北大港水库微生物群落的空间分布特征.pdf

北大港水库微生物群落的空间分布特征谢钰环1,2，李海明1,2，张翠霞1,2，李梦娣1,2，苏思慧1,2（1.天津科技大学滨海地下水利用与保护实验室,天津300457；2.天津科技大学海洋与环境学院,天津300457）摘要：天津北大港水库水质存在咸化问题，水质咸化可能会导致微生物群落组成和多样性发生显著变化。为探究水质咸化条件下水库微生物群落组成的空间分布特征，于 2021 年 12 月在北大港水库采集表层、中层和底层的水样，利用高通量测序技术，对北大港水库不同深度及上下游的微生物群落组成及多样性进行分析，并探究溶解性总固体与微生物群落的关系。结果表明：北大港水库的溶解性总固体（totaldissolvedsolids,TDS）质量浓度在表层、中层和底层存在差异，下游高于上游。微生物的主要优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门，变形菌门的相对丰度均超过 50%。优势菌属是 Clade_III 未定属（相对丰度 1.1072.72）和黄杆菌属（Flavobacterium相对丰度 0.3220.09），Clade_III 未定属的相对丰度上游高于下游，黄杆菌属的相对丰度表层高于中层和底层。上游水体表层的微生物群落组成与中层、底层的微生物群落组成存在显著差异，下游在不同深度微生物群落组成差异不显著，中层和底层的微生物群落组成存在相似性。Chao1 和 Shannon 指数表现出表层中层3000mg/L 时其丰度降低。关键词：北大港水库；溶解性总固体；微生物群落组成；多样性；空间分布中图分类号：TU991文献标志码：ADOI：10.13476/ki.nsbdqk.2023.0093目前，天津市滨海地区的北大港水库存在水质咸化问题1，针对其已有的研究主要集中在咸化规律及机理等方面2，对于微生物群落结构的研究较少。微生物是水生生态系统中的重要组成部分，微生物的群落结构与水质状况密切相关3。水环境因子影响微生物生长代谢，微生物反过来也会影响水体环境4，研究微生物在咸化水库的群落分布具有重要意义，不仅能够认识微生物群落的结构组成以及与盐度的关系，还能为高盐水体治理提供生物修复方面的理论依据5。水库微生物群落组成受环境因素的影响较大，过去对于水库微生物的研究也主要集中在环境因素和群落多样性，主要关注水环境变化后微生物群落的特征。例如：赵文等6对我国饮用水源水库微生物的丰度和多样性等研究表明水质的优劣与水体中微生物密切相关；文新宇等7研究表明水体营养程度对水库微生态有重要影响，微生物群落丰度和多样性是水体重要生态学指标；孙寓姣等8发现官厅水库环境因子与微生物群落有较强的联系；彭青等9研究表明青沙草水库蓄水期间水质变化会影响微生物群落结构；Yan 等10研究表明饮用水源水库真核生物群落组成与浮游植物的动态受到环境的显著影响；陈宇琛等11的研究表明环境因素是影响微生物群落的主要因素。然而对水库水质咸化这一环境条件影响下微生物群落组成仍不清楚，水库不同水深不同微生物间比较也需要进一步探究12。因此要了解水库水质咸化条件下微生物群落结构的空间分布特征，还需要从不同盐度影响下水库水平及垂直方向上微生物群落组成的角度进一步探究。目前研究微生物群落的对象主要是湖泊、滨海地区和海洋，而对饮用水源水库的研究13较少，而收稿日期：2023-04-19修回日期：2023-09-12网络出版时间：2023-09-27网络出版地址：https:/ TDS 的空间分布，利用高通量测序技术对微生物群落进行分析，了解北大港水库微生物群落组成结构的空间分布特征，探究水库微生物群落组成与 TDS 的关系，探究水库咸化水体对微生物群落结构的影响，可为水库水质的生物修复及生态功能的研究和北大港水库供水和水资源利用功能的发挥提供科学支持。1材料和方法1.1研究区概况北大港水库是“引黄济津”工程的唯一蓄水水库15，是位于天津市东南部滨海大港区的一座大型平原水库，于 1980 年建成，东临渤海湾，北与独流减河共堤毗邻，集水面积 150km2，多年平均降水量533.3mm，多年平均蒸发量 1159.9mm16-17。它具有防洪、蓄水和供水等多种功能，是天津市重要水源之一，为天津的发展提供了较大的社会效益。水库蒸发量大、水深浅、底泥含盐量高18，引黄水进入水库蓄存一段时间后水质存在咸化问题，咸化的主要原因包括盐碱土向水中的传质作用、蒸发浓缩作用、风对水体的扰动等19，水质咸化问题极大影响了北大港水库的饮用水源水库功能的发挥。