陈兆进,陈海燕,李玉英*,黄 进,鲁开杰,赵海军,李 冰,朱静亚,胡兰群



南水北调中线干渠（河南段)浮游细菌群落组成及影响因素

陈兆进1,2,陈海燕2,3,李玉英1,2*,黄 进2,3,鲁开杰4,赵海军2,3,李 冰2,3,朱静亚1,2,胡兰群2,3

(1.南阳师范学院农业工程学院,河南省南水北调中线水源区生态安全重点实验室,河南南阳473061；2.南水北调中线水源区水安全河南省协同创新中心,河南南阳473061；3.南水北调中线渠首环境监测应急中心,河南淅川474475；4.方城县南水北调办公室,河南方城 473200)

为了解南水北调中线工程通水后干渠河南段浮游细菌群落组成及影响因素,于2016年7月对中线干渠河南段5个典型生态点位表层水样进行采集.水质监测结果表明干渠水质总体较好,除总氮(TN)和高锰酸盐指数(CODMn)外,其他各项指标符合I类水标准要求.渠首、方城和新郑3点位水体处于中营养状态,温县、安阳2点位水体处于轻度富营养状态.采用高通量测序技术对浮游细菌群落组成进行研究,结果表明主要由放线菌门 (Actinobacteria)、变形菌门 (Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes) 、拟杆菌门 (Bacteroidetes)、蓝藻门 (Cyanobacteria)、疣微菌门 (Verrucomicrobia)、装甲菌门(Armatimonadetes)等25个门和407个属组成,5点位样品具有丰富的群落组成,浮游细菌群落多样性排序为:温县>新郑>方城>渠首>安阳.对浮游细菌群落组成与环境因子的关系进行典范对应分析(CCA),结果表明: TN、Chl a、NH4+-N、COD、CODMn能显著影响浮游细菌群落,pH值和TP对其也有一定程度影响.

干渠；浮游细菌；群落结构；高通量测序；环境因子

南水北调中线工程(以下简称“中线工程”)是一项跨流域、跨多省市、长距离的特大型调水工程,担负着北京、天津、石家庄、郑州等数十座城市保障供水的重大任务.中线工程总干渠输水形式以明渠为主,局部布置管涵[1].开放式渠道没法完全避免外界污染物的侵入,如污染物由空气进入水体以及部分渠段地下水内排与地下水污染物的渗漏等[2-3].因此,开展干渠河南段水质监测对确保南水北调中线供水水质安全具有重要意义.

浮游细菌是水生态系统的重要组成部分,在有机物降解及营养物循环过程中具有重要作用,而其组成变化对水环境也起到明显的指示作用[4-5].因此,全面了解水生态系统中浮游细菌群落多样性、分布特征及其在生态系统中的功能和作用,对于管理和维护水生态环境具有深远的意义[6].由于只有不到1%的微生物可以纯培养,限制了自然界中绝大部分微生物的认识.近年来,高通量测序技术(High throughput sequencing)的出现,大大加速了宏基因组学的发展[7].该技术操作简单、成本低廉,能快速高通量得到特定的 DNA 片段,较之前的分子生物学方法能更全面地展示生物群落的组成结构,极大地推动了生物多样性研究[8-13].

中线工程干渠水质状况直接关系到受水区居民的饮水安全.本课题组已对中线工程调水前后不同时期库体和干渠南阳段水体浮游藻类、浮游动物进行了监测[14],但有关中线工程干渠浮游细菌群落研究尚未报道.本研究选取干渠河南段5个典型站位,对水体中总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、叶绿素a含量(Chl a)等水质指标进行监测,同时采用高通量测序技术对浮游细菌群落结构和多样性进行分析,研究其群落组成和分布特征.结合典范对应分析(CCA)进一步探讨细菌丰度、群落结构与环境因子间的关系,以期为中线工程干渠水环境保护提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 样品采集与水质理化指标测定

