天津臨港濱海濕地公園水體細(xì)菌種群特征

馬香菊，徐慧韜，王麗平

國(guó)家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

人工濕地是利用基質(zhì)、植物及微生物的協(xié)同作用對(duì)水體污染物進(jìn)行凈化處理且兼具美化環(huán)境功能的生態(tài)凈化技術(shù)[1-3]，填料基質(zhì)可沉淀、過濾污染物，并為微生物和植物生長(zhǎng)提供場(chǎng)所；植物通過吸收、吸附、過濾等作用去除有機(jī)物，同時(shí)為微生物繁殖提供附著面積；微生物(主要指細(xì)菌)則以污染物為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化從而實(shí)現(xiàn)污染物的降解，微生物作用對(duì)于系統(tǒng)中氮去除的占比高達(dá)45%，是人工濕地氮去除的主要作用者[4]。另外，人工濕地植物發(fā)達(dá)的根系不但為微生物的附著、棲息、繁殖提供了場(chǎng)所，還能通過分泌有機(jī)物促進(jìn)微生物的新陳代謝作用，使植物根系具有豐富的細(xì)菌多樣性。研究表明，植物根系細(xì)菌種群在多環(huán)芳烴(PAHs)、重金屬等污染物的降解過程中發(fā)揮著重要的作用[5-7]，根系細(xì)菌總數(shù)與生化需氧量(BOD5)的去除具有顯著相關(guān)性，其中硝化和反硝化菌的數(shù)量與氨氮的去除具有極顯著正相關(guān)性[8-9]。因此，細(xì)菌種群特征的研究結(jié)果可以在一定程度上反映濕地系統(tǒng)對(duì)污染物的去除能力。

傳統(tǒng)的培養(yǎng)分離技術(shù)只適用于環(huán)境中的可培養(yǎng)微生物[10]，具有極大的局限性；而分子生物學(xué)技術(shù)是調(diào)查環(huán)境微生物種群結(jié)構(gòu)的有效工具，能夠進(jìn)一步揭示自然界中不可培養(yǎng)微生物的種群組成特征[11-12]。高通量測(cè)序技術(shù)(high-throughput sequencing)被稱為第二代測(cè)序技術(shù)，測(cè)序速度快、成本低、數(shù)據(jù)全面，不僅能檢測(cè)各種已知的微生物，還能發(fā)現(xiàn)新物種[13-15]，是水體和濕地微生物研究的重要測(cè)序手段。姚美辰等[16]利用高通量測(cè)序技術(shù)研究了遼河保護(hù)區(qū)不同類型人工濕地底泥和蘆葦根際微生物的菌群結(jié)構(gòu)；Medinger等[17]將高通量測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于貧營(yíng)養(yǎng)湖泊濕地中的囊泡蟲類分析，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)在群落結(jié)構(gòu)分析中具有優(yōu)勢(shì)；Arfi等[18]對(duì)紅樹林濕地真菌進(jìn)行高通量測(cè)序，發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌種為子囊菌，進(jìn)一步證實(shí)了該技術(shù)在生物種群多樣性分析中的實(shí)用性；王紹祥等[3]提出高通量測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于水域微生物種群結(jié)構(gòu)研究時(shí)，可根據(jù)特殊整體與普遍整體的相關(guān)性，分析結(jié)構(gòu)變化可能會(huì)引起的環(huán)境問題。

筆者將高通量測(cè)序技術(shù)應(yīng)用于天津臨港濱海濕地公園水體細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)的研究，選取夏秋兩季對(duì)細(xì)菌種群特征及其與氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析和比較，旨在了解能適應(yīng)濱海地區(qū)高鹽堿環(huán)境且與氮、磷降解具有較強(qiáng)相關(guān)性的優(yōu)勢(shì)細(xì)菌種類，以期為開展天津臨港濱海人工濕地細(xì)菌種群降解污染物的機(jī)理研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)為人為調(diào)控濕地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效凈化效果提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣品采集

