2022, Vol. 43
细菌作为湖泊生态系统中重要组成部分, 在水体能量循环和物质转化等方面发挥的作用不容忽视[1~3]. 湖泊中细菌群落结构特征是湖泊水环境质量变化的重要指示指标之一[4, 5]. 通常, 细菌可以分为附着细菌和浮游细菌两大类: 附着细菌是指水中主要附着在浮游植物和有机碎屑和颗粒物上的一种细菌类群; 浮游细菌则不附着在任何物体上, 是在水体中营浮游生活的一种原核生物类群[6, 7]. 虽然它们以不同形态存在于水体中, 但二者共同影响着微生态系统的结构特征和群落生态功能的变化[8, 9].
寒旱区湖泊由于其特殊的地理位置和气候特征, 逐渐成为国内外研究的焦点. 其中, 乌梁素海作为内蒙古西部的典型寒旱区湖泊, 是黄河流域大型灌区——河套平原灌区灌排工程的重要组成部分, 它不仅是河套灌区压盐退排水的承接载体, 同时也是黄河水质安全的保障[10, 11]. 目前, 在“一湖两海”和“黄河流域生态保护”等政策背景下, 虽然在乌梁素海农业面源污染控制和水生态环境改善等方面取得一系列成果, 形成了一系列的生态维护方案[12], 但是在乌梁素海微生态结构特征和生态功能分析等方面的研究却相对匮乏, 因此这不利于在机制上解释N和P等典型营养元素的迁移转换过程. 基于此, 展开对乌梁素海细菌群落的研究, 不仅可以弥补乌梁素海在微生态研究中的不足, 也可为湖泊环境演变提供理论依据.
由于每年4月上旬和10月下旬分别为乌梁素海春灌期和秋灌期, 所以期间补水期带来的外源物质将留存在湖泊中, 和湖泊内部系统相互影响, 并在9月湖泊综合降解能力达到最大[13], 这期间水体中的微生态系统必然发挥着至关重要的作用. 因此, 以河套平原灌溉退水期的9月为时间节点, 对湖泊水体微生态系统展开研究, 必将有利于反映灌溉间隙期湖泊微生态系统的结构特征. 本文利用高通量测序技术, 结合水体典型理化指标, 对乌梁素海表水中附着细菌和浮游细菌群落结构特征进行了对比分析, 同时开展细菌群落生态功能的对比预测, 通过进一步分析排水过程对湖泊水环境水生态的影响, 以期为开展外源输入和内源释放相互关系研究提供基础资料.
1 研究区概况乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内(40°36′~41°03′N, 108°43′~108°57′E), 地处河套平原东部, 是黄河流域最大的湖泊, 也是寒旱区典型浅水型湖泊. 由于受到中温带大陆性季风气候的控制, 湖泊区域呈现出干旱少雨和降水少而不均的气候特征, 而这种气候特征使湖泊呈现出明显的季节性变化[14, 15]. 根据气象资料显示, 湖泊多年平均气温为7.2℃, 多年平均降水量为224 mm, 多年平均蒸发量为1 502 mm, 大约每年12月上旬开始结冰, 翌年3月份开始消融, 冰冻期长达5个月. 水源主要经过各渠干流入总排干, 最终汇入乌梁素海, 且农田退水是湖泊补给主要的水源, 达到总入湖量的90%以上(图 1). 由于乌梁素海位于黄河流域河套平原末端, 因此是河套灌区农田退水的重要排泄通道, 其生态功能的稳定不仅是当地经济发展的基础, 也对当地人民的生活发展具有极其重要的作用.
|
图 1 乌梁素海位置和采样点分布示意 Fig. 1 Location of Wuliangsu Lake and the distribution of sampling sites |
根据水面面积和周围环境特征, 在湖面布设15个取样点, 由北到南依次为WL-1、WL-2、WL-3、WL-4、WL-5、WL-6、WL-7、WL-8、WL-9、WL-10、WL-11、WL-12、WL-13、WL-14和WL-15. 采用GPS定位系统于2020年9月完成湖水取样工作. 具体取样方法: 利用取水器对15个点进行表水样品采集, 采集完成后装入1 L聚乙烯取样瓶中带回实验室, 取样的同时利用多参数水质监测仪对水体进行pH等指标的测定. 在实验室内, 将1 L样品平分为2份, 其中0.5 L用于水体理化指标的测定, 另外0.5 L用于浮游和附着细菌的收集. 收集方法: 水样首先通过5 μm的水滤膜进行过滤, 用于去除杂质和附着细菌的收集, 再将5 μm过滤后的水样经过0.22 μm的水滤膜进行过滤[4, 16], 用于收集浮游细菌, 将过滤后的两种滤膜立即放于-80℃的液氮中保存, 用于后续DNA提取和PCR扩增[17].
