浦港沉積物樣中相對豐度最高,為3.34%,竺山湖南最低,為0.89%,其余樣點為1.45%～1.75%)。與水樣相比,沉積物的優(yōu)勢細菌中含有與硝化作用相關(guān)的未分類的硝化螺旋菌屬。

2.4 樣品復雜度分析

2.4.1α多樣性分析

由表2可知,8組樣品的覆蓋度指數(shù)除竺山湖南沉積物樣(98.7%)外,其余均在99.0%以上,表明該次測序可以反映樣本的真實情況。通過Chao1、ACE和Shannon指數(shù)對各個樣品的細菌豐度和多樣性進行評估,發(fā)現(xiàn)沉積物中細菌平均豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)均大于水樣,說明沉積物中細菌豐度和多樣性均較高,與聚類分析結(jié)果一致?？芪牟萚38]通過對鄱陽湖細菌群落分析也發(fā)現(xiàn)沉積物中細菌豐度和多樣性均大于表層水體。綜合Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù),各樣點水樣中細菌多樣性大小依次為沙塘港、雅浦港、竺山湖南和椒山,河口區(qū)水樣中細菌多樣性大于湖心區(qū),這與河口區(qū)水樣富營養(yǎng)化指數(shù)大于湖心區(qū)的結(jié)果相一致,表明水體細菌多樣性與水體水質(zhì)有關(guān)。各樣點沉積物中細菌多樣性大小依次為竺山湖南、椒山、雅浦港和沙塘港,湖心區(qū)沉積物中細菌多樣性大于河口區(qū)。這可能是因為河口區(qū)受入湖河流水動力的作用使沉積物再懸浮的同時,向水體釋放大量營養(yǎng)物質(zhì),導致沉積物中細菌多樣性降低,水體中浮游細菌多樣性增加;而湖心區(qū)受入湖河流影響小,沉積物中細菌多樣性要大于河口區(qū)。

表2細菌群落的多樣性指數(shù)
Table2Diversityindexofthebacterialcommunity

樣品Shannon指數(shù)Chao1指數(shù)ACE指數(shù)覆蓋度指數(shù)/%YPG．W5 072115 167111 45199 8STG．W4 654138 231141 73399 6ZSHN．W4 754108 000104 44999 8JS．W2 08566 11167 44999 9YPG．S6 498300 154307 85599 5STG．S3 57039 00039 000100 0ZSHN．S7 222500 676457 44698 7JS．S7 402440 562440 64199 3

STG.W為沙塘港水樣，YPG.W為雅浦港水樣，ZSHN.W為竺山湖南水樣，JS.W為椒山水樣，STG.S為沙塘港沉積物，YPG.S為雅浦港沉積物，ZSHN.S為竺山湖南沉積物，JS.S為椒山沉積物。Chaol和ACE指數(shù)為豐富度指數(shù),Shannon指數(shù)為多樣性指數(shù)。

2.4.2β多樣性分析

采用PCoA分析研究樣品間的差異性。筆者研究中PC1貢獻值為43.34%,PC2貢獻值為21.02%,貢獻值總計為64.36%,可以用來解釋變量信息。各采樣點樣品主坐標分析結(jié)果見圖7。

STG.W為沙塘港水樣；YPG.W為雅浦港水樣；ZSHN.W為竺山湖南水樣；JS.W為椒山水樣；STG.S為沙塘港沉積物；YPG.S為雅浦港沉積物；ZSHN.S為竺山湖南沉積物；JS.S為椒山沉積物?！涌诔练e物樣；■河口水樣；◆湖心沉積物樣；●湖心水樣。

如圖7所示,水樣與沉積物樣品中除雅浦港外,其余水樣和沉積物樣品中的各自采樣點之間距離均較近,這可能是因為雅浦港在4個采樣點中富營養(yǎng)化水平最高,直接導致細菌多樣性增加,從而分別與其他采樣點水樣和沉積物樣品中細菌多樣性產(chǎn)生差異。從總體上看,水樣和沉積物樣品之間距離較遠,說明兩者細菌組成結(jié)構(gòu)差異較大,可能是由于湖面受風浪擾動較大,而湖底受風浪影響較小所致。

2.5 浮游細菌群落組成與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

環(huán)境因子對水體中細菌群落結(jié)構(gòu)有著重要影響[39]。選取物種相對豐度排名居前10位的屬與環(huán)境因子進行冗余分析,結(jié)果見圖8。

Chl a為葉綠素a；TP為總磷；PO43-為磷酸鹽；NO3--N為硝態(tài)氮；NO2--N為亞硝態(tài)氮；TN為總氮；NH3-N為氨氮；T為水溫。環(huán)境因子箭頭連線長短代表該環(huán)境因子對物種數(shù)據(jù)的解釋量，箭頭連線越長，解釋量越大，反之越小；物種箭頭連線長度代表該物種被解釋量，箭頭連線長度越長，被解釋量越大，反之越?。患^連線和排序軸以及箭頭連線之間的夾角表示兩者之間的相關(guān)性，夾角越小，相關(guān)性越大，反之越小。