1.2样品采集样品于 2021 年 12 月在北大港水库采集，为了使所取水样代表北大港水库水质状况，选取环北大港水库的 9 个闸口：排咸闸（PXZ）、三号泄水闸（SHXS）、十号调节闸（SHTJ）、南岸进水闸（NAJS）、赵连庄闸（ZLZ）、马圈进水闸（MJ）、大港农场闸（DGNC）、刘岗庄闸（LGZ）和沙井子闸（SJZ），涵盖了水库四周。根据水流流向将采样点位划分为上游和下游，其中上游包括南岸进水闸、赵连庄闸、马圈进水闸、大港农场闸、刘岗庄闸和沙井子闸 6 个闸口；下游包括排咸闸、三号泄水闸和十号调节闸3 个闸口。采样点分布见图 1，在水库水面以下使用灭菌的聚乙烯塑料桶采集水样，在每个闸口对 3 个位置表层（水面 50cm 以下）、底层（沉积物 50cm 以上）及中层（介于表层和底层水之间，中层深度不同点位有所不同）的水样进行采集，样品编号中 1 表示表层水样，2 表示中层水样，3 表示底层水样，样品编号为 PXZ-1（PXZ 点表层水样）、PXZ-2（PXZ 点中层 水 样）、PXZ-3（PXZ 点 底 层 水 样）、SHXS-1、SHXS-2 和 SHXS-3 等。为了探究水库 TDS 与微生物群落的空间分布及两者的关系，进行了 TDS 和微生物的测定。NAJSZLZMJDGNCLGZSJZSHXSPXZN02.55.0 kmSHTJ图例采样点水体流向图1北大港水库采样点位置Fig.1LocationofsamplingpointsinBeidagangReservoir1.3水样理化指标的测定对所有水样的 TDS 质量浓度进行测定，测定方法依据地下水质分析方法。1.4微生物样品的测定进行微生物分析的水样需要用 0.22m 的滤膜过滤，将滤膜放置于无菌的离心管在80 的冰箱保存，将离心管放到干冰中送检。采用 DNA 抽提试剂盒对样本的基因组 DNA进行提取，之后利用琼脂糖凝胶电泳检测 DNA 的纯度和浓度，以样本的基因组 DNA 为模板，根据测序区域的选择，使用带 Barcode 的特异引物，Takara公司的 TakaraExTaq 高保真酶进行 PCR，确保扩增效率和准确性。细菌多样性鉴定对应区域为 16SV3-V4 区，引物 343F（TACGGRAGGCAGCAG）和798R（AGGGTATCTAATCCT）。PCR 扩增产物使用琼脂糖凝胶电泳检测。然后使用 AMPureXPbeads 磁珠纯化，纯化后作为二轮 PCR 模板，并进行二轮 PCR 扩增。再次使用磁珠纯化，取纯化过的二轮产物进行 Qubit 定量，然后调整浓度进行测序。使用 IlluminaNovaSeq6000 测序平台进行测序，测序由上海欧易生物技术有限公谢钰环，等北大港水库微生物群落的空间分布特征973司完成。1.5数据分析应用欧易生物云平台根据测序数据绘制水体不同 深 度 的 扩 增 子 序 列 变 异（amplicon sequencevariant,ASV）（由 DADA2 方法去噪，拼接等质控操作后产生的每个去重的特征序列）分布的韦恩图、细菌门水平和属水平的柱状图，优势菌属的聚类热图，以及不同 TDS 质量浓度下纲水平和科水平微生物组成。利用 SPSS 软件对 TDS 与 Alpha 多样性指数、TDS 与 纲 水 平 和 科 水 平 优 势 菌 属 进 行Spearman 相关性分析，利用 GraphPadPrism9 软件对 Alpha 多样性指数差异显著性进行分析。2结果与分析2.1北大港水库 TDS 的空间分布特征北大港水库水体的 TDS 质量浓度值（简称TDS 值）范围为 10756231mg/L，依据 TDS 值对水库水质分类，属于微咸水（1g/LTDS 值10g/L）。在垂直方向上，TDS 值在表层、中层和底层存在明显差异，SHXS 和 SHTJ 底层的 TDS 值明显高于表层，也高于其他点位，可能是由于水库下游承接独流减河下游，且距离渤海湾近。其他采样点 TDS 值在垂直方向上变化较小，但表现出底层略高于表层的特征；在水平方向上，下游 TDS 值高于上游，下游 SHXS 和 SHTJ 的 TDS 值明显高于上游，而 PXZ在表、中、底层的 TDS 值均较低，上游 NAJS 和SJZ 的 TDS 值较高。不同深度的 TDS 值分布见表 1。2.2水质咸化环境下微生物群落的空间分布特征根据测序数据绘制北大港水库水体 ASV 分布的韦恩图，见图 2。