根据中线工程河南段干渠的地理位置特征,选取从南到北沿程的属于陶岔渠首(样品编号Q)、南阳市的方城独树(F)、郑州市的新郑十里铺(X)、焦作市温县陈家沟(W)和安阳市安阳县洪河屯(A)5个点位为采样点,具体信息见表1.参照《水和废水监测分析方法》(第四版)[15]于2016年7月用柱状采水器采集表层(深度50cm)水样2L,所有点位均取平行样3组. 600mL水样用于提取细菌总 DNA,置于预先灭菌容器中存于冰盒,运回实验室后进行检测分析,剩余水样用于水质指标测定.参照《水和废水监测分析方法》(第四版)[15]测定水样pH值、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数(CODMn)以及叶绿素a含量(Chl a)7项理化指标.

表1 采样点分布

1.2 样品总 DNA提取

600mL表层新鲜水样经20µm筛绢预过滤至灭菌烧杯中,以除去大型浮游植物和浮游动物.预过滤后的水样经0.22µm无菌微孔滤膜过滤,用以收集浮游细菌,将滤膜剪碎置于50mL无菌离心管中.按照 Omega Water DNA Kit (Omega, USA)的说明,提取水体中的DNA.将提取得到的细菌总DNA通过微量紫外分光光度计(NanoDrop®ND-1000, Wilmington, DE, USA)测定DNA浓度和纯度.

1.3 高通量测序

采用通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGA- GGCAGCA-3′)和806R(5′-GGACTACHVGG- GTWTCTAAT-3′)对浮游细菌16S rRNA基因的V3~V4区扩增,修饰后的通用引物含有不同的Tag标签用以区分不同样品.PCR扩增体系为20μL,其中含5×FastPfu Buffer 4μL、2.5mmol/L dNTPs 2μL、Forward Primer(5μmol/L) 0.8μL、Reverse Primer(5μmol/L) 0.8μL、FastPfu Polymerase 0.4μL、DNA模板10ng.补ddH2O至20μL.PCR扩增的反应条件为: 94℃,5min;30×(94℃,30s;54℃,30s;72℃,45s);72℃,10min.每个样品3个重复,利用上海美吉生物医药科技有限公司的MiSeq PE300测序仪(Illumina Inc..San Diego. CA.USA)完成序列测定.

1.4 数据分析

1.4.1 高通量数据分析 高通量数据的生物信息学分析采用 Qiime进行,根据序列的相似度,将序列归为多个OTU,OTU产出后,统计各个样品含有OTU情况及每个OTU中含有序列的数目,得到每个OTU的分类学信息[16].选取相似度在97%条件下的OTU生成预期的稀释曲线,并利用软件mothur计算丰富度指数Chao1和ACE,覆盖度指数以及多样性指数Simpson和Shannon指数进行Alpha多样性分析[17].利用PCoA、Correlation聚类法分别进行数据处理、细菌群落分布、主成分分析和聚类分析.采用Linear Discriminant Analysis(LDA) coupled with effect size measurements(LEfSe)在线工具寻找组与组之间有统计学差异的生物标志物[18].

1.4.2 典范对应分析 典范对应分析(CCA)能将可能相关的多个环境因子一起进行分析,可以很好地反映种群或群落与环境的关系.本文采用CANOCO软件(版本4.5)进行浮游细菌和环境因子的CCA分析,排序结果用物种-环境因子关系的双序图表示[19].在主轴1和主轴2构成的平面中,箭头表示环境因子,向量长短代表着相应环境因子在主轴中的作用,箭头所处象限表示环境因子与排序轴间相关性的正负.

1.4.3 方差分析 不同采样点位间的环境因子等数据采用 SPSS19.0软件中的单因素方差分析,显著性水平设定为<0.05,相关图表制作在 Excel中完成.

2 结果与分析

2.1 水质状态评价

表2 各采样点水体主要理化参数

注 :同一列不同小写字母,表示处理在<0.05水平达到显著.