天津臨港濱海濕地公園建于2012年，是一座以水質(zhì)凈化為主兼具景觀效果的人工濕地處理系統(tǒng)，其位于天津?yàn)I海新區(qū)海河入?？谀蟼?cè)灘涂淺海區(qū)，占地面積約63萬(wàn)m2，其中水體面積約17萬(wàn)m2，濕地公園進(jìn)水為工業(yè)園區(qū)污水處理廠尾水和園區(qū)雨水，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為17 500 m3/d，濕地公園內(nèi)植物配置由蘆葦、香蒲、水蔥、菖蒲、千屈菜、黃花鳶尾組成，其中蘆葦和香蒲為種植面積最大的2種植物。

進(jìn)入濕地公園的水依次經(jīng)過調(diào)節(jié)塘、人工濕地、景觀水體，分別在濕地進(jìn)水口(W1)、潛流濕地區(qū)(W2)、景觀水體區(qū)(W3與W4)和濕地出水口(W5)設(shè)置采樣點(diǎn)(圖1)，于2018年8月(夏季)和10月(秋季)在每個(gè)采樣點(diǎn)采集水樣1 000 mL(每個(gè)點(diǎn)采集3個(gè)平行樣)，于4 ℃保存并盡快運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。W1、W5采樣點(diǎn)采集表層水樣，其他采樣點(diǎn)采集蘆葦根系區(qū)上覆水樣。

圖1 采樣點(diǎn)設(shè)置Fig.1 Setting of sampling sites

1.2 研究方法

1.2.1水樣理化性質(zhì)分析

1.2.2水樣基因組DNA提取

選用0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾500 mL水樣，提取濾膜細(xì)菌DNA，試驗(yàn)操作嚴(yán)格遵守PowerWater?DNA Isolation Kit試劑盒的操作說明，利用1%的瓊脂凝膠電泳檢查DNA的純度和濃度。

1.2.3PCR擴(kuò)增及測(cè)序

以稀釋后的基因組DNA為模板，進(jìn)行PCR擴(kuò)增，采用引物為338F：5′—ACT CCT ACG GGA GGC AGC AG—3′和806R：5′—GGA CTA CHV GGG TWT CTA AT—3′，并用高效和高保真酶進(jìn)行PCR擴(kuò)增，確保擴(kuò)增效率和準(zhǔn)確性，擴(kuò)增產(chǎn)物用2%的瓊脂糖凝膠進(jìn)行電泳檢測(cè)，純化后的DNA采用Illumina MiSeq平臺(tái)進(jìn)行雙端(Paired-end)測(cè)序，采用滑動(dòng)窗口法對(duì)FASTQ格式的雙端序列逐一作質(zhì)量篩查，從而獲得每個(gè)樣本的有效序列。

1.3 數(shù)據(jù)分析

MiSeq測(cè)序得到的PE reads首先根據(jù)overlap關(guān)系進(jìn)行拼接，同時(shí)對(duì)序列質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)控和過濾，通過I-Sanger生物信息分析云平臺(tái)對(duì)測(cè)序得到的序列進(jìn)行優(yōu)化，得到OTU(分類單元)代表序列，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行Alpha多樣性分析，計(jì)算Sobs、Chao和Shannon等細(xì)菌物種數(shù)、種群豐富度與多樣性指數(shù)，并在OTU水平下繪制物種Venn圖；同時(shí)統(tǒng)計(jì)不同分類水平下各樣本的細(xì)菌種群組成，評(píng)估各樣本的Beta多樣性，繪制相關(guān)性Heatmap圖并進(jìn)行主成分(PCA)分析，研究細(xì)菌種群分布與環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與討論

2.1 水體理化性質(zhì)

表1 不同季節(jié)各采樣點(diǎn)水樣理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of water samples at each sampling site in different seasons

