云南高原不同营养型湖泊功能菌群群落结构特征及多样性研究

【摘要】：抚仙湖、星云湖位于我国西南边陲,是我国重要的高原淡水湖泊资源。两个湖泊地处高原,对环境变化比较敏感,在调节气候,维持生态环境可持续发展具有重要作用。湖泊生态系统中元素循环功能微生物菌群对于湖泊生物的生长繁殖、调控湖泊生态环境及水质的净化具有非常重要的作用。本研究以抚仙湖、星云湖水体和沉积物为研究对象进行元素循环微生物功能基因多样性、基因丰度的探究,通过功能基因扩增子测序对抚仙湖、星云湖元素循环功能微生物菌群结构组成、丰度及其与湖泊环境因子的相关性进行了研究。主要研究结果如下:1.云南高原湖泊抚仙湖、星云湖水样和沉积物的环境因子差异显著。抚仙湖水体透明度高于星云湖,星云湖水体水温、溶解氧、pH、叶绿素a均高于抚仙湖,抚仙湖和星云湖水体中的叶绿素a都有季节性规律,星云湖的化学需氧量(COD)远高于抚仙湖,星云湖水体和沉积物中氮、磷含量均高于抚仙湖。不同的功能微生物菌群受环境因子影响不同:两湖氮循环微生物菌群受总氮、总磷、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、钠、钾等影响较大;两湖磷循环微生物菌群受总磷、铵态氮、溶解氧(DO)、正磷酸盐、钙、镁等影响较大;两湖硫循环微生物菌群受总磷、铵态氮、溶解氧(DO)钙、镁、pH等影响较大。2.云南高原湖泊抚仙湖、星云沉积物中功能基因多样性受季节性影响显著。氮循环中nirS型反硝化菌、nosZ型反硝化菌多样性较为丰富。两个湖泊沉积物中amoA基因多样性受湖泊富营养化影响不显著,氨氧化古菌受湖泊富营养化影响较小。参与元素循环的nirS基因、nosZ基因、mcrA基因、phoD基因、dsrB基因受季节性影响显著。不同功能基因丰度因所处环境的不同,丰度也不相同:碳、磷循环的mcrA基因、phoD基因在水样中丰度较高,而硫循环dsrB基因丰度沉积物含量高,氮循环功能基因丰度各有差异。抚仙湖、星云湖水体中不同元素循环的功能基因受富营养化程度影响较大。星云湖水体中nirS基因、nosZ基因、amoA(AOB)基因、phoD基因、dsrB基因的基因丰度均大于抚仙湖水体。湖泊元素循环功能微生物菌群与产毒蓝藻呈显著正相关,其中氮循环中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)、反硝化菌群(nirS)对产毒蓝藻影响较大,推测元素循环功能微生物菌群的活动影响产毒蓝藻的产毒机制。3.对两湖功能微生物群落结构组成研究发现:基于nirS基因进行扩增子测序,抚仙湖、星云湖沉积物中nirS型功能微生物菌群主要以需氧去氮菌属(Thauera)、假单胞菌属(Pseudomonas)等群落为主,而发硫菌属(Thiothrix)为抚仙湖所特有的微生物群落。基于phoD基因进行扩增子测序,抚仙湖、星云湖沉积物中phoD型功能微生物菌群主要以芽孢杆菌属(Bacillus)、链霉菌属(Streptomyces)、黄单胞菌属(Xanthomonas)等群落为主。基于dsrB基因进行扩增子测序,抚仙湖、星云湖沉积物中dsrB型功能微生物菌群主要以脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)等群落为主。