辽河口沉积物中古菌和细菌群落结构分析

第40卷 第6期

海 洋 学 报

V o l .40,N o .6

2018年6月

H a i y a n g X

u e b a o J u n e 2018

张慧珍,常永凯,陈泉睿,等.辽河口沉积物中古菌和细菌群落结构分析[J ].海洋学报,2018,40(6):113 130,d o i :10.3969/j

.i s s n .0253-4193.2018.06.011

Z h a n g H u i z h e n ,C h a n g Y o n g k a i ,C h e nQ u a n r u i ,e t a l .C o m m u n i t y s t r u c t u r e a n a l y

s i s o f a r c h a e a a n d b a c t e r i a i n s e d i m e n t s o f L i a o h e E s -t u a r y [J ].H a i y a n g X u e b a o ,2018,40(6):113 130,d o i :10.3969/j

.i s s n .0253-4193.2018.06.011辽河口沉积物中古菌和细菌群落结构分析

张慧珍1,2,常永凯1,2,陈泉睿1,2

,明红霞2,苏洁2,石岩2,殷旭旺1,樊景凤2*

(1.大连海洋大学水产与生命学院,辽宁大连116023;2.国家海洋环境监测中心国家海洋局近岸海域生态环境重点实验室,辽宁大连116023

)收稿日期:2017-07-29;修订日期:2017-11-21

㊂基金项目:国家重点研发计划 海洋环境安全保障 重点专项(2017Y F C 1404500);全球变化与海气相互作用专项(G A S I -03-01-02-05);国家自然科学基金资助项目(41676115);国家重点研发计划 全球变化及应对专项 (2016Y F A 0601401

)㊂作者简介:张慧珍(1992 ),女,山西省忻州市人,主要从事微生物生态研究㊂E -m a i l :965371152@q q .c o m 通信作者:樊景凤(1972 ),女,研究员,主要从事海洋生态学研究㊂E -m a i l :j f f a n @n m e m c .o r g

.c n 摘要:本研究旨在了解辽河口表层沉积物中古菌和细菌的群落结构组成㊁多样性及其与环境因子之间的相关性㊂采用构建古菌和细菌16S r R N A 基因文库的方法,应用I l l u m i n aM i s e q 测序技术进行序列分析㊂结果表明:辽河口表层沉积物中细菌多样性高于古菌多样性,近岸细菌和古菌多样性高于远岸,即河相区(0.8~7.04)细菌多样性高于混合区(13.1~20.7)和海相区(24.2~31.5);主要古菌群落为奇古菌门(T h a u m a r c h a e o t a ,72.73%)和广古菌门(E u r y

a r c h a e o t a ,25.05%),其中泉古菌门(C r e n a r -c h a e o t a ,0.001%)只在河相区站位被发现;细菌群落组成中变形菌门(P r o t e o

b a

c t e r i a ,61.94%)

为该河口的优势菌群,其次为拟杆菌门(B a c t e r o i d e t e s ,11.21%)和酸杆菌门(A c i d o b a c t e r i a ,5.59%),其他门类如蓝藻门(C y a n o b a c t e r i a ,3.03%)等比例较小㊂与环境因子的冗余度分析表明:影响表层沉积物中古菌群落分布的主要环境因子依次为氨盐㊁泥㊁酸碱度㊁盐度㊁电导率和砂,而细菌群落的分布主要受到溶氧㊁泥㊁砂㊁黏土和总磷的影响㊂由此可见,不同环境条件下微生物的群落结构存在空间异质性,不同微生物对同一环境条件的响应亦不同㊂

关键词:辽河口;表层沉积物;古菌;细菌;16S r R N A 基因;I l l u m i n aM i s e q

中图分类号:P 736.21

文献标志码:A

文章编号:0253-4193(2018)06-0113-18

1 引言

辽河流经河北㊁内蒙古㊁吉林㊁辽宁4省,全长

1345k m ,

注入渤海,是中国七大河流之一,其流域总面积为21.9万k m 2,流域地势大体是自北向南㊁自东西两侧向中间倾斜,中下游形成辽河平原㊂河口是陆地到海洋的过渡地带,承载着陆地排水系统带来的高浓度营养盐和有机质,是一个多功能的复杂生态系