2016年7月干渠河南段渠首、方城等5点位水质的理化监测结果表明各水体的水质总体较好,除TN (除渠首外,其他4点位超过1.00mg/L,为III类地表水标准)和CODMn外(渠首样品超过3.00mg/L,为II类地表水标准),其他各项指标符合《地表水环境质量标准》(GB38382- 2002)[20]I类水标准要求(表2).按照《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)[21]进行水库营养状态的评价,以TN、TP、CODMn和Chl a 4个参数作为水质营养状态参数,渠首、方城等5点位TN赋分值均介于60~70, TP、CODMn和Chl a的赋分值介于40~50之间.渠首、方城和新郑3点位营养状态指数EI分别为47.5、50.0和50.0,为中营养状态.温县、安阳样品EI指数均为52.5,为轻度富营养状态(表2).

2.2 浮游细菌稀释性曲线

稀释性曲线可以反映样品的取样深度,被用来评价测序量是否足以覆盖所有类群.渠首、方城等5点位浮游细菌稀释性曲线随测序条数的增加物种丰富度呈现前期增加后期趋向平缓.5点位每个样本的测序曲线在测序条数达到15000条以上时物种数都基本趋向平稳,说明此时测序数据量合理,真实环境中细菌群落结构的置信度较高,能够代表物种的丰富度.

2.3 浮游细菌群落多样性

高通量测序表明渠首、方城等5点位样品具有丰富的群落组成,其群落多样性均较高(表3).5组样品文库覆盖率均在98.90%以上,能够反映该区域浮游细菌群落的种类和结构.温县和新郑样品OTU数、丰富度指数Chao1、Shannon指数高于其他3组样品,同时Simpson指数和文库覆盖率低于其他组样品,其中OTU数、文库覆盖率、Shannon指数和Simpson指数差异达到显著水平(0.05),表明温县和新郑样品浮游细菌群落多样性高于其他样品(表3).渠首、方城和安阳3组样品浮游细菌群落多样性指数有所差异,但丰富度指数、多样性指数等评估指标未达显著水平.综合OTU数、丰富度指数Chao1和ACE以及多样性指数Simpson和Shannon指数,5组样品浮游细菌群落多样性排序为:温县>新郑>方城>渠首>安阳.

表3 浮游细菌群落多样性评估表

注 :同一列不同小写字母,表示处理在0.05水平达到显著.

2.4 浮游细菌多样性的PCoA分析(主坐标分析)

利用Qiime 软件对渠首、方城等5点位样品相关群落进行了PCoA分析.如图1所示,横坐标 PC1贡献度为50.67%,纵坐标 PC2贡献度为14.27%,5点位中渠首、方城样品聚集在PCoA分析图右上侧,新郑、温县样品聚集在PCoA分析图下侧,安阳样品分布于PCoA分析图左上侧. PCoA分析结果表明不同样品来源浮游细菌群落结构有所差异,其中渠首、方城浮游细菌群落组成较为相似,地理距离相近的新郑、温县样品浮游细菌群落组成也较为相似,安阳样品与其他组样品群落组成有所差异.后续使用基于unweighted unifrac的UPGMA 方法对渠首等5点位样品浮游细菌群落构成的相似性进行聚类分析,同样可以有效的将不同地理分布样品实现组间聚类(图2).

2.5 浮游细菌群落组成

高通量测序结果表明,15组实验样品OTU平均数525(表3),经过分析主要为细菌的 25个门,包括放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、拟杆菌门 (Bacteroidetes)、蓝藻门(Cyanobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、装甲菌门(Armatimonadetes)、芽单胞菌门(Gemmatim- onadetes)等(图3).