北大港水库水体中微生物群落共有 5175 个 ASV 序列。上游表层有 872 个微生物序列，独有的微生物序列有 425 个；中层有 2173个微生物序列，独有的微生物序列有 883 个；底层有 2430 个微生物序列，独有的微生物序列有 1136个；上游表层、中层、底层共有的微生物序列有351 个。下游表层有 764 个微生物序列，独有的微生物序列有 331 个；中层有 1333 个微生物序列，独有的微生物序列有 438 个；底层有 1680 个微生物序列，独有的微生物序列有 811 个；下游表层、中层、底层共有的微生物序列有 265 个。(a)上游表层中层表层中层底层底层底层(b)下游表层中层表层中层底层42546351508938831 1368117153326597331438图2水库上游和下游不同深度 ASV 分布的韦恩图Fig.2VennplotofASVdistributionatdifferentdepthsupstreamanddownstreamoftheBeidagangReservoir对水库微生物群落门水平相对丰度前 10 的物种进行分析，结果见图 3。水库水样中共检测到 35个门，各采样点位相对丰度最高的前 3 种优势菌门为变形菌门(Proteobacteria，相对丰度 5084)、拟杆菌门(Bacteroidetes，相对丰度 4.735)和放线菌门(Actinobacteria，相对丰度 0.5126.8)，表1北大港水库不同深度的 TDS 值分布Tab.1StatisticsofTDSmassconcentrationatdifferentdepthsofBeidagangReservoir样品编号TDS质量浓度/（mgL1）表层中层底层上游DGNC166215751616MJ168416971699LGZ200619151932ZLZ245224072416NAJS286328262893SJZ287829072923下游PXZ117710751099SHXS113511664004SHTJ114439236231第21卷第5期南水北调与水利科技（中英文）2023年 10 月974这 3 种菌门的相对丰度之和占 85以上。这 3 种菌门在表层的相对丰度之和高于中层和底层。中层和底层的优势门类的多样性高于表层，厚壁菌门（Firmicutes，相对丰度 0.122.31）、蛭弧菌门（Bdellovibrionota，相 对 丰 度 0.02 1.70）、Myxococcota（相对丰度03.23）和Gemmatimonadota（相对丰度 01.77）等在中层和底层的个别采样点也有较大优势，Firmicutes 在 LGZ-3 相对丰度最高，Bdellovibrionota在 ZLZ-3 相对丰度最高。变形菌门在 SJZ-1、SHTJ-2、SHTJ-3 和 SHXS-3 点位的相对丰度随着盐度的增加有升高的趋势。疣微菌门（Verrucomicrobiota）在 SJZ-2、SHTJ-2、SHTJ-3和 SHXS-3 点位的相对丰度升高，这几个点位的TDS 值较高，表明疣微菌门能够耐受较高的盐度。DGNCDGNCMJMJDGNCMJLGZLGZLGZZLZZLZZLZNAJSNAJSNAJSSJZSJZSJZ SHXSSHXSSHXSSHTJSHTJSHTJPXZPXZPXZ00.250.50相对丰度0.751.00表层中层上游下游底层表层中层底层ProteobacteriaBacteroidotaActinobacteriotaFirmicutesBdellovibrionotaMyxococcotaGemmatimonadotaDesulfobacterotaVerrucomicrobiotaAcidobacteriotaOthers门水平图3门水平微生物群落组成相对丰度变化（同一深度 TDS 值从左到右增加）Fig.3Changesoftherelativeabundanceofphylum-levelmicrobialcommunities(TDSvalueincreasesfromlefttorightatthesamedepth)北大港水库水体属水平微生物群落组成见图 4，水体中共检测到648 个属。第一优势菌属为Clade_III未定属（相对丰度 1.1072.72），在空间上的分布差异较大，Clade_III 未定属在上游的相对丰度高于下游。