统[1

];同时由于剧烈的环境梯度变化,河口为淡水和

海洋来源的微生物提供了特殊的生境[

2

]㊂辽河口水域氮㊁磷的浓度都比较高;氮存在的主要形式,顺序依次是硝酸盐㊁溶解有机氮㊁颗粒态氮㊁亚硝酸盐及氨氮;磷存在的主要形式,顺序依次是磷酸盐㊁颗粒态磷㊁溶解有机磷,且三者含量相差不大;与‘海水水质标准“(G B3097 1997)相比,所测辽河口海域磷酸盐均属于或劣于四类海水水质的海域,无机氮也劣于四

类海水水质,属于严重污染海域[3

]㊂在此背景下,研

究辽河口环境中微生物的结构和功能特征显得尤为

重要㊂目前国内外学者已有大量关于河口微生物群

落组成的研究,包括阿拉伯海的科钦河口[4

]㊁维斯瓦河口[5]和尼日利亚拉各斯潟湖[6

]㊁莱州湾及烟台河口[7]㊁九龙江河口[8]㊁珠江口[9]㊁黄河口[10

]等㊂

河口微生物,不仅是生物地球化学循环中各种生

源要素的执行者[11

],而且在河口生态系统的物质交

换和能量流动中扮演着至关重要的角色㊂不同环境条件下微生物的群落结构存在空间异质性,也就是

说,微生物的群落结构对不同生态环境是敏感的[

12

]㊂S w a n 等[1

3

]

研究了在加利福尼亚盐湖,不同深度的沉积物中古菌和细菌群落对环境梯度的不同响应,结果

表明:盐度对细菌群落结构存在显著影响,古细菌群落结构则与总碳含量呈弱相关㊂基于以上阐述,本研究以辽河口及近岸海域为研究对象,采用16S r R N A 基因I l l u m i n aM i s e q 测序技术,聚焦于辽河口表层沉积物中古菌和细菌的多样性㊁群落分布特征及其与周围环境因子的相关性,有助于了解古菌和细菌对河口生态环境的作用机制及群落结构变化对河口水质污

染的响应[14

],可以更加实时有效地认识河口环境污

染问题㊂

2 材料和方法

2.1 样品采集

于2016年7月在辽河口近岸海域进行表层沉积物和底层水样品采集㊂根据辽河口的水文特征及相关地理信息,依盐度变化特征共设置13个采样点(图1

)㊂潮汐表显示,采样时间段为高潮期,河口受海水盐度影响较明显;盐度范围为0.8~31.5,1号站位水

深为14m ,剩余站位之间水深相差不大㊂各站位的底层水使用有机玻璃采水器采集,密封于无菌塑料瓶中;各站位的表层沉积物(0~5c m )

使用抓斗采泥器采集,采样面积为0.1m

2

,同一个站位分别抓取3斗泥,混匀均质化密封于无菌塑料袋中,置于冰上24h 内运回实验室,其中一部分沉积物样用于环境参数的测定,分装保存在4ħ条件下,其余样品保存在-20ħ条件下,用于微生物群落结构分析

㊂

图1 采样站位图

F i g .1 D i s t r i b u t i o n o f s a m p l i n g s

t a t i o n s 2.2 环境参数测定

底层水的温度(T e m p )㊁盐度(S a l i n i t y )㊁酸碱度(p

H )㊁电导率(C o n d )通过美国Y S I 556M P S 便携式多参数水质测量仪现场测定;溶氧(D O )

采用碘量法测定,氨盐((N H +4)㊁亚硝酸盐(N O -2)㊁硝酸盐(N O -3)

和磷酸盐(P O 3-4)

分别采用次溴酸盐氧化法㊁萘乙二411海洋学报 40卷