2.2 細(xì)菌多樣性和豐富度

DNA基因組序列分析結(jié)果顯示，夏季各采樣點(diǎn)的細(xì)菌基因有效序列長(zhǎng)度為225～497 bp，有效序列數(shù)為40 249～70 931；秋季各采樣點(diǎn)的細(xì)菌基因有效序列長(zhǎng)度為268～479 bp，有效序列數(shù)為26 092～31 685。統(tǒng)計(jì)各樣本序列數(shù)及其對(duì)應(yīng)的OTU計(jì)算各采樣點(diǎn)的Alpha多樣性，結(jié)果見表2，反映樣本OTU覆蓋情況的覆蓋率均高于0.99，表明測(cè)序的數(shù)據(jù)量合適，基本能代表樣本的真實(shí)情況。

由表2可見，代表樣本物種多樣性的Shannon指數(shù)，夏季為4.25～5.14，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W5>W3>W2>W4>W1；秋季為3.07～4.32，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W5>W3>W1>W4>W2，夏季各采樣點(diǎn)細(xì)菌多樣性均高于秋季。代表樣本種群豐富度的Chao指數(shù)，夏季為569.10～894.04，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W2>W5>W3>W4>W1；秋季為473.22～995.81，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W1>W3>W4>W5>W2。表征實(shí)際觀測(cè)到的物種數(shù)的Sobs指數(shù)，夏季為446～757，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W2>W3>W5>W4>W1；秋季為361～678，各采樣點(diǎn)表現(xiàn)為W1>W3>W5>W4>W2，除了W1采樣點(diǎn)外，其他采樣點(diǎn)均為夏季高于秋季。

表2 不同季節(jié)各采樣點(diǎn)細(xì)菌的Alpha多樣性Table 2 Alpha diversity of bacteria at each sampling site in different seasons

夏季濕地公園水體細(xì)菌多樣性高于秋季，夏季細(xì)菌種群較多，但Chao指數(shù)顯示，W1與W4采樣點(diǎn)夏季種群豐富度低于秋季，表明夏、秋兩季水體細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)存在明顯差異。夏季各采樣點(diǎn)中，W2采樣點(diǎn)具有較高的細(xì)菌多樣性、最高的種群豐富度和物種數(shù)，W1采樣點(diǎn)具有最低的細(xì)菌多樣性、種群豐富度和物種數(shù)；秋季各采樣點(diǎn)的細(xì)菌多樣性與種群豐富度分布特征與夏季明顯不同，W1采樣點(diǎn)具有較高的細(xì)菌多樣性，最高的種群豐富度和物種數(shù)，W2采樣點(diǎn)具有最低的細(xì)菌多樣性、種群豐富度及物種數(shù)。濕地公園內(nèi)水體自W1采樣點(diǎn)向W5采樣點(diǎn)方向流動(dòng)，在水體自凈和水體微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化作用下，水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度沿水流方向逐漸遞減[20]，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響體現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度越高，微生物種群多樣性及豐富度越高[21]；另一方面，植物也會(huì)影響根系微生物的種群多樣性和豐富度，植物根系為微生物繁殖提供附著表面積，其分泌的碳水化合物、羧酸和氨基酸等有機(jī)化合物也易于被微生物利用，從而保障微生物的生長(zhǎng)代謝過程[6,22]。而不同植物根系以及同種植物根系不同深度的細(xì)菌種群特征具有差異性[23-25]，有研究[21,26]表明，蘆葦根系細(xì)菌種群多樣性和豐富度均高于香蒲、美人蕉等其他人工濕地常見植物。因此在生長(zhǎng)旺盛的夏季，蘆葦發(fā)達(dá)的根系及大量的根系分泌物為微生物生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的條件，使得夏季潛流濕地區(qū)(W2采樣點(diǎn))表現(xiàn)出極具顯著性優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌種群多樣性和豐富度特征；而秋季蘆葦逐漸進(jìn)入休眠期，相比于夏季，根系分泌物對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響作用減弱，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成為微生物種群多樣性和豐富度的主要影響因素，因此具有最高營(yíng)養(yǎng)水平的濕地進(jìn)水口(W1采樣點(diǎn))表現(xiàn)出極具顯著性優(yōu)勢(shì)的細(xì)菌種群多樣性和豐富度特征。