2.2 数据处理利用Illumina MiSeq进行测序, Fastp软件对原始测序序列进行质控, 同时使用FLASH软件进行拼接: 过滤reads尾部质量值20以下的碱基, 设置50 bp的窗口, 如果窗口内的平均质量值低于20, 过滤质控后50 bp以下的reads, 去除含N碱基的reads. 根据PE reads之间的overlap关系, 将成对reads拼接成一条序列, 拼接序列的overlap区允许错配的最大比率为0.2, 筛选不符合序列. 根据序列首尾两端的barcode和引物区分样品, barcode允许的错配数为0, 最大引物错配数为2. 最终使用UPARSE软件, 根据97%相似度对序列进行OTU聚类并剔除嵌合体. 利用RDP classifier对每条序列进行物种分类注释, 设置比对阈值为70%[18~21].
通过抽平后的OTU, 利用R语言作出Venn图; 利用mothur计算Chao指数、Shannoneven指数和Shannon指数来研究群落丰富度、群落均匀度和群落多样性; 利用IQ-TREE选取出前五大优势细菌门类, 再进一步分析各站点附着细菌和浮游细菌的丰度变化情况; 利用R语言vegan包中rda进行冗余分析来反映优势细菌门类和各环境因子之间的关系; 利用PICRUSt2软件对KEGG代谢通路中第二代谢层级和氮磷代谢层级进行功能预测分析.
3 结果与分析 3.1 乌梁素海表水理化性质在灌溉间隙期, 乌梁素海水源补给相对减少, 对pH、水温(WT)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、游离态氨氮(NH4+-N)、叶绿素(Chla)、总磷(TP)、溶解性无机磷(DIP)、溶解性总磷(DTP)、盐度(SAL)和电导率(EC)等11个指标的测定, 结果显示, WT、pH和DO分别在16.60~17.80℃、7.99~9.01和1.90~9.01 mg·L-1之间, 平均值分别为17.25℃、8.60和6.50 mg·L-1, 均呈现湖泊南部区域偏高的趋势. ρ(TN)、ρ(NH4+-N)、ρ(Chla)和ρ(TP)分别在0.81~3.18 mg·L-1、0.03~1.08 mg·L-1、2.01~22.27 μg·L-1和0.04~0.12 mg·L-1之间, 平均值分别为1.40、0.40、10.00和0.06 mg·L-1, 它们在湖泊南部变化不明显, 但在湖泊北部波动较大. ρ(DIP)在0.01~0.05 mg·L-1之间浮动, 平均值为0.02 mg·L-1, 各取样点在平均值上下浮动, 以湖泊最南部和最北部含量最高. ρ(DTP)、ρ(SAL)和EC分别在0.01~0.06 mg·L-1、0.50~1.69 g·L-1和0.84~2.70 mS·cm-1之间, 平均值分别为0.04 mg·L-1、1.20 g·L-1和2.00 mS·cm-1, 它们整体变化趋势相同. 总体上讲, 在水平方向上, 不同理化指标存在一定的空间差异, 其中WT、pH、Chla、DTP、SAL和EC变化显著, 其余指标变化范围不大(图 2).
|
横线和黑体字表示各指标平均值 图 2 乌梁素海水体典型理化指标变化特征 Fig. 2 Variation characteristics of typical physical and chemical indexes in Wuliangsu Lake |
为了解乌梁素海表层水体中细菌群落组成, 通过对97%相似水平下的序列进行聚类, 绘制出Venn图. 同时利用α多样性中衡量群落丰富度、均匀度和多样性的Chao、Shannoneven和Shannon指数对乌梁素海表层水体的附着细菌和浮游细菌进行了对比分析[22, 23].
灌溉间隙期, 乌梁素海表水中总共统计OTU数目为7 616个, 其中归属于附着细菌的OTU数目为4 952个, 归属于浮游细菌的OTU数目为5 182个. 浮游细菌和附着细菌共享OTU数目为2 518个, 即附着细菌和浮游细菌共有的OTU个数占附着细菌OTU总数的50.85%, 占浮游细菌OTU总数的48.59% (图 3). 显然, 乌梁素海表水中附着细菌和浮游细菌中的OTU数量差异不大. 此外, 进一步利用α多样性指数对细菌群落进行分析. 其中, 附着细菌中反映群落丰富度Chao指数的中位数和均值都高于浮游细菌, 显示附着细菌丰富度大于浮游细菌丰富度, 并且附着细菌各个取样点Chao指数的空间变化幅度比浮游细菌大; 反映群落均匀度的Shannoneven指数中, 虽然附着细菌和浮游细菌的Shannoneven值中位线是一致的, 但浮游细菌Shannoneven指数均值比浮游细菌Shannoneven指数均值略高且取样点间的空间分布更加均匀; Shannon指数则综合反映了细菌群落的丰富度和均匀度, Shannon值越大, 群落多样性越高, 显然乌梁素海表水中附着细菌Shannon指数中位数和均值都高于浮游细菌, 因此附着细菌群落多样性比浮游细菌高, 且各取样点间Shannon指数的分布比浮游细菌更均匀(图 3).