第二优势菌属是拟杆菌门的黄杆菌属（Flavobac-terium，相对丰度 0.3220.09），整体上黄杆菌属的相对丰度表层高于中层和底层。Sporichthyaceae科未定属的相对丰度（010.37）在表层高于中层和底层。Aquabacterium的相对丰度（017.45）表层明显低于中层和底层，在下游个别站位Aquabacterium的相对丰度高于 Clade_III未定属，成为最优势菌属。Perlucidibaca 的相对丰度（012.16）在下游表层点位明显高于其他点位，这些点位的 TDS 值均较低，Perlucidibaca 能在低盐度的环境中生长良好。选取所有水样相对丰度排名前 30 的属，从纵向（样品信息）和横向（物种注释信息）两个层面进行聚类，根据 Z 值可以判断细菌在样品中聚集含量的多少，即红色表示物种相对丰度较高，蓝色表示物种相对丰度较低。如图 5 所示，水样在菌群组成上上 游 和 下 游 存 在 显 著 差 异，Clade_III、CL500-29_marine_group、NS3a_marine_group 在盐度较高的点位相对丰度较高，Aquabacterium、Arenimonas、Algoriphagus和Pedobacter 在盐度较低的点位相对丰度较高，Candidatus_Nitrotoga 在盐度最高的点位（SHXS-3）相对丰度最高，除了上述菌属，其他菌属均表现出在盐度较低的点位相对丰度较高而在盐度较高的点位相对丰度较低。基于 Bray-Curtis 距离矩阵对北大港水库水体上游和下游微生物属水平进行 PCoA 分析，探究微生物群落结构组成的差异性，图中采样点距离越近微生物组成越相似。由图 6 可知，上游 PCoA 两个轴的总解释量为 65.81，下游 PCoA 两个轴的总解释量为 75.77。上游表层微生物群落分布在第二、三象限，中层和底层主要分布在第一、二和四象限，并且聚在一起，微生物群落结果呈现相似性；下游表层的采样点主要分布在三、四象限，中层和底层主要分布在一、二象限，中层和底层的微生物群落组成存在相似性。通过 PERMANOVA 组间差异检验进一步表明，上游不同深度的微生物群落存在显著的差异性（p0.05）。PCoA 分析显示水库水体样品按照不同谢钰环，等北大港水库微生物群落的空间分布特征975TDS 值聚集，水样聚集具有盐度趋势，下游的 SHXS-2 和 SHXS-3群落差异较大，可能与该点位中层和底层 TDS 值差异较大有关。DGNCDGNCMJMJDGNCMJLGZLGZLGZZLZZLZZLZNAJSNAJSNAJSSJZSJZSJZ SHXSSHXSSHXSSHTJSHTJSHTJPXZPXZPXZ00.250.50相对丰度0.751.00表层中层上游下游底层表层中层底层属水平Clade_IIIFlav obacteriumhgcl_cladeSporichthyaceaeAquabacteriumPerlucidibacaLimnobacterCL500-29_marine_groupLimnohabitansNS11-12_marine_groupMycobacteriumArenimonasAlgoriphagusNevskiaFluviicolaGKS98_freshwater_groupPseudohongiellaCandidatus_PlanktophilaPoly nucleobacterRhodoferaxPedobacterHydrogenophagaPeM15SphingorhabdusCandidatus_AquirestisCandidatus_NitrotogaPseudorhodobacterOM60(NOR5)_cladeCandidatus_LimnolunaNS3a_marine_groupOthers图4属水平微生物群落组成相对丰度变化（同一深度 TDS 值从左到右增加）Fig.4Changesofrelativeabundanceofgenus-levelmicrobialcommunities(TDSvalueincreasesfromlefttorightatthesamedepth)Clade_IIIFlav