2.3 細(xì)菌種群組成

2.3.1夏季細(xì)菌種群組成

對(duì)夏季樣本OTU進(jìn)行物種分類統(tǒng)計(jì)，共得到細(xì)菌34門、423屬、641種。夏季門和屬分類水平下各采樣點(diǎn)的細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種組成如圖2所示。由圖2可知，各采樣點(diǎn)樣本中相對(duì)豐度高于5%的細(xì)菌門均為變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)、綠菌門(Chlorobi)、浮霉菌門(Planctomycetes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria)，其中變形菌門、放線菌門、擬桿菌門、藍(lán)細(xì)菌門相對(duì)豐度分別為16.96%～34.30%、9.16%～21.91%、9.48%～26.06%、11.18%～48.07%，為主要優(yōu)勢(shì)門。樣本中相對(duì)豐度高于5%的細(xì)菌屬為norank_f_FamilyⅠ、norank_c_Cyanobacteria、CL500-29_marine_group、聚球藻屬(Synechococcus)、MWH-UniP1_aquatic_group、紅細(xì)菌屬(Rhodobacter)、Candidatus_Aquiluna、norank_f_OPB56、norank_o_PeM15、嗜氫菌屬(Hydrogenophaga)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、norank_f_Saprospiraceae。不同采樣點(diǎn)細(xì)菌優(yōu)勢(shì)屬存在較大差異，5個(gè)采樣點(diǎn)第一優(yōu)勢(shì)屬及其相對(duì)豐度分別為紅細(xì)菌屬(10.82%)、嗜氫菌屬(11.10%)、norank_f_FamilyⅠ(8.31%)、norank_f_FamilyⅠ(19.34%)、norank_f_FamilyⅠ(6.10%)。

注：為方便細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種觀察，將不同采樣點(diǎn)相對(duì)豐度均低于5%的門(屬)列為others。圖2 夏季門和屬分類水平下的細(xì)菌組成Fig.2 Bacterial population composition at phylum and genus level in summer

2.3.2秋季細(xì)菌種群組成

對(duì)秋季樣本OTU進(jìn)行物種分類統(tǒng)計(jì)，共得到細(xì)菌34門、520屬、786種。秋季門和屬分類水平下各采樣點(diǎn)的細(xì)菌優(yōu)勢(shì)種組成如圖3所示。由圖3可知，各采樣點(diǎn)樣本中相對(duì)豐度高于5%的細(xì)菌門均為變形菌門、藍(lán)細(xì)菌門、放線菌門、擬桿菌門、疣微菌門(Verrucomicrobia)、厚壁菌門(Firmicutes)，其中變形菌門、放線菌門、擬桿菌門相對(duì)豐度分別為17.45%～67.78%、3.39%～31.22%、3.76%～11.71%，為主要優(yōu)勢(shì)門。樣本中相對(duì)豐度高于5%的細(xì)菌屬為聚球藻屬、嗜冷桿菌屬(Psychrobacter)、unclassified_f_FamilyⅠ_o_SubsectionⅠ、ML602J-51、紅細(xì)菌屬、norank_c_Cyanobacteria、Candidatus_Aquiluna、norank_o_PeM15、norank_f_LD29、unclassified_f_Rhodobacteraceae、紫桿菌屬(Porphyrobacter)、unclassified_f_FamilyⅠ_o_SubsectionⅢ、unclassified_f_Verrucomicrobiaceae，其中unclassified_f_FamilyⅠ_o_SubsectionⅠ、ML602J-51、聚球藻屬為主要優(yōu)勢(shì)屬；5個(gè)采樣點(diǎn)第一優(yōu)勢(shì)屬及其相對(duì)豐度分別為紅細(xì)菌屬(14.56%)、嗜冷桿菌屬(44.09%)、聚球藻屬(21.31%)、聚球藻屬(25.03%)、聚球藻屬(14.03%)。

