鄱阳湖河湖交错带水体细菌群落特征及其对水环境变化的响应和适应机制

The ecological environment of river-lake ecotone is complex and changeable; it is an important water purification area and pollution buffer zone, where the bacteria play an important role in the mediation of energy conversion, material cycle, nutrition transfer, and element transformation. Bacterium is sensitive to environmental changes. It plays a warning role in the healthy water ecosystem that the bacteria carry genetic messages and the material basis of gene expression. Therefore, using 16S rDNA library method to exploring the genetic information of Bacteria, the present