|
图 3 群落组成Venn图和细菌多样性指数 Fig. 3 Venn diagram of community composition and bacterial diversity index chart |
细菌作为水体中重要的组成部分, 其群落组成和水体环境关系极为密切. 基于附着细菌和浮游细菌OTU组成和α多样性的差异, 结合极大似然法ML (maximum likelihood)构建揭示细菌群落进化过程的系统发生进化树, 在细菌门类水平找到相对含量总和达到90%以上的前五大优势细菌门类, 并对各取样点优势细菌门类下附着细菌和浮游细菌的具体丰度展开研究.
根据系统发生进化树得知, 在乌梁素海表水中, 相对含量最高的是变形菌门(Proteobacteria), 约为38.97%; 第二位是放线菌门(Actinobacteriota), 约为15.20%; 第三位是拟杆菌门(Bacteroidota), 约为14.08%; 第四位的疣微菌门(Verrucomicrobiota)和第五位的蓝细菌门(Cyanobacteria)相对含量均约为11.00%. 这五大优势细菌门类的相对含量超过90.00%, 是乌梁素海表水菌群结构中的重要组成门类. 在优势细菌门类相对含量基础上, 进一步对五大优势细菌门类中附着细菌和浮游细菌空间分布情况进行了分析(图 4). 具体来看, 乌梁素海表水中各取样点附着细菌和浮游细菌的空间分布具有很大差异性. Proteobacteria细菌门类中来自浮游态的相对含量高于附着态的, 且仅在WL-15点处附着态的相对含量高于浮游态的相对含量, 而在WL-3点处二者的含量差值达到最小. 在Actinobacteriota中浮游态远高于附着态, 且附着态的含量变化相对稳定, 各点连线趋向于一条直线. Bacteroidota中附着态和浮游态的含量呈现出高低交替的情况. 相反, Verrucomicrobiota和Cyanobacteria中附着态高于浮游态.
|
(a) 系统发生进化树; (b) 各优势细菌门类所占比例; (c) 各取样点优势细菌门类附着细菌和浮游细菌相对百分含量对比, 图中纵坐标为百分含量%, 横线和黑体字表示各细菌门类平均值 图 4 乌梁素海附着细菌和浮游细菌优势细菌门类结构特征对比 Fig. 4 Comparison of the structural characteristics of the dominant bacteria phyla of attached bacteria and planktonic bacteria in Wuliangsu Lake |
细菌作为水体生态环境的重要组成部分, 其优势细菌门类结构特征和水体理化指标变化关系密切[17, 24]. 在通过VIF方差膨胀因子分析后, 选取Proteobacteria等前五位优势细菌门类, 利用RDA分析(图 5), 分别对DO、pH、EC、TP、TN、DTP、DIP、SAL、WT、NH4+-N和Chla这11个理化指标变化对优势附着和优势浮游细菌群落结构的水环境变化响应关系进行了对比分析.
|
圆点代表优势细菌门类, 箭头代表环境因子, 箭头的长短代表相关性的强弱 图 5 附着细菌和浮游细菌与水体理化指标参数RDA分析 Fig. 5 RDA analysis of adherent bacteria and planktonic bacteria and physical and chemical index parameters of water |
在乌梁素海表层水体中, 水体理化指标与优势附着细菌和优势浮游细菌之间确实存在一定的响应, 但对附着态和浮游态优势细菌的影响并不一致. 基于冗余分析得到DTP、EC、SAL、pH和TP (如pH中r=0.680、P=0.024, TP中r=0.539、P=0.110)是影响优势附着细菌的主要因子(图 5和表 1), Chla和DIP对优势附着细菌的解释程度最小. 而EC、SAL、DO、NH4+-N和Chla (如SAL中r=0.775、P=0.006; EC中r=0.777、P=0.007; DO中r=0.659、P=0.039)是影响优势浮游细菌的主要因子(图 5和表 1), WT对优势浮游细菌解释程度最小. 另一方面, 结合水体理化指标参数和优势细菌门类进行分析, 不难发现, 同一类细菌门类下优势附着细菌和优势浮游细菌对环境的选择大有不同. 对于N和P相关指标, 如DIP对Proteobacteria中附着细菌呈现负相关, 而对浮游细菌呈正相关. 再如, NH4+-N对Actinobacteriota中附着细菌呈正相关, 而对浮游细菌呈负相关. 对于其他指标参数, 如EC对Bacteroidota中附着细菌为正相关, 对浮游细菌为负相关.