注：同圖2。圖3 秋季門和屬分類水平下的細(xì)菌種群組成Fig.3 Bacterial population composition at phylum and genus level in autumn

2.3.3夏秋季細(xì)菌種群組成的比較

在門分類水平下，夏秋兩季水體藍(lán)細(xì)菌門不具有優(yōu)勢(shì)豐度，而變形菌門、放線菌門和擬桿菌門均具有較高的相對(duì)豐度，但2個(gè)季節(jié)及同一季節(jié)的不同采樣點(diǎn)各門相對(duì)豐度均存在一定差異。在屬分類水平下相對(duì)豐度高于5%的細(xì)菌屬中，聚球藻屬、紅細(xì)菌屬、norank_c_Cyanobacteria、Candidatus_Aquiluna、norank_o_PeM15為夏秋兩季的共有屬，另外一些細(xì)菌屬為夏季或秋季的特有屬，如嗜氫菌屬、黃桿菌屬在夏季W(wǎng)2采樣點(diǎn)相對(duì)豐度分別為11.10%、7.49%，而在秋季各采樣點(diǎn)中均未檢測(cè)到；嗜冷桿菌屬在秋季W(wǎng)2采樣點(diǎn)具有極高的相對(duì)豐度(44.09%)，但在夏季各采樣點(diǎn)均未檢測(cè)到。嗜氫菌屬為夏季潛流濕地區(qū)W2采樣點(diǎn)的特有屬，嗜冷桿菌屬為秋季潛流濕地區(qū)的特有屬，它們?cè)谌斯竦刂袑?duì)污染物的降解作用值得進(jìn)一步研究。norank_f_Family Ⅰ為夏季W(wǎng)3～W5采樣點(diǎn)的第一優(yōu)勢(shì)屬，相對(duì)豐度分別為8.31%、19.34%、6.10%，而在秋季各采樣點(diǎn)均未檢測(cè)到；unclassified_f_Family Ⅰ_o_Subsection Ⅰ在秋季W(wǎng)3～W5采樣點(diǎn)存在且具有較高的相對(duì)豐度(8.77%～12.13%)，但在夏季各采樣點(diǎn)均未檢測(cè)到。各采樣點(diǎn)中，只有W1采樣點(diǎn)在夏秋兩季均具有相同的第一優(yōu)勢(shì)屬(紅細(xì)菌屬)，相對(duì)豐度分別為10.82%、14.56%，但其他采樣點(diǎn)第一優(yōu)勢(shì)屬及其相對(duì)豐度均存在較大差異性。

在OTU水平下繪制物種Venn圖，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，濕地公園不同采樣點(diǎn)細(xì)菌夏季共有種為187種，秋季為110種，這可能是由于夏季水量充足，水流相對(duì)較大，細(xì)菌隨水流在濕地內(nèi)轉(zhuǎn)移，較秋季容易生長(zhǎng)。夏季各采樣點(diǎn)中，W1采樣點(diǎn)與其他4個(gè)采樣點(diǎn)細(xì)菌共有種最少，其與W2、W3、W4、W5采樣點(diǎn)細(xì)菌共有種分別為311、287、242、264種；W3、W4、W5采樣點(diǎn)細(xì)菌組成相似度最高，共有種高達(dá)560種，分別占各采樣點(diǎn)物種數(shù)的81.0%、90.5%、82.1%。秋季各采樣點(diǎn)中，W2采樣點(diǎn)與其他4個(gè)采樣點(diǎn)細(xì)菌共有種最少，其與W1、W3、W4、W5采樣點(diǎn)細(xì)菌共有種分別為238、194、190、204種；W3、W4、W5采樣點(diǎn)在秋季同樣具有極高的細(xì)菌組成相似度，共有種高達(dá)416種，分別占各采樣點(diǎn)物種數(shù)的69.0%、73.2%、57.5%。表明W3、W4、W5采樣點(diǎn)細(xì)菌種群組成相似性較強(qiáng)，且受季節(jié)影響程度相對(duì)較小，季節(jié)影響下的細(xì)菌種群特征差異主要體現(xiàn)在W1和W2采樣點(diǎn)。