其中渠首样品包含14个门,方城、新郑样品包含20个门,温县样品包含21个门,安阳样品包含17个门.浮游细菌主要分布于407个属,其中渠首样品包括296个属,方城样品包括303个属,新郑样品包含339个属,温县样品包括342个属,安阳样品包括293个属.属于放线菌门、变形菌门、浮霉菌门、拟杆菌门、蓝藻门、拟杆菌门和疣微菌门的序列总和占全部序列的97.28%~98.34%,这些细菌为优势种群(图3).其中,放线菌门为渠首样品最优势种群,占总群落的40.64%,同时为方城、新郑、温县和安阳样品第二优势菌群,占比分别为20.31%、30.80%、20.57%和18.86%.变形菌门为方城、新郑、温县和安阳样品最优势种群和渠首样品第二优势菌群,分别占总群落的61.70%、45.55%、50.28%、58.40%和34.03%.

2.6 不同样品差异细菌分析

为了进一步确定各组细菌种属的丰富度差异,采用在线统计工具LEfSe来寻找宏基因组生物标志物.该方法是建立在统计学差异、生物学一致性和相同检验效能估计基础之上的,通过分析高通量测序数据在每个样品中的分类信息,在生物学上提供不同级别的可能的生物标志物[18]. LEfSe法计算出不同样品中的差异菌属,所有菌在门、纲、目、科、属水平的差异信息用饼形图表示(图4).在门的水平上,渠首样品中3个门(放线菌门、芽单胞菌门和WCHB1-60)、方城样品中2个门(变形菌门和装甲菌门)、新郑样品中2个门(TM6)、温县样品中1个门(酸杆菌门)和安阳样品中1个门(拟杆菌门)的细菌存在显著差异.在属的水平上,渠首样品中放线菌门的hgcI_clade等,变形菌门的、、LD28等,蓝藻门的等9个门共37个属的细菌存在显著差异;方城样品中变形菌门的、、、等,装甲菌门的,放线菌门的,芽单胞菌门的等6个门共25个属的细菌存在显著差异;新郑样品中变形菌门的、、、等,放线菌门的、等,厚壁菌门的,拟杆菌门的、、等6个门共27个属的细菌存在显著差异;温县样品中酸杆菌门的,拟杆菌门的、、等,变形菌门的、、、、等7个门共68个属的细菌存在显著差异;安阳样品中放线菌门的,变形菌门的、、、等,拟杆菌门的等4个门共27个属的细菌存在显著差异.

2.7 浮游细菌群落组成与环境因子的相关分析

采用CCA分析水体环境因子与LEfSe分析筛选出的主要细菌之间的关系.由图5可知,所分析的环境因子中Chl a、NH4+-N、TN、pH和TP与第1排序轴(AX1)正相关,其中Chl a、NH4+-N、TN相关系数较大,呈显著正相关(<0.05). COD、CODMn与AX1负相关,其中CODMn达显著水平. pH、COD、CODMn、NH4+-N和TP与第2排序轴 (AX2)正相关,其中COD、CODMn相关系数都较大,达显著水平(<0.05).TN和Chl a与第2排序轴 (AX2)负相关, TN相关性系数为-0.78,呈显著性负相关.从第1、第2排序轴的相关性分析可以看出,TN、Chl a、NH4+-N、COD、CODMn能显著影响浮游细菌群落,pH和TP对其也有一定影响.

CODMn、COD在CCA分析图中箭头方向和长度较为相似,与TN箭头相反,所以CODMn、COD与细菌群落相关性分析结果相似,与TN相反.相关性分析表明,10个门46个属的细菌与CODMn、COD和TN呈显著性相关,其中变形菌门占23个属,为最大比例组成.变形菌门中Betaproteobacteria和Deltaproteobacteria的细菌与CODMn、COD呈显著正相关,与TN显著负相关,包括、、、、OM27clade等10个属细菌.于此类似,疣微菌门,拟杆菌门的、、蓝藻门的、放线菌门的、、hgcI clade等均与CODMn、COD呈显著正相关, 与TN显著负相关.放线菌门的、与CODMn、COD呈显著负相关,与TN显著正相关.Chl a与NH4+-N在CCA分析图中箭头方向和长度较为相似,所以与细菌群落相关性分析也相似.相关性分析表明,11个门112个属的细菌与Chl a和NH4+-N呈显著性相关,其中变形菌门和拟杆菌门为主要组成,分别占72和15属.变形菌门中Alphaproteobacteria和Gammaproteobacteria的绝大多数细菌与Chl a和NH4+-N呈显著正相关,包括等34个属细菌.浮霉菌门的SM1A02、的细菌与Chl a和NH4+-N呈显著正相关.蓝藻门的芽单胞菌门的装甲菌门的以及放线菌门的hgcI clade、、等与Chl a和NH4+-N呈显著负相 关.