obacteriumhgcl_cladeSporichthyaceaeAquabacteriumPerlucidibacaLimnobacterCL500-29_marine_groupLimnohabitansNS11-12_marine_groupMycobacteriumArenimonasAlgoriphagusNevskiaFluviicolaGKS98_freshwater_groupPseudohongiellaCandidatus_PlanktophilaPoly nucleobacterRhodoferaxPedobacterHydrogenophagaPeM15SphingorhabdusCandidatus_AquirestisCandidatus_NitrotogaPseudorhodobacterOM60(NOR5)_cladeCandidatus_LimnolunaNS3a_marine_groupGroupGroup4A 上游样品B 下游样品2024PXZ-2PXZ-3SHXS-1SHTJ-1SHXS-2PXZ-1MJ-2MJ-1MJ-3DGNC-1DGNC-2DGNC-3LGZ-2LGZ-3LGZ-1ZLZ-2ZLZ-3ZLZ-1NAJS-2NAJS-1NAJS-3SJZ-1SJZ-2SJZ-3SHTJ-2SHTJ-3SHXS-3图5水库所有水样属水平细菌相对丰度聚类（样品从左到右 TDS 值增加）Fig.5BacterialrelativeabundanceclustersatthegenuslevelofallwatersamplesinBeidagangReservoir(TDSvalueincreasedfromlefttoright)2.3水质咸化环境下微生物群落的多样性空间变化表 2 为北大港水库所有采样点 Alpha 多样性指数。Coverage 值都在 0.999 以上，表明水库微生物样品的测序深度覆盖了所有微生物物种。Observedspecies 在 226.51098.9，中层和底层的 Observed第21卷第5期南水北调与水利科技（中英文）2023年 10 月976species 高于表层。Chao1 指数和 ACE 指数是丰富度指数，Chao1 指数在 230.861111.04，ACE 指数在 234.121105.94；在垂直方向上，中层和底层的Chao1 指数和 ACE 指数高于表层，表明中层和底层水体微生物丰富度高于表层；丰富度指数 Chao1 和ACE 指数在空间上的变化趋势是一样的，均在 SJZ-1 最低，在 ZLZ-3 最高。水体微生物丰富度 Chao1指数在中层显著高于表层（p0.01），底层显著高于表层（p0.05）。见图 7。0.40.40.200.20.40.2PC1(解释量 37.08%)(a)上游(b)下游PERMANOVA P value:0.002PERMANOVA P value:0.095PC2(解释量 28.73%)00.20.40.30.3SurfaceGroupMiddleBottomSurfaceGroupMiddleBottom00.30.60PC1(解释量 41.41%)PC2(解释量 34.36%)0.30.6图6水库上游和下游 PCoA 分析Fig.6AnalysisofPCoAupstreamanddownstreamoftheBeidagangReservoirShannon 和 Simpson 指数是反应微生物群落多样性的指数，指数的数值越大，表明微生物群落的多样性越高。Shannon 指数在 2.807.54，Simpson指数在 0.560.98，PXZ 的 Shannon 和 Simpson 指数最高，SJZ-1 的 Shannon 和 Simpson 指数最低。在垂直方向上，中层的 Shannon 指数高于表层的，底层的 Shannon 指数高于中层的，但没有显著性差异（p0.05），微生物群落受环境影响十分复杂；在水平方向上，下游的 Shannon 指数高于上游，但无显著性差异（p0.05）。见图 7。表 3 为 Alpha 多样性指数与 TDS 值的斯皮尔曼（Spearman）相关性分析结果，Observedspecies、Chao1、ACE 指数与 TDS 值无显著相关性，Shannon和 Simpson 指数与 TDS 值呈极显著（p3000mg/L 时相对丰度达到 60.92%；当 TDS 值 2 000 mg/L，Alphaproteo-bacteria 相对丰度的波动变大。Gammaproteobacteria的相对丰度在 TDS 值最低和最高的点位均较高，说明 Gammaproteobacteria 能够耐受较大范围的盐度变化。