|
表 1 附着细菌与浮游细菌和理化指标的Mantel检验1) Table 1 Mantel test of attached bacteria and planktonic bacteria and physical and chemical indexes |
3.5 KEGG代谢通路功能预测
为获得乌梁素海表层水体中细菌群落的功能, 更加全面地了解微生态系统特征, 本文利用PICRUSt2进行分析, 将获得的OTU对应的KEGG家族信息、丰度信息和代谢通路的功能丰度谱与KEGG数据库信息进行对比, 从而获得细菌群落生态功能信息.
3.5.1 第二层级代谢通路选取KEGG代谢通路的第二代谢水平进行功能预测, 结果显示: 全局概览图(global and overview maps)、碳水化合物代谢(carbohydrate metabolism)、氨基酸代谢(amino acid metabolism)、能量代谢(energy metabolism)、辅助因子和维生素代谢(metabolism of cofactors and vitamins)、膜运输(membrane transport)、信号转导(signal transduction)、细胞群落原核生物(cellular community-prokaryotes)、翻译(translation)以及复制和修复(replication and repair)是乌梁素海表水细菌群落的主要生态功能, 且浮游细菌功能丰度上都略高于附着细菌(图 6).
|
(a)乌梁素海菌群主要功能, (b)第一层级下附着细菌和浮游细菌功能占比 图 6 乌梁素海细菌群落功能预测结果 Fig. 6 Results of prediction of bacterial community function in Wuliangsu Lake |
不过, 对比KEGG数据库发现: 全局概览图、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅助因子和维生素代谢的第一层级属于代谢层级(metabolism), 该层级上附着细菌占比76.44%, 浮游细菌占比76.55%. 膜运输, 信号转导的第一层级属于环境信息处理(environmental information processing), 该层级中附着细菌占比6.33%, 浮游细菌占比6.52%. 翻译、复制和修复的第一层级属于遗传信息处理(genetic information processing), 该层级中附着细菌占比6.39%, 浮游细菌占比6.11%. 细胞群落原核生物的第一层级属于细胞过程(cellular processes), 该层级中附着细菌占比4.49%, 浮游细菌占比4.78%. 由此可见, 乌梁素海表水的代谢功能最强, 占据了整体功能的75%以上, 且附着细菌和浮游细菌的代谢功能差别不大.
3.5.2 氮和磷代谢相关分析氮和磷元素作为湖泊典型营养元素, 其迁移转化过程的分析是湖泊水环境和水生态分析过程中的关键[25, 26]. 本文基于PICRUSt2对乌梁素海表水细菌群落在第二代谢水平分析, 又进一步选取KO (KEGG orthology) 代谢通路对附着细菌和浮游细菌群落中氮和磷代谢相关的功能进行了分析. 最终在乌梁素海表水细菌群落生态功能中共选出29个氮相关的有效KO和88个磷相关的有效KO, 且各取样点的附着细菌和浮游细菌表现出一定程度的空间差异性. 通过对筛选出的基因进行归类统计, 在此选取相对丰度最高的固氮功能KO和无机磷溶解功能KO, 并分析各取样点附着细菌和浮游细菌的差异(图 7).
|
数字为各取样点的相对丰度和平均值的差值，红色取样点为低于平均值的点，黑色取样点为高于平均值的点 图 7 附着细菌和浮游细菌固氮与无机磷溶解功能丰度对比 Fig. 7 Comparison of the abundance of nitrogen-fixing function and inorganic phosphorusdissolving function of attached bacteria and planktonic bacteria |
一方面, 从固氮功能上看, 附着细菌功能丰度分布不均匀, 在湖泊中部的固氮能力最强, 最南部的固氮能力最弱, 整体呈现出先增加后降低的趋势. 相反, 浮游细菌整体分布较均匀, 只有在湖泊最南部功能丰度略高, 和附着细菌呈现出相反的情况. 具体来看, 附着细菌和浮游细菌在固氮功能丰度上呈现出高低交错的情况, 其中湖泊两端的取样点浮游细菌要高于附着细菌; 而湖泊中部的取样点附着细菌要高于浮游细菌, 即湖泊中部和湖泊两端的现象恰好相反. 另一方面, 和固氮功能不同的是, 无机磷溶解功能中附着态和浮游态的细菌分布都较为均匀, 且浮游细菌整体都强于附着细菌, 所以从总体讲, 无机磷溶解功能中浮游细菌发挥着更大的作用. 附着细菌和浮游细菌在氮磷代谢中不仅具有一定的差异性, 而且浮游细菌所发挥的作用较附着细菌更为稳定.