3 讨论

3.1 中线干渠河南段水质测定

丹江口水库和干渠水质状况直接关系到受水区居民的饮水安全.长期监测表明,丹江流域存在农业面源污染,其中TN明显超标,造成丹江口库区水体的TN超标现象严重[22-24].为了解通水干渠河南段水质状况及影响水质的主要污染因子,本研究测定了通水后第二年丰水期(2016年7月)干渠河南段5个典型站位水质.结果表明TN (除渠首外,干渠4点位超过1.00mg/L,为III类地表水标准)和CODMn(渠首样品超过3.00mg/L,为II类地表水标准)为库区主要污染因子,该结果与朱媛媛等[23]关于丹江口库区水质主要受TN及CODMn等指标的影响,且TN为丹江口库区水质主要限制因子的研究结果基本一致.

以TN、TP、CODMn和Chl a 4个参数对水库营养状态进行评价,渠首和方城点位营养状态指数EI为47.5和50.0,为中营养状态,与王晨溪等[14]关于中线工程调水前后不同时期丹江口库区和干渠南阳段水质监测结果基本一致.干渠其他3点位营养状态指数EI分别为50.0(新郑,中营养状态,)和52.5(温县、安阳, 轻度富营养状态),该结果表明,随着输水过程水体富营养化程度逐渐增强.中线工程总干渠输水形式以明渠为主,水体富营养化是明渠污染的主要形式.研究表明水体能依靠生物降解、重力沉淀作用净化水质,郭庆园[25]对南水北调中线工程京石段水质监测表明,水体中NH4+-N经过水体自净和沿程降解作用(硝化作用),含量降低趋势明显.本实验结果表明干渠河南段随着输水过程水体富营养化程度逐渐增强,分析可能有以下原因:(1)良好的水生生态系统,对水质净化具有重要作用.比如,泥沙在天然水体的净化过程中起着非常重要的作用,张继育等[26]采集南水北调京石段干渠底泥模拟对水体铬的去除.中线干渠河南段通水时间较短,可能尚未形成良好的水生生态系统(水生植物、水生动物、底泥等),对水质净化能力较弱.(2)开放式渠道没法完全避免外界污染物的侵入,如污染物由空气进入水体以及部分渠段地下水内排与地下水污染物的渗漏等,这些均可能会引起水质下降[2-3].本实验只是初步对干渠某一时间点进行了监测,针对干渠水质变化的确切原因和时空规律,需要对干渠水体及其水生生态系统等进行长期监测和系统研究.

3.2 中线干渠河南段浮游细菌群落组成

浮游细菌是水生态系统的重要组成部分,本课题组曾于2016年枯水期(1月)对丹江口库区浮游细菌群落进行测定,并分析了库区浮游细菌群落与水温、Chla、COD、BOD、DO等诸多生态因子的关系[27],但关于中线干渠浮游细菌群落组成及其影响因素研究鲜见报道,相关工作亟待开展.为了研究通水后中线干渠浮游细菌群落组成,本实验采用Illumina公司MiSeq测序平台对渠首、方城等干渠河南段5点位浮游细菌群落组成进行了研究,发现其主要由放线菌门、变形菌门、浮霉菌门、拟杆菌门、蓝藻门、疣微菌门、装甲菌门、芽单胞菌门等25个门组成,hgcI clade、CL500-29marine group、MWH-UniP1aquatic group、unclassified、等407个属组成,表现出群落组成的丰富性,该结果全面地展示了干渠河南段的浮游细菌组成结构.同时比较发现,干渠浮游细菌群落组成与之前研究的鄱阳湖、太湖、滇池等淡水湖泊[10,28-30]以及长江、南明河等河流[13,31-32]及其河口[33]等水体典型的细菌组成类群相似,这些典型的淡水细菌大都隶属于变形菌门、蓝细菌门、拟杆菌门、放线菌门和疣微菌门等[6,29],这些细菌在湖泊、河流的元素循环和能量流动中起到重要作用.本次实验结果揭示了中线干渠河南段的浮游细菌种群类别,为中线工程水质保护提供重要的依据.