随着 TDS 值的增加，Bacteroidia 的相对丰度没有明显差异，波动范围小于 10%。Spearman 相关性分析（表 4）表明，Alphaproteobacteria 的相对丰度与水库TDS 值呈极显著（p0.01）正相关，Gammaproteo-bacteria 的相对丰度与 TDS 值呈极显著（p0.01）负相 关，Bacteroidia 的 相 对 丰 度 与 TDS 值 呈 显 著（p0.05）负相关，Verrucomicrobiae 的相对丰度与TDS 值呈极显著（p3000mg/L 时，Comamonadaceae和 Sporichthyaceae 的 相对丰度较低，即它们能够在 TDS 值较低的环境中生长良好，在 TDS 值较高的环境中可能会抑制它们生长。Spearman 相关性分析（表 4）表明，Clade_III 的相对丰度与水库 TDS 值呈极显著（p0.01）正相关，Comamonadaceae 的相对丰度与水库 TDS 值呈极显著（p0.01）负相关。表2北大港水库水体微生物群落 Alpha 多样性指数Tab.2AlphadiversityindexofmicrobialcommunityinBeidagangReservoir样品Goods_coverageObserved_speciesChao1ACESimpsonShannonDGNC-10.9997377381.61385.420.976.43MJ-10.9997365368.78372.520.925.62LGZ-10.9996353358.54363.440.844.87ZLZ-10.9998304306.79312.570.844.73NAJS-10.9998249252.44250.650.673.59SJZ-10.9997227230.86234.120.562.80MJ-20.9995545550.27551.100.844.94DGNC-20.9993705714.61713.160.956.71LGZ-20.9991924935.03930.200.916.56ZLZ-20.9993745755.60755.140.875.85NAJS-20.9998339341.95342.440.754.19SJZ-20.9995769774.49774.140.876.02MJ-30.9993817826.39818.520.956.69DGNC-30.9993566577.97580.660.865.30LGZ-30.9997539543.41545.410.865.33ZLZ-30.999210991111.041105.940.947.54NAJS-30.9995542548.18546.570.754.47SJZ-30.9992518527.01530.270.845.08SHXS-10.9996449454.60458.740.956.12SHTJ-10.9996440448.56447.010.925.61PXZ-10.9997462467.17465.350.986.86PXZ-20.9993758768.03772.480.977.08SHXS-20.9996501505.27504.360.956.00SHTJ-20.9996508512.29516.780.815.07PXZ-30.9994763769.9770.640.987.52SHTJ-30.9996589593.35593.900.795.05SHXS-30.9993768777.07783.860.946.623讨论北大港水库不同点位的细菌群落的主要优势菌门差异不大，主要优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门，这与翟一帆等20、朱庆威等21的研究结果一致。这 3 个菌门对水体元素的生物地球化学循环具有重要作用。变形菌门在水库水体中占据绝对优势，变形菌门中的菌群在碳氮代谢过程中发挥着重要作用22，拟杆菌门主要与硝化过程有关23，放线菌门能够吸收水中的营养物，从而净化水质24。本研究中 SHTJ-2、SHTJ-3 和 SHXS-3 点位的 TDS值明显高于其他点位，变形菌门在 SHTJ-2、SHTJ-3和 SHXS-3 这 3 个点位相对丰度升高，张磊25等研究表明变形菌门和拟杆菌门能够耐受较高的盐度。