丹江口水库浮游细菌生物群落特征及其对理化因子的响应

作     者：林立安 

作者单位：南阳师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：陈兆进;王超

授予年度：2022年

学科分类：0710[理学-生物学] 1007[医学-药学(可授医学、理学学位)] 100705[医学-微生物与生化药学] 07[理学] 071005[理学-微生物学] 10[医学] 

主      题：浮游细菌 丹江口水库 16S高通量测序 随机森林分析 分子生态网络分析 PICRUSt2功能预测 

摘      要：丹江口水库是南水北调中线工程的重要水源地,研究生态环境构成及水体的质量状况具有重要意义。而浮游细菌广泛存在于各种水生态系统中,对生态系统中的物质循环有非常重要的意义。为全面探究丹江口库区浮游细菌物种组成和变化,及其和理化因子之间的相互作用。对2018年和2019年丹江口水库库区及其支流11个采样位点132个样本,采用Illumina Mi Seq高通量测序技术探究了浮游细菌的组成、群落结构、分布、变化和功能代谢组成。并结合检测结果探讨了丹江口库区及其支流表层水体浮游细菌群落和理化因子间的关系,主要结论如下:1.监测分析表明丹江口库区除总氮外,各项指标均达到II类及以上地表水标准,库区的水质好于支流,水质整体较好。丹江口水库浮游细菌由13门、21纲、48目、68科组成。放线菌门的Ilumatobacteraceae是丹江口水库浮游细菌的优势类群,Spearman相关分析发现溶解氧（DO）和透明度（SD）与Ilumatobacteraceae显著正相关,而电导率（Cond）、高锰酸盐指数（CODMn）和总磷（TP）与Ilumatobacteraceae显著负相关。随机森林分析表明酸杆菌门的全噬菌科（Holophagaceae）和变形菌门的气单胞菌科（Aeromonadaceae）是丹江口水库浮游细菌生物群落组成的重要标志性类群。2.浮游细菌α多样性指数表现为支流群落丰富度和多样性大于丹江口库区,除大石桥采样点外,群落多样性均表现为春季高于秋季。浮游细菌群落差异呈现下降趋势,群落结构组成趋于稳定。四次采样样本的群落组成受到不同理化因子的显著影响,水温（WT）和SD与群落丰富度指数显著负相关,化学需氧量（COD）、CODMn、Cond、氨态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、总氮（TN）和TP与群落丰富度指数显著正相关;WT和p H与群落多样性指数呈现显著负相关,CODMn、NH4+-N、Cond、COD、NO3--N和TP与群落多样性指数显著正相关。方差分解分析结果显示氮磷营养盐对丹江口库区浮游细菌群组成的解释度最低。3.分子网络分析表明,丹江口水库分子网络节点数目呈现逐渐增加的趋势,预示群落结构组成更加趋于稳定。每个采样时期样本的重要性网络节点并不相同,TN和TP是2018年两次采集样本分子网络分析的共同重要节点,WT是2019年两次采集样本分子网络分析的共同重要节点。揭示了特定的生境下,理化因子和物种类群在浮游细菌群落组成中的连通作用。4.功能预测显示,25个功能基因家族中氨基酸运输和代谢,能量产生和转换,翻译、核糖体结构和生物合成分别是丰度最高的三类功能基因;代谢途径研究发现具有6条一级代谢途径,46条二级代谢途径和405条三级代谢途径,新陈代谢在一级代谢途径中丰度最高,Global and overview maps在二级代谢途径中丰度最高,三级代谢途径中丰度最高的五条代谢途径都归属于Global and overview maps二级代谢途径和新陈代谢一级代谢途径。表现出丹江口水库浮游细菌群落在功能和代谢途径上的多样性。本研究通过高通量测序技术对丹江口水库浮游细菌群落组成及其与理化因子间的关系进行了初步探究,以期为丹江口水库的水生生态系统安全提供参考。