五里峡水库中AAPB的生态分布特征

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微型浮游生物因为在水体中分布广泛并且丰度较高,它们在生态系统中占据着非常重要的位置,在系统内能量传递、转化和物质循环等过程中发挥着至关重要的作用。AAPB是自然界重要的一类特殊的光合异养微生物,在生物地球化学循环的过程中具有潜在的重要作用。  本研究主要应用TA克隆技术和高通量测序等分子生物学方法对五里峡水库AAPB的多样性情况、群落分布及其影响因子进行探讨。笔者于2016年7月至2016年12月分四次在研究水库区采集0m、5m和10m深度的样品,采样的同时进行水温、盐度等水质参数的检测。对采集水库的水样进行抽滤过膜处理,然后提取浮游微生物总基因组DNA,利用编码光反应中心的特定引物进行扩增,然后运用高通量测序技术进行测序,进而对AAPB多样性和群落结构分析。  通过对水体离子分析,研究区水体水化学类型为HCO3-Ca-Mg型,受碳酸盐岩风化作用控制且水岩作用显著。水温总体呈现从表层水向10m处降低的趋势,夏季发生水温分层现象,而冬季水温在垂向上没有变化。使用14C标记实验测试水体固碳速率,并将初级生产力与温室气体排放速率结合,得到五里峡水库夏季为大气CO2的汇,变化范围在-30.14~-3.47mg·m-2·h-1,秋、冬季均为大气CO2的源,变化范围在15.57~115.06mg·m-2·h-1,五里峡水库微型光合生物初级生产力与CO2排放速率呈显著负相关,与CH4排放速率呈极显著正相关,CO2和CH4通量与初级生产力存在直接相关关系。  通过RealtimePCR实时荧光定量方法对样品中16SrRNA基因和pufM基因进行定量分析。细菌丰度变化和AAPB的丰度变化在垂向方向变化一致,表现为5m>0m>10m的动态变化,水体细菌丰度与AAPB的丰度、DO、HCO3-、电导率呈现极显著负相关,与水温、TOC呈极显著正相关,AAPB的丰度变化影响因子与细菌不一致,反映了AAPB这一类功能细菌与其他浮游微生物不同季节性模式,以及与其他细菌不同的环境相应。将C/N和δ13C指标结合推测水体有机碳来源,五里峡水库δ13C的范围在-35.44‰~-23.54‰之间,平均值为-29.65‰,同时C/N比值范围在2.24~26.46之间,均值为6.10,我们可以推测五里峡库区有机质的来源呈现较强的内源,主要受浮游生物的控制。  通过统计已去除嵌合体的高质量序列作Alpha多样性分析,结合Shannon指数和Simpson指数的结果来看。微生物多样性最高点在第三次取样的WLX05号点,其香农指数达到6.42,最低点也在第三次取样的WLX08号点其香农指数为4.09,与第二次相比较小,WLX08点位于库区消落带,通过PCoA分析说明水库消落带水位变化对消落带细菌的多样性影响不大。在门水平对优势菌群分类,样品菌群可分为:Actinobacteria(放线菌门),Proteobacteria(变形菌门),Verrucomicrobia(疣微菌门),Bacteroidetes(拟杆菌门),Cyanobacteria(蓝藻门),Chloroflexi(绿弯菌门),Planctomycetes(浮霉菌门),Chlorobi(绿菌门),Firmicutes(硬壁菌门),Gemmatimonadetes(芽单胞菌门),Deinococcus-Thermus(异常球菌-栖热菌门),Acidobacteria(酸杆菌门),Nitrospirae(硝化螺旋菌门),Chlamydiae(衣原体门)和unclassified未分类细菌。其中Actinobacteria(放线菌门)和Proteobacteria(变形菌门)之和占所有菌群的62.6%~90.2%。Beta多样性分析,各个样品之问群落结构的差异性表现为Actinobacteria(放线菌门)下的hgcIclade属,CL500-29marinegroup属,Verrucomicrobia(疣微菌门)下的FukuN18freshwatergroup属,Proteobacteria(变形菌门)下的OM43clade属,在样品中的丰度都较高。在微型生物大家族中,有OM43clade属,Sphingomonas属,Methylobacterium属,Cupriavidus属,Novosphingobium属,Polynucleobacter属,Rhodovulum属,Rhodobacter属,Brevundimonas属和Methyloversatilis属属于AAPB功能菌,通过RDA分析,发现岩溶区的水生环境适合AAPB的生长,温度是直接影响AAPB群落组成的主要因素,这表明厌氧不产氧好氧细菌在岩溶地表水系统中有机碳的生产起到特殊作用,五里峡水库有机碳的来源不只是来自于光合植物,光合作用细菌也有不可忽视的作用。
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