王文静等26研究表明疣微菌门具有较高的耐盐性，这与本研究疣微菌纲与 TDS 值呈显著正相关的结果一致。在属水平上对水体微生物群落结构研究发现，变形菌门的 Clade_III 未定属是水库的第一优势菌属，与宋家梁等27对河水和湖水中的优势菌属一致，该菌属能够在微咸水中生活良好。第二优势菌属为拟杆菌门的黄杆菌属，而且表层的黄杆菌属的相对丰度高于中层和底层，黄杆菌属属于好氧反硝化菌28-30，能够在较高 DO 质量浓度下具有反硝化活性，而且能异养硝化和代谢难降解有机物，还第21卷第5期南水北调与水利科技（中英文）2023年 10 月978可以快速繁殖，生长速度远大于自养菌，是水体 DO的潜在指示菌群31。放线菌门的 hgcI_clade 可以利用低温水体中的低质量浓度的溶解有机碳32，具有很强的吸收碳水化合物和富氮化合物的遗传能力，并可以耐受较低的 DO 质量浓度33，水库的水样是在冬季取的，温度较低，hgcI_clade 可以适应低温而且能利用碳水化合物这可能是该菌属为水库第三大优势菌属的原因。其他菌属在表层和中层、底层的相对丰度差异较大，而且 PCoA 分析表明表层微生物结构与中层和底层的存在较大的差异，有研究34表明，水深会显著改变水体的环境异质性，而环境异质性与微生物群落变化具有显著相关性，因而水深会驱动微生物的群落结构变化。1 5001 000500*nsnsnsns0(a)Chao1 指数不同深度(b)Shannon 指数不同深度(c)Chao1 指数上下游(d)Shannon 指数上下游表层Chao1 指数中层 底层68240表层Shannon 指数中层 底层1 5001 000500nsns0上游Chao1 指数下游上游下游68240Shannon 指数图7Chao1 和 Shannon 指数在不同深度和上下游的差异Fig.7DifferencesbetweenChao1andShannonindicesatdifferentdepthsandupstreamanddownstream表3Alpha 多样性指数与 TDS 值之间的相关性分析Tab.3CorrelationanalysisbetweenalphadiversityindexandTDSmassconcentration项目Chao1observed_speciesACEShannonSimpson相关系数r0.0240.0260.0240.501*0.711*p值0.9060.8970.9040.0080.001注：*表示在p0.01水平呈极显著相关。本研究中水体的 Chao1 和 Shannon 指数表现出表层低于中层，中层低于底层，下游略高于上游的特点，这一研究结果与李玉华等35对松花湖水体的研究一致。有研究36指出湖泊的深度会影响细菌的微生物多样性，而且下层水样（缺氧环境）的细菌的微生物多样性比上层水样（有氧环境）更加丰富。盐度是影响细菌群落的主要因素，相关性分析证明水库样品细菌 Alpha 多样性指数随 TDS 值的增大而减小，Alpha 多样性指数是反应微生物群落丰富度和多样性的重要指标，一般来说，微生物群落的多样性会随着盐度的增加而降低37，本研究的结果符合一般的认识规律，因为盐度会影响微生物代谢功能38。另外，本研究还发现盐度还会影响水库样品微生物群落的组成，属水平主要细菌在样品中的聚类热图（图 5）、PCoA 分析（图 6）都证实了这一点。其中下游 SHXS 点位中层和底层群落组成差异较大，该点位中层和底层 TDS 值差异较大，由此推测可能是盐度影响了该点位细菌群落的组成。本研究中在盐度最高的点位 Candidatus_Nitrotoga 聚集最多，有研究39指出 Candidatus_Nitrotoga 是一类能够耐受较高盐度的氮氧化菌。表4纲水平和科水平优势菌群的相对丰度与TDS 值的相关性Tab.4CorrelationanalysisofdominantfloraatclasslevelandfamilylevelwithTDSmassconcentration纲水平相关系数科水平相关系数Alphaproteobacteria0.646*Clade_III0.572*Gammaproteobacteria 