3.3 浮游细菌群落与环境因子的关系

研究表明,水体中的环境因子,包括形态特征(例如:水体大小和深度)、物理化学特征(例如:温度、pH、盐度、无机营养盐等)、有机质的浓度和类型以及食物网的组成和物种间的相互作用等均能影响浮游细菌的群落组成[6].本实验采用在线统计工具LEfSe分析各组细菌种属的丰富度差异,同时对差异浮游细菌群落与理化指标进行CCA分析.结果表明,TN、NH4+-N、Chl a、COD、CODMn能显著影响浮游细菌群落.丹江流域存在农业面源污染,其中总氮明显超标[22,34],渠首TN超过0.5mg/L,为II类地表水标准,干渠点位样品TN显著高于渠首样品(<0.05),其中温县、安阳样品NH4+-N差异达极显著水平(< 0.01),表明随着输水过程水体TN浓度逐渐增强(表2).在各种水生态环境中,溶解无机氮是异养细菌重要的氮源,同时过量的氮可能导致水体富营养化,造成水质恶化.Haukka等[35]报道在淡水生态系统中添加总氮和磷酸盐后,浮游细菌的群落结构发生变化,这种变化可能与生态系统中添加营养物质后引起的水体富营养化有关.干渠河南段水质监测结果表明渠首、方城和新郑点位为中营养状态,温县和安阳为轻度富营养状态,随着输水过程水体富营养化程度逐渐增强,从而影响干渠浮游细菌群落组成.

4 结论

4.1 2016年7月中线干渠河南段渠首、方城等5点位监测结果表明水体的水质总体较好,除TN和CODMn外,其他各项指标符合I类水标准要求.以TN、TP、CODMn和Chl a 4个参数作为水质营养状态参数,渠首、方城和新郑3点位水体处于中营养状态,温县、安阳2点位水体处于轻度富营养状态.

4.2 高通量测序表明丹江口水库具有丰富的浮游细菌群落组成,主要由放线菌门、变形菌门、浮霉菌门、拟杆菌门、蓝藻门、装甲菌门和疣微菌门等25个门和407个属的细菌组成.浮游细菌群落多样性排序为:温县>新郑>方城>渠首>安阳.

4.3 浮游细菌与环境因子CCA分析表明,TN、NH4+-N、Chl a、COD、CODMn能显著影响浮游细菌群落,pH和TP对其也有一定程度影响.

[1] 国家计委,水利部.南水北调工程总体规划 [R]. 北京:国家发展计划委员会, 2002.

[2] 王兴伟,陈家军.地下水内排对南水北调中线干渠水质的影响 [J]. 南水北调与水利科技, 2015,13(5):858-861.

[3] 高国军.南水北调中线工程北京段水质分析及其预测研究 [D]. 北京:北京林业大学, 2016.

[4] 黄 艺,舒中亚.基于浮游细菌生物完整性指数的河流生态系统健康评价-以滇池流域为例 [J]. 环境科学, 2013,34(8):3010-3018.

[5] 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.

[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.

[7] van Dijk E L, Auger H, Jaszczyszyn Y, et al. Ten years of next-generation sequencing technology [J]. Trends in Genetics, 2014,30(9):418-426.

[8] Fan L M, Barry K, Hu G D, et al. Bacterioplankton community analysis in tilapia ponds by Illumina high-throughput sequencing [J]. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2015,32(1):1-11.