4 讨论在地理位置上, 乌梁素海位于黄河流域河套平原末端, 农田退水是该湖泊的主要水源, 而9月临近秋灌且春灌时滞留在湖泊中的N和P无机物和湖泊中其他元素之间逐渐达到平衡, 此时期湖泊也没有灌溉水源上的补给, 所以受到外界条件变化干扰程度较小, 这就为本研究在灌溉间隙期开展细菌群落研究提供了机会.
基于对乌梁素海表层水体中细菌群落的初步分析发现, 它和大多数淡水湖泊相似, 这些典型的淡水细菌大多隶属于Proteobacteria、Cyanobacteria、Bacteroidota、Actinobacteriota和Verrucomicrobiota, 以Actinobacteriota和Proteobacteria数量最为丰富[27], 对比此前研究发现, Proteobacteria一直以相对丰度最高成为第一大优势菌群[28, 29], 且近些年相对含量略有下降趋势. 此外, 由于农田退水的排放, 使湖泊在灌溉间隙期的富营养化程度要高于一年内其他时段, 但综合降解能力却达到最大[13, 30], 原因是可以吸收水体中N和P等无机物的Bacteroidota和Cyanobacteria在该时段发挥着重要的作用, 且它们是保证水质的关键因素[31, 32]. 进一步, 将五大优势细菌门类附着态和浮游态细菌在科水平上通过网络分析后不难发现, 附着态和浮游态细菌优势菌科存在一定差异. 一方面, 附着细菌中f_Xanthomonadaceae、f_Chthoniobacteraceae、f_Crocinitomicaceae和f_Phycisphaeraceae测度值较大, 其中f_Xanthomonadaceae和f_Chthoniobacteraceae属于优势细菌门类下的优势菌科, 分别隶属于Proteobacteria门和Cyanobacteria门.相对地, 浮游细菌中f_Chitinophagaceae和f_Chthoniobacteraceae测度值最大, 二者均为优势细菌门类下的优势菌科, 分别隶属于Bacteroidota门和Verrucomicrobiota门. 这表明虽然附着态和浮游态细菌处在相同的环境下, 但二者的优势菌科却截然不同, 且灌溉间隙期附着态Cyanobacteria门下f_Chthoniobacteraceae和浮游态Bacteroidota门下f_Chitinophagaceae是吸收湖泊中N和P等无机物的关键菌科. 另一方面, 从整体优势菌科上看, 附着细菌Cyanobacteria门下f_Chthoniobacteraceae主要和f_Pirellulaceae具有显著相关性且呈现正相关, 而浮游细菌Verrucomicrobiota门下f_Chthoniobacteraceae主要和f_Crocinitomicaceae具有显著相关性且呈现负相关. 因此, 隶属于不同细菌门类下的同一优势菌科之间存在很大程度上的差异, 并且各菌科的丰度变化可能受到灌溉间隙期湖泊中N和P等无机物的影响(图 8).
|
节点的大小表示物种丰度大小, 不同颜色表示不同的物种; 红色连线表示正相关, 绿色连线表示负相关; 线的粗细表示相关性系数的大小, 线越粗, 表示物种之间的相关性越高 图 8 附着细菌和浮游细菌在科水平上空间共现网络 Fig. 8 Spatial co-occurrence network diagram of attached bacteria and planktonic bacteria at the family level |
灌溉间隙期水体中营养元素对细菌的相对含量产生了一定的影响. 在乌梁素海中, TP的变化虽然对细菌中多数门类的相对含量改变具有明显的抑制作用, 但是却对Cyanobacteria中附着细菌具有促进作用. 对比水体理化指标参数中TP和Cyanobacteria中附着细菌在各点的分布情况, 不难发现, 二者在整体上变化趋势相同, 这说明TP和Cyanobacteria之间确实存在一定的关系. 但RDA分析后发现, TP对Cyanobacteria中浮游细菌却具有抑制作用, 这表明同一指标对同一门类下的不同形态细菌的影响程度不同, 同时这也是Cyanobacteria中附着细菌在各取样点的相对含量高于浮游细菌的关键因素. 对于其他理化指标, 如EC对Actinobacteriota中附着态和浮游态细菌也出现了上述同样的情况, 这也进一步证实了同一指标对不同形态菌群的影响存在一定的差异.