圖4 OTU水平下的物種Venn圖Fig.4 Venn diagram of species at OTU level

總的來說，濕地公園內(nèi)細(xì)菌優(yōu)勢(shì)門為變形菌門、放線菌門、擬桿菌門，其中變形菌門為第一優(yōu)勢(shì)門，這與已有研究結(jié)果[27-29]一致。變形菌門在各類環(huán)境包括水體、沉積物中普遍存在,是細(xì)菌中最大的類群[27-29],變形菌門中的蔓生根瘤菌屬、紅假單胞菌屬、固氮螺菌屬等存在著多樣的nifH基因，參與編碼鐵蛋白固氮酶，可參與環(huán)境中分子態(tài)氮轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮的過程，是重要的固氮微生物[30]；變形菌門在太平洋深海沉積物的生物地球化學(xué)過程中發(fā)揮著重要作用[31-32]，也是生物膜反應(yīng)器脫氮除磷工藝中生物膜上的重要微生物組分，對(duì)于氮、磷等污染物的降解扮演著重要作用[33-34]。因此，細(xì)菌中變形菌門的大量存在保證了濕地系統(tǒng)的良好運(yùn)行。放線菌門同樣也是氮、磷去除工藝中生物膜上的重要微生物組分[30]，如彭云等[35]從連云港海域分離得到一株放線菌BM-2，探究發(fā)現(xiàn)該菌株具有固氮、降解有機(jī)磷等能力，證實(shí)了放線菌的脫氮除磷能力；同時(shí)放線菌對(duì)于纖維素具有顯著的降解作用[36]，該作用在高溫及高堿等極端環(huán)境下也能進(jìn)行；放線菌還可產(chǎn)生色素[37]，任意分解有機(jī)物、固定礦物質(zhì)，對(duì)污水處理和環(huán)境保護(hù)具有較為重要的作用；此外，放線菌在發(fā)酵纖維素的過程中還可以產(chǎn)生能源[38]，如Chanthasena等[39]從泰國(guó)東北部森林土樣中分離出的放線菌，其代謝產(chǎn)物還可用于抗生物耐藥性新藥的開發(fā)。擬桿菌門的細(xì)菌是復(fù)雜碳水化合物的多產(chǎn)降解者[40]，大多數(shù)細(xì)菌能將纖維素降解成可溶性糖類，還可以參與到枯枝落葉分解的碳循環(huán)中[41-42]，大多數(shù)擬桿菌屬細(xì)菌對(duì)于人類和動(dòng)物的腸道健康至關(guān)重要，但也含有潛在致病BFG細(xì)菌[43-45]。擬桿菌門也是濕地系統(tǒng)中常見的優(yōu)勢(shì)門，受環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)條件影響，其在不同環(huán)境介質(zhì)中的相對(duì)豐度也存在差異，如遼東灣濱海濕地中擬桿菌門在根系附著物樣品中占16.33%，而在根系土壤樣品中占37.47%[46]。本研究檢測(cè)得到的其他細(xì)菌門，其組成和相對(duì)豐度同樣受到環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)條件影響，同時(shí)也能在一定程度上反映水質(zhì)以及濕地系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如藍(lán)細(xì)菌門數(shù)量激增可引起水質(zhì)惡化、藍(lán)藻水華現(xiàn)象頻發(fā)[47-48]，因此藍(lán)細(xì)菌門的豐富度情況可作為水質(zhì)預(yù)警的標(biāo)準(zhǔn)之一；綠菌門和疣微菌門與已有的濕地細(xì)菌多樣性的研究結(jié)果一致[49]，具有一定豐富度但不構(gòu)成主要優(yōu)勢(shì)菌，其中綠菌門能在有光照和無(wú)氧條件下利用硫化物作為電子供體進(jìn)行生長(zhǎng)[50]，可參與濕地系統(tǒng)中硫酸鹽化合物的降解，而對(duì)于疣微菌門的功能研究相對(duì)較少；厚壁菌門是一類與好氧發(fā)酵堆肥中木質(zhì)纖維素降解有關(guān)的細(xì)菌菌群[51-53]。除了上述優(yōu)勢(shì)細(xì)菌外，濕地水體還存在著相對(duì)豐度較低的其他種群以及尚未在基因庫(kù)中獲得命名的新物種，其是濕地生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈和食物網(wǎng)的重要組成部分，在C、N、P、S等元素的生物地球化學(xué)循環(huán)中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用[54-56]。