[9] 白 洁,刘小沙,侯 瑞,等.南海南部海域浮游细菌群落特征及影响因素研究 [J]. 中国环境科学, 2014,34(11):2950-2957.

[10] 寇文伯,黄正云,张 杰,等.鄱阳湖湖泊细菌群落组成及结构-以松门山为例 [J]. 生态学报, 2015,35(23):7608-7614.

[11] Yu L Y, Zhang W J, Liu L M, et al. Determining microeukaryotic plankton community around xiamen island, southeast china, using Illumina MiSeq and PCR-DGGE techniques [J]. PLoS ONE, 2015,10(5):e0127721.

[12] Liu L M, Yang J, Yu Z, et al. The biogeography of abundant and rare bacterioplankton in the lakes and reservoirs of China [J]. ISME Journal, 2015:2068–2077.

[13] 毛 莉,张 明,白 芳,等.三峡库区支流蓝藻水华对浮游细菌群落组成的影响 [J]. 水生生物学报, 2016,40(3):609-614.

[14] 王晨溪,朱静亚,牛其恺,等.丹江口水库和干渠南阳段微型生物群落的周期性变化 [J]. 安徽师范大学学报(自然科学版), 2016,39(2):150-156.

[15] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法(第四版) [M]. 北京:中国环境科学出版社, 2002:239-284.

[16] Caporaso J G, Kuczynski J, Stombaugh J, et al. QIIME allows analysis of high-throughput community sequencing data [J]. Nature Methods, 2010,7(5):335-336.

[17] Schloss P D, Westcott S L, Ryabin T, et al. Introducing mothur: open-source, platform-independent, community-supported software for describing and comparing microbial communities [J]. Applied and Environmental Microbiology, 2009,75(23):7537-7541.

[18] Segata N, Izard J, Waldron L, et al. Metagenomic biomarker discovery and explanation [J]. Genome Biology, 2011,12(6):1-18.

[19] Ter Braak C J, Smilauer P. CANOCO reference manual and CanoDraw for Windows user's guide: software for canonical community ordination (version 4.5) [M]. Microcomputer Power, Ithaca, NY, 2002.

[20] GB/3838-2002 地表水环境质量标准[S].

[21] SL395-2007 地表水资源质量评价技术规程[S].

[22] 徐国策,李占斌,李 鹏,等.丹江中游典型小流域土壤总氮的空间分布 [J]. 地理学报, 2012,67(11):1547-1555.

[23] 朱媛媛,田进军,李红亮,等.丹江口水库水质评价及水污染特征 [J]. 农业环境科学学报, 2016,35(1):139-147.

[24] 陈 静,丁卫东,焦 飞,等.丹江口水库总氮含量较高的调查分析 [J]. 中国环境监测, 2005,21(3):54-57.

[25] 郭庆园.南水北调京石段水质迁移转化规律研究 [D]. 青岛理工大学, 2011.

[26] 张继育,王劭然,张大磊.南水北调中线工程京石段干渠底泥吸附铬研究 [J]. 青岛理工大学学报, 2013,34(6):60-65.

[27] 陈兆进,丁传雨,朱静亚,等.丹江口水库枯水期浮游细菌群落组成及影响因素研究 [J]. 中国环境科学, 2017,37(1):336-344.

[28] Niu Y, Shen H, Chen J, et al. Phytoplankton community succession shaping bacterioplankton community composition in Lake Taihu, China [J]. Water Research, 2011,45(14):4169-4182.

[29] Dai Y, Yang Y Y, Wu Z, et al. Spatiotemporal variation of planktonic and sediment bacterial assemblages in two plateau freshwater lakes at different trophic status [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2016,100(9):4161-4175.

[30] 吕明姬,汪杰,范 铮,等.滇池浮游细菌群落组成的空间分布特征及其与环境因子的关系 [J]. 环境科学学报, 2011,31(2):299-306.