基于以上分析, 又进一步对附着细菌和浮游细菌在功能方面进行了预测. 结果表明乌梁素海表水中附着细菌和浮游细菌差异不大, 都可以很好地进行营养物质的分解吸收和维生素的摄取. 但是, 在固氮功能和无机磷溶解功能上, 附着细菌和浮游细菌表现出一定的差异. 在KO代谢通路中, 由于湖泊中部Verrucomicrobiota细菌门类中附着细菌相对含量的增加, 导致了湖泊中部附着细菌的固氮能力增强, 这表明固氮功能明显受到Verrucomicrobiota细菌门类中附着细菌含量的影响. 对应地, 笔者发现各取样点中Proteobacteria和Actinobacteriota的浮游细菌在相对含量上均高于附着细菌, 这和无机磷溶解功能中各取样点变化趋势相同(除WL-7取样点外), 而Proteobacteria和Actinobacteriota又和P等营养元素之间关系密切[3], 说明Proteobacteria和Actinobacteriota菌群在无机磷溶解功能上发挥着更大的作用. 综合两种功能来看, 浮游细菌在能量流动方面发挥着更重要的作用, 这和此前的研究结果保持一致[33].
5 结论(1) 乌梁素海表层水体进行抽平分析后共得到OTU为7 616个, 并将附着细菌和浮游细菌对比后发现, 前者群落多样性要大于后者. 湖泊内细菌群落主要由Proteobacteria、Actinobacteriot、Bacteroidota、Verrucomicrobiota和Cyanobacteria组成(总体达到90%以上), 和大多数淡水湖泊组成相似. 同时, 湖泊内优势附着态细菌和优势浮游态细菌与理化指标之间存在不同的响应关系. 例如, 优势附着态细菌主要和DTP、EC、SAL、pH和TP等具有显著相关性, 而优势浮游态细菌主要和DO、EC、SAL、NH4+-N和Chla等表现出相关性.
(2) PICRUSt2功能预测分析表明, 附着细菌和浮游细菌总体功能差异不大, 二者的第一层级主要包括代谢、环境信息处理、遗传信息处理和细胞过程等功能, 第二层级主要包括碳水化合物代谢、能量代谢和信号转导等功能, 其中, 代谢功能以相对含量最高占据绝对优势. 进一步在第二层级上对N和P营养元素所发挥的功能进行深入预测后, 共得到29个氮相关的有效KO和88个磷相关的有效KO, 其中以固氮功能和无机磷溶解功能最强. 虽然二者在空间分布上表现出一定的差异性, 但无机磷溶解功能所表现的差异性更为明显, 且整体上浮游细菌在两种功能中发挥着更大的作用.
| [1] | Garcia S L, Salka I, Grossart H P, et al. Depth-discrete profiles of bacterial communities reveal pronounced spatio-temporal dynamics related to lake stratification[J]. Environmental Microbiology Reports, 2013, 5(4): 549-555. DOI:10.1111/1758-2229.12044 |
| [2] | Baatar B, Chiang P W, Rogozin D Y, et al. Bacterial communities of three saline meromictic lakes in central Asia[J]. PLoS One, 2016, 11(3). DOI:10.1371/journal.pone.0150847 |
| [3] |
李文宝, 杨旭, 田雅楠, 等. 冰封状态下达里湖冰-水中浮游细菌群落结构差异[J]. 环境科学, 2021, 42(5): 2276-2286. Li W B, Yang X, Tian Y N, et al. Changes in the bacterioplankton community between "ice" and "water" in the frozen Dali lake[J]. Environmental Science, 2021, 42(5): 2276-2286. |
| [4] | Kanukollu S, Wemheuer B, Herber J, et al. Distinct compositions of free-living, particle-associated and benthic communities of the Roseobacter group in the north sea[J]. FEMS Microbiology Ecology, 2016, 92(1). DOI:10.1093/femsec/fiv145 |
| [5] |
赵君, 王鹏, 徐启渝, 等. 袁河流域不同土地利用方式下河流浮游细菌群落结构特征[J]. 环境科学学报, 2020, 40(3): 890-900. Zhao J, Wang P, Xu Q Y, et al. Effects of land use in drainage basin on bacterioplankton communities in the Yuan river[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2020, 40(3): 890-900. |
| [6] |
任丽娟, 何聃, 邢鹏, 等. 湖泊水体细菌多样性及其生态功能研究进展[J]. 生物多样性, 2013, 21(4): 421-432. Ren L J, He D, Xing P, et al. Bacterial diversity and ecological function in lake water bodies[J]. Biodiversity Science, 2013, 21(4): 421-432. |
| [7] |
昝帅君, 樊景凤, 明红霞, 等. 辽河口浮游细菌和附着细菌群落结构及多样性分析[J]. 海洋环境科学, 2016, 35(4): 594-599. Zan S J, Fan J F, Ming H X, et al. Associated and free-living bacteria community structure and diversity of liaohe estuary[J]. Marine Environmental Science, 2016, 35(4): 594-599. |
| [8] |
魏佳明, 崔丽娟, 李伟, 等. 表流湿地细菌群落结构特征[J]. 环境科学, 2016, 37(11): 4357-4365. Wei J M, Cui L J, Li W, et al. Characteristics of bacterial communities in surface-flow constructed wetlands[J]. Environmental Science, 2016, 37(11): 4357-4365. |
| [9] | Ji P, Rhoads W J, Edwards M A, et al. Impact of water heater temperature setting and water use frequency on the building plumbing microbiome[J]. The ISME Journal, 2017, 11(6): 1318-1330. DOI:10.1038/ismej.2017.14 |