微囊藻屬(Microcystis)相對豐度與藻密度、DO濃度和pH值呈正相關(guān);聚球藻屬(Synechococcus)與NO2--N濃度和TN濃度呈正相關(guān),而與藻密度和DO濃度呈負相關(guān);結(jié)核分枝桿菌屬(Mycobacterium)、新鞘脂菌屬(Novosphingobium)、hgcI clade、CL500-29 marine group和土壤桿菌屬(Sediminibacterium)與NH3-N濃度和水溫呈正相關(guān),而與pH值、DO濃度和藻密度呈負相關(guān)。筆者研究表明藻密度、DO濃度和pH值是冬季竺山灣水體中微囊藻屬的主要影響因子。因此,監(jiān)測藻密度、DO濃度和pH值等環(huán)境因子,對太湖藍藻暴發(fā)尤其是微囊藻屬引起的水華預警具有一定價值。

3 結(jié)論

基于16S rRNA高通量測序技術(shù)對太湖竺山灣浮游細菌和沉積物細菌群落結(jié)構(gòu)與多樣性進行研究,并選取屬水平優(yōu)勢細菌與環(huán)境因子進行相關(guān)性分析,得出以下結(jié)論:

(1)在水樣中,藍藻細菌門為門水平的優(yōu)勢細菌,可為今后藍藻水華暴發(fā)的預警提供依據(jù)。此外,其他門水平優(yōu)勢細菌的相對豐度從高到低依次為放線菌門、變形菌門和擬桿菌門。屬水平優(yōu)勢細菌主要為微囊藻屬和hgcI clade。

(2)在沉積物中,門水平優(yōu)勢細菌主要為綠彎菌門、藍藻細菌門和變形菌門,其他優(yōu)勢門類細菌為硝化螺旋菌門、酸桿菌門、放線菌門和芽單胞菌門等;屬水平優(yōu)勢細菌主要為微囊藻屬和未分類的硝化螺旋菌屬。

(3)竺山灣水樣中浮游細菌微囊藻屬相對豐度與藻密度、DO濃度和pH值呈正相關(guān),可為更深入研究微囊藻屬與環(huán)境因子的生態(tài)耦合關(guān)系,控制以微囊藻屬為主的太湖水華提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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薛銀剛(1981—),男,江蘇常州人,高級工程師,博士,研究方向為生態(tài)毒理學和生物監(jiān)測。E-mail：yzxyg@126.com

(責任編輯：李祥敏)

StructureandDiversityProfilesofPlanktonicandSedimentBacteriaCommunitiesintheZhushanBayofLakeTaihuinWinterBasedonHigh-ThroughputSequencing.

XUE Yin-gang1,2,JIANG Xiao-dong1,SUN Meng3,LIU Fei1,TENG Jia-quan2,GENG Jin-ju4,XIE Wen-li2,ZHANG Hao2

(1.School of Environmental and Safety Engineering,Changzhou University,Changzhou 213001,China; 2.Key Laboratory of Environmental Protection of Water Environment Biological Monitoring of Jiangsu Province/ Changzhou Environmental Monitoring Center,Changzhou 213001,China; 3.School of Hydraulic Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410114,China; 4.State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse,School of Environment,Nanjing University,Nanjing 210023,China)

In order to explore changes in community structure and diversity of the planktonic and sediment bacteria in the Zhushan Bay of Lake Taihu,and to investigate relationships between bacteria and environmental factors,researches were carried out on community structure and diversity of planktonic and sediment bacteria in the Zhushan Bay of Lake Taihu in winter using the technique of 16S rRNA gene high-throughput sequencing,and relationships of the top ten genera of planktonic bacteria leading in dominancy with environmental factors (pH,dissolved oxygen concentration,chlorophyll a concentration,algal density,total nitrogen concentration,total phosphorus concentration,etc) through redundancy analysis. Results show that at the phylum level,Cyanobacteria is relatively higher in relative abundance in the water and sediment,reaching 46.95% and 22.19%,respectively,while at the class level,unidentified Actinobacteria and unidentified Cyanobacteria in the water,accounting for 31.87% and 30.46%,respectively,of the total,and Chloroplast,Gammaproteobacteria and Nitrospira in the sediment,making up 14.34%,10.97% and 9.89% of the total,respectively,and at the genus level,Microcystisis the most dominant one in the water and followed by hgcI clade,andMicrocystisand unidentifiedNitrospiraceaeare the dominant ones in the sediment. Through the study it is found that in the surface water,the genus ofMicrocystisis the highest in relative abundance,which is positively related to algal density,dissolved oxygen concentration and pH.

Lake Taihu; Zhushan Bay; bacterial community; high-throughput sequencing; environmental factor;Microcystis

2017-07-20

江蘇省環(huán)境監(jiān)測科研基金(1404,1320)

① 通信作者E-mail：yzxyg@126.com

X832

A

1673-4831(2017)11-0992-09

10.11934/j.issn.1673-4831.2017.11.005