[31] 唐 婧,徐小蓉,商传禹,等.南明河城区河段细菌多样性与环境因子的关系 [J]. 微生物学报, 2015,55(8):1050-1059.

[32] 王 鹏,陈 波,李传琼,等.赣江南昌段丰水期细菌群落特征 [J]. 中国环境科学, 2016,36(8):2453-2462.

[33] 阚金军,孙 军.河口细菌群落多样性及其控制因素:以切萨皮克湾为例 [J]. 生物多样性, 2011,19(6):770-778.

[34] 肖春艳,俐 武,赵同谦,等.南水北调中线源头区蓄水前土壤氮磷分布特征 [J]. 中国环境科学, 2013,33(10):1814-1820.

[35] Haukka K, Kolmonen E, Hyder R, et al. Effect of nutrient loading on bacterioplankton community composition in lake Mesocosms [J]. Microbial Ecology, 2006,51(2):137-146.

Community structure and influencing factors of bacterioplankton in the Main Cancel of the Mid-line Project of South-to-North Water Division in sections of Henan Province.

CHEN Zhao-jin1,2, CHEN Hai-yan2,3, LI Yu-ying1,2*, HUANG Jin2,3, LU Kai-jie4, ZHAO Hai-jun2,3,LI Bing2,3, ZHU Jing-ya1,2,HU Lan-qun2,3

(1.Key Laboratory of Ecological Security for Water Source Region of Mid-line Project of South-to-North Diversion Project of Henan Province, College of Agricultural Engineering, Nanyang Normal University, Nanyang 473061, China；2.Henan Collaborative Innovation Center of Water Security for Water Source Region of Mid-line Project of South-to-North Diversion Project, Nanyang 473061, China；3.Emergency Centre for Environmental Monitoring of Mid-line Project of South to North Water Division, Xichuan 474475, China；4.Office of South to North Water Diversion of Fangcheng County, Fangcheng 473200, China).

To determine which factors may have an impact on the community composition of bacterioplankton, 15surface water samples were collected from the main cancel of the Mid-line Project of South-to-North Water Division in 5sections of Henan province, in July 2016, and 7essential environmental factors were evaluated. The results showed that water quality in the main cancel was strongly influenced by total nitrogen (TN) and the permanganate index (CODMn). Water system in Qushou, Fangcheng, and Xinzheng sections was under the mesotrophic state, and in Wenxian and Anyang sections, under the light eutrophic state. High-throughput sequencing was used to analyze distribution characteristics of the community structure, diversity of bacterioplankton. Phylogenetic analysis based on 16S ribosomal DNA sequences revealed that bacterioplankton could be subdivided into 25major phylogenetic and 407genus groups. The dominant phylogenetic groups included Actinobacteria, Proteobacteria, Planctomycetes, Bacteroidetes, Cyanobacteria, Verrucomicrobia, and Armatimonadetes. Diversity of the bacterioplankton community in the main cancel of the Mid-line Project of South-to-North Water Division could be ranked in the following order: Wenxian >Xinzheng > Fangcheng > Qushou > Anyang. The results of canonical correspondence analysis (CCA) of the relation between the bacterioplankton and 7 environmental factors showed that TN, ammonia nitrogen (NH4+-N), chlorophyll a (Chl a), chemical oxygen demand (COD), and the CODMnwere the main environmental factors affecting the distribution characteristics of the bacterioplankton community.

main cancel；bacterioplankton；community structure；high-throughput sequencing；environmental factor

172

A

1000-6923(2017)04-1505-09

2016-09-18

国家自然科学基金项目(41601332);河南省教育厅高等学校重点科研项目(16A210012);南阳师范学院高层次人才科研启动费资助项目(ZX2014069)

陈兆进(1985-),男,安徽合肥人,讲师,博士,主要从事土水污染控制、修复与资源化利用研究.发表论文10余篇.

* 责任作者, 教授, lyying200508@163.com

, 2017,37(4)：1505~1513