| [10] |
全栋, 史小红, 赵胜男, 等. 2006—2017年乌梁素海夏季水体营养状态及影响因子[J]. 湖泊科学, 2019, 31(5): 1259-1267. Quan D, Shi X H, Zhao S N, et al. Eutrophication of Lake Ulansuhai in 2006-2017 and its main impact factors[J]. Journal of Lake Sciences, 2019, 31(5): 1259-1267. |
| [11] |
李卫平, 滕飞, 杨文焕, 等. 乌梁素海冰封期冰—水中污染物空间分布特征及污染评价[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(2): 122-128, 144. Li W P, Teng F, Yang W H, et al. Spatial distribution characteristics and pollution assessment of ice-water pollutants during the ice-sealing period in Wuliangsuhai[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(2): 122-128, 144. |
| [12] |
田野, 冯启源, 唐明方, 等. 基于生态系统评价的山水林田湖草生态保护与修复体系构建研究——以乌梁素海流域为例[J]. 生态学报, 2019, 39(23): 8826-8836. Tian Y, Feng Q Y, Tang M F, et al. Ecological protection and restoration of forest, wetland, grassland and cropland based on the perspective of ecosystem assessment: a case study in Wuliangsuhai watershed[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(23): 8826-8836. |
| [13] |
马雪鑫, 李畅游, 史小红, 等. 乌梁素海水环境容量分析[J]. 灌溉排水学报, 2019, 38(6): 105-112. Ma X X, Li C Y, Shi X H, et al. Environment capacity of the Wuliangsuhai Lake[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(6): 105-112. |
| [14] |
姜涛, 张生, 赵胜男, 等. 乌梁素海盐分在冰-水-沉积物间的分布及迁移特征[J]. 湖泊科学, 2019, 31(4): 969-975. Jiang T, Zhang S, Zhao S N, et al. Distribution and migration characteristics of salinity in ice-water-sediment in lake Ulansuhai[J]. Journal of Lake Sciences, 2019, 31(4): 969-975. |
| [15] |
全栋, 张生, 史小红, 等. 环境因子对乌梁素海水体营养状态的影响: 基于2013-2018年监测数据的分析[J]. 湖泊科学, 2020, 32(6): 1610-1619. Quan D, Zhang S, Shi X H, et al. Impact of water environment factors on eutrophication status of lake Ulansuhai based on monitoring data in 2013-2018[J]. Journal of Lake Sciences, 2020, 32(6): 1610-1619. |
| [16] | Yang C Y, Wang Q, Simon P N, et al. Distinct network interactions in particle-associated and free-living bacterial communities during a Microcystis aeruginosa bloom in a plateau lake[J]. Frontiers in Microbiology, 2017, 8. DOI:10.3389/fmicb.2017.01202 |
| [17] |
杜蕾, 李文宝, 杨旭, 等. 达里诺尔湖夏季水体浮游细菌群落垂向变化特征差异[J]. 地球科学, 2020, 45(5): 1818-1829. Du L, Li W B, Yang X, et al. Vertical changes of planktonic bacteria community and predictive functional analysis in summer Dali-nor Lake[J]. Earth Science, 2020, 45(5): 1818-1829. |
| [18] | Chen S F, Zhou Y Q, Chen Y R, et al. Fastp: an ultra-fast all-in-one FASTQ preprocessor[J]. Bioinformatics, 2018, 34(17): i884-i890. DOI:10.1093/bioinformatics/bty560 |
| [19] | Magoč T, Salzberg S L. FLASH: fast length adjustment of short reads to improve genome assemblies[J]. Bioinformatics, 2011, 27(21): 2957-2963. DOI:10.1093/bioinformatics/btr507 |
| [20] | Stackebrandt E, Goebel B M. Taxonomic note: a place for DNA-DNA reassociation and 16S rRNA sequence analysis in the present species definition in bacteriology[J]. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 1994, 44(4): 846-849. DOI:10.1099/00207713-44-4-846 |
| [21] | Zhou L, Wang P F, Huang S H, et al. Environmental filtering dominates bacterioplankton community assembly in a highly urbanized estuarine ecosystem[J]. Environmental Research, 2021, 196. DOI:10.1016/j.envres.2021.110934 |
