青岛棘洪滩水库微生物群落季节变化特征及影响因素

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微生物是水生态系统的重要组成部分,在能量流动和物质循环中扮演着重要角色,环境因子能够影响微生物群落结构组成,进而改变其生态功能。由于水体理化性质的差异,不同时间和空间的微生物群落结构组成存在较大差异,因此了解微生物群落结构组成对维持淡水生态系统功能和探究其生物地球化学循环至关重要。引黄济青工程是将黄河水引入青岛的跨流域、远距离的大型调水工程,解决了青岛及沿线城市水资源供应不足的问题。青岛棘洪滩水库作为引黄济青工程的唯一调蓄水库,是亚洲最大的平原围坝型水库。作为青岛市最大的饮用水水源地,棘洪滩水库承担了90%以上青岛市居民用水,其水环境质量与人们生产生活密切相关。本文以青岛棘洪滩水库为研究对象,在水质理化指标分析的基础上,采用高通量技术对细菌和真核微生物群落结构进行表征,分析代表性物种相对丰度的季节性差异,利用关联网络探讨不同季节物种群落间的相互作用关系,采用冗余分析和相关性热图探究影响细菌和真核微生物群落结构组成的主要因素,并对细菌群落进行FAPROTAX功能预测。主要结论如下:(1)青岛棘洪滩水库温度、DO、硝态氮和硫酸盐季节性差异显著,p H、浊度、COD、亚硝态氮、氨氮、TN和TP季节性差异不显著,TP是库区水体富营养化的关键因子。温度与亚硝态氮显著呈正相关,与DO、硝态氮和TN呈显著负相关;DO与硝态氮和TN呈显著正相关,与亚硝态氮呈显著负相关;浊度与TP呈显著正相关;p H与氨氮、亚硝态氮和COD呈显著负相关;氨氮与亚硝态氮呈显著正相关;硝态氮与总氮和硫酸盐呈显著正相关;总氮与总磷呈显著正相关;COD与硫酸盐呈显著负相关。棘洪滩水库水体整体满足GB 3838-2002Ⅲ类标准,COD、硝态氮、TN和TP是影响水质的主要环境因子。(2)青岛棘洪滩水库细菌群落丰富度和多样性夏季最高,冬季最低,进水口高于出水口。细菌群落结构组成春季和冬季相似,夏季和秋季相似。共归于39个门和909个属。放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)和蓝细菌门(Cyanobacteria)为优势门;hgc I_clade、CL500_29_marine_group、湖栖菌属(Limnohabitans)、孢鱼菌科未定名属(norank_f_Sporichthyaceae)、叶绿体目未分类属(uncalssified_f_Chloroplast)和黄杆菌属(Flavobacterium)为优势菌属,此外,发现6月进水口不动杆菌属(Acinetobacter)和分枝杆菌属(Mycobacterium)两种条件致病菌相对丰度较高,分别为2.36%和6.26%。春季和秋季细菌间互作关系较夏季和冬季复杂,春季以竞争和拮抗作用为主,冬季以互利共生为主,各季节细菌互作关系的关键物种存在显著差异;出水口细菌间互作关系较进水口复杂,均以互利共生为主,进水口和出水口细菌间互作关系的关键物种存在显著差异。(3)青岛棘洪滩水库真核微生物群落多样性和丰富度夏季最高,冬季最低;进水口高于出水口。夏季、秋季和冬季群落结构组成存在明显的季节交替现象。真核微生物共归于46个门和509个属。门水平上,浮游动物以原生动物界未分类门(unclassified_k_Eukaryota)和节肢动物门(Arthropoda)为优势物种;浮游植物以绿藻门(Chlorophyta)和硅藻门(Bacillariophyta)为优势物种;真菌以隐真菌门(Cryptomycota)和壶菌门(Chytridiomycota)为优势物种。属水平上,浮游动物以原生动物界未分类属(unclassified_d_Eukaryota)、矮小拟镖水蚤属(Paracyclopina)和华哲水蚤属(Sinocalanus)为优势物种;浮游植物以衣藻目未分类属(unclassified_o_Chlamydomonadales)和绿藻门未分类属(unclassified_p_Chlorophyta)为优势物种;真菌以隐真菌门未分类属(unclassified_p_Cryptomycota)和真菌界未分类属(uncalssified_k_Fungi)为优势物种。真核微生物间互作关系春季和冬季较夏季和秋季复杂,夏季以互利共生关系为主,冬季竞争和拮抗作用较强,各季节真核微生物互作关系的关键物种存在显著差异,出水口真核微生物间互作关系较进水口复杂,关键物种存在显著差异。(4)冗余分析和Heatmap分析表明,青岛棘洪滩水库细菌群落结构组成门水平主要受温度、DO和蓄水量的影响,纲水平和属水平主要受温度、DO、蓄水量和亚硝态氮的影响。营养方式以化能营养型为主,有11个与氮循环相关的功能注释,包括硝酸盐还原、硝酸盐呼吸、亚硝酸盐呼吸、硝酸盐反硝化、亚硝酸盐反硝和尿素分解等;有5个与硫循环相关的功能注释,包括硫化物呼吸和硫酸盐呼吸等;有5个与碳循环有关的功能注释,包括甲基营养和甲醇氧化等。真核微生物群落结构组成门、纲和属水平均主要受温度、DO、蓄水量和硝态氮的影响。
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