0.492*Sporichthyaceae0.266Bacteroidia0.414*Comamonadaceae0.706*Actinobacteria0.295Flavobacteriaceae0.197Acidimicrobiia0.228Moraxellaceae0.301Clostridia0.001Burkholderiaceae0.209Gemmatimonadetes0.166Rhodobacteraceae0.177Bdellovibrionia0.227Ilumatobacteraceae0.145Polyangia0.131NS11-12_marine_group0.038Verrucomicrobiae0.566*Saprospiraceae0.125注：*表示在p0.05水平呈显著相关，*表示在p3 000 mg/L1 0002 000 mg/L2 0003 000 mg/L3 000 mg/L1 697 1 915TDS 质量浓度/(mgL1)纲水平科水平2 407 2 826 2 923 3 923 4 004 6 2310.25相对丰度0.500.751.0001 075 1 135 1 166 1 616 1 697 1 915TDS 质量浓度/(mgL1)2 407 2 826 2 923 3 923 4 004 6 2310.25相对丰度0.500.751.00图8不同 TDS 值下纲水平和科水平微生物群落组成Fig.8ClasslevelandfamilylevelmicrobialcommunitycompositionatdifferentTDSmassconcentration第21卷第5期南水北调与水利科技（中英文）2023年 10 月9804结论基于 2021 年 12 月北大港水库采集水样得出结论，阐明了水库上游和下游不同深度 TDS 值以及微生物群落结构和多样性的分布，探究了水质咸化对微生物群落的影响，结果如下：北大港水库水质属于微咸水，TDS 值表层与中层、底层存在差异，底层略高于表层，在下游点位的变化范围较大，且下游高于上游。在门水平上，主要优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门，这 3 种菌门在表层的相对丰度之和高于中层和底层，随着盐度的增加，变形菌门的相对丰度有升高的趋势。在属水平上，Clade_III 未定属是水库的第一优势菌属，上游的相对丰度高于下游；第二优势菌属为 Flavobacterium，其表层的相对丰度高于中层和底层。上游表层的微生物群落组成与中层、底层的微生物群落组成存在显著差异，下游表层的微生物群落组成与中层、底层的微生物群落组成的差异没有显著性；中层和底层的微生物群落组成存在相似性。Chao1 和 Shannon 指数表现出表层中层底层，下游略高于上游；Shannon 和 Simpson 指数与TDS 值呈极显著（p3000mg/L）下，Clade_III 和 Comamonadaceae 科丰度降低，可能会抑制它们生长。参考文献：赵文玉,王启山,伍婷,等.天津滨海地区水库水质咸化问题及机理分析J.海河水利,2006（3）：33-35.DOI:10.3969/j.issn.1004-7328.2006.03.013.1西雷,李海明,李梦娣,等.北大港水库水质咸化特征与沉积物盐分释放J.南水北调与水利科技(中英文),2023,21（1）：172-180.DOI:10.13476/ki.nsb-dqk.2023.0018.2杨浩,张国珍,杨晓妮,等.16SrRNA高通量测序研究集雨窖水中微生物群落结构及多样性J.环境科学,2017,38（4）：1704-1716.DOI:10.13227/j.hjkx.201608097.3郭秋平.鄱阳湖河湖交错带丰水期微生物群落特征研 究D.南 昌:江 西 师 范 大 学,2017.DOI:CNKI:CDMD:2.1018.135916.4谢红忠,万艳雷,周秋红,等.干旱地区高盐纳污坑塘水生态修复:以阿拉尔氧化塘为例J.南水北调与水利科技(中英文),2022,20（3）：516-524.DOI:10.13476/ki.nsbdqk.2022.0052.5赵文,魏杰.我国饮用水源水库微生物多样性研究述评J.微生物学杂志,2018,38（4）：1-10.DOI:10.3969/j.issn.1005-7021.2018.04.001.6文新宇,谌书,杨远坤,等.缓丘地带黄河镇水库微生物群落多样性特征J.应用与环境生物学报,2022,28（1）：167-174.DOI:10.19675/ki.1006-687x.2020.10006.7孙寓姣,陈程,丁爱中,等.官厅水库水质特征及