| [22] | Chao A N. Nonparametric estimation of the number of classes in a population[J]. Scandinavian Journal of Statistics, 1984, 11(4): 265-270. |
| [23] | Rogers M B, Firek B, Shi M, et al. Disruption of the microbiota across multiple body sites in critically ill children[J]. Microbiome, 2016, 4. DOI:10.1186/s40168-016-0211-0 |
| [24] | Kirchman D, Dittel A, Findlay S, et al. Changes in bacterial activity and community structure in response to dissolved organic matter in the Hudson River, New York[J]. Aquatic Microbial Ecology, 2004, 35(3): 243-257. |
| [25] | Zhang T, Shao M F, Ye L. 454 Pyrosequencing reveals bacterial diversity of activated sludge from 14 sewage treatment plants[J]. The ISME Journal, 2012, 6(6): 1137-1147. DOI:10.1038/ismej.2011.188 |
| [26] |
李亚莉, 杨正健, 许尤, 等. 清江上游利川段浮游细菌群落结构特征及其影响因素[J]. 生态学杂志, 2020, 39(11): 3756-3765. Li Y L, Yang Z J, Xu Y, et al. Community structure of planktonic bacteria and its driving factors along the upstream area of Qingjiang river in Lichuan city, Hubei province[J]. Chinese Journal of Ecology, 2020, 39(11): 3756-3765. |
| [27] | Newton R J, Jones S E, Eiler A, et al. A guide to the natural history of freshwater lake bacteria[J]. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2011, 75(1): 14-49. DOI:10.1128/MMBR.00028-10 |
| [28] |
张胜男, 赵吉睿, 张晓军, 等. 乌梁素海浮游细菌群落结构及其对富营养化因子的响应[J]. 微生物学通报, 2014, 41(6): 1082-1093. Zhang S N, Zhao J R, Zhang X J, et al. Planktonic bacterial community structure and its response to eutrophic factors in Lake ULanSuHai[J]. Microbiology China, 2014, 41(6): 1082-1093. |
| [29] |
李靖宇, 杜瑞芳, 赵吉. 乌梁素海富营养化湖泊湖滨湿地过渡带细菌群落结构的高通量分析[J]. 微生物学报, 2015, 55(5): 598-606. Li J Y, Du R F, Zhao J. High-throughput analysis of bacterial community of transition zone in littoral wetland of Wuliangsuhai Eutrophic lake[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2015, 55(5): 598-606. |
| [30] |
杜丹丹, 李畅游, 史小红, 等. 乌梁素海水体营养状态季节性变化特征研究[J]. 干旱区资源与环境, 2019, 33(12): 186-192. Du D D, Li C Y, Shi X H, et al. Seasonal changes of nutritional status of lake Wuliangsuhai[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2019, 33(12): 186-192. |
| [31] |
王天宇, 赵文, 尹东鹏, 等. 北京市各种水体蓝细菌物种多样性研究[J]. 微生物学杂志, 2020, 40(2): 31-43. Wang T Y, Zhao W, Yin D P, et al. Species diversity of cyanobacteria in various waters in Beijing[J]. Journal of Microbiology, 2020, 40(2): 31-43. DOI:10.3969/j.issn.1005-7021.2020.02.004 |
| [32] |
罗同阳, 高庆华, 董聪, 等. 白洋淀水域夏季细菌群落结构及与环境因子的关系[J]. 淡水渔业, 2021, 51(1): 96-102. Luo T Y, Gao Q H, Dong C, et al. Bacterial community structure in Baiyangdian lake in summer and its relationship with environmental factors[J]. Freshwater Fisheries, 2021, 51(1): 96-102. DOI:10.3969/j.issn.1000-6907.2021.01.013 |
| [33] |
邓茹, 陈曦, 裘丽萍, 等. 基于高通量测序及Biolog-ECO方法的雄安新区鲥鯸淀细菌群落结构与功能多样性分析[J]. 大连海洋大学学报, 2021, 36(5): 752-759. Deng R, Chen X, Qiu L P, et al. High-throughput sequencing and Biolog-ECO method were used to analyze the bacterial community structure and functional diversity in the Shihou Lake of Xiong'an area[J]. Journal of Dalian Ocean University, 2021, 36(5): 752-759. |