2.4 細(xì)菌種群組成的環(huán)境影響因素分析

注：圖(a)PC1為48.63%,PC2為30.29;圖(b)PC1為68.22%,PC2為27.55%。圖5 細(xì)菌物種組成與環(huán)境因子間的主成分分析Fig.5 Principal component analysis between bacteria species composition and environmental factors

3 結(jié)論

(1)天津臨港濱海濕地公園水體夏季細(xì)菌Shannon多樣性指數(shù)為4.25～5.14，種群豐富度Chao指數(shù)為569.10～894.04，物種數(shù)Sobs指數(shù)為446～757；秋季細(xì)菌Shannon多樣性指數(shù)為3.07～4.32，Chao指數(shù)為473.22～995.81，Sobs指數(shù)為361～678。細(xì)菌多樣性夏季高于秋季，種群豐富度則季節(jié)性差異不顯著。

(2)濕地公園水體夏季共檢測(cè)到細(xì)菌34門、423屬、641種，主要優(yōu)勢(shì)門為變形菌門、放線菌門、擬桿菌門、藍(lán)細(xì)菌門，主要優(yōu)勢(shì)屬有紅細(xì)菌屬、嗜氫菌屬、norank_f_FamilyⅠ；秋季共檢測(cè)到細(xì)菌34門、520屬、786種，主要優(yōu)勢(shì)門為變形菌門、放線菌門、擬桿菌門，主要優(yōu)勢(shì)屬為unclassified_f_FamilyⅠ_o_SubsectionⅠ、ML602J-51、聚球藻屬(Synechococcus)。夏秋兩季細(xì)菌種群組成差異主要體現(xiàn)為優(yōu)勢(shì)細(xì)菌屬的不同，另外只在夏季檢測(cè)到嗜氫菌屬和黃桿菌屬，只在秋季檢測(cè)到嗜冷桿菌屬，且具有較高的相對(duì)豐度。

(3)濕地公園不同功能區(qū)水體細(xì)菌種群組成存在明顯差異。景觀水體區(qū)和出水口細(xì)菌在物種組成上具有極大相似性，且與濕地進(jìn)水口、潛流濕地區(qū)具有明顯差異。景觀水體區(qū)、濕地出水口采樣點(diǎn)細(xì)菌共有種在夏季和秋季分別高達(dá)560和416種，且細(xì)菌優(yōu)勢(shì)屬夏季均為norank_f_FamilyⅠ，秋季均為聚球藻屬；而濕地進(jìn)水口、潛流濕地區(qū)采樣點(diǎn)在夏秋兩季細(xì)菌組成變化明顯，細(xì)菌優(yōu)勢(shì)屬在夏季為紅細(xì)菌屬、嗜氫菌屬，而秋季為紅細(xì)菌屬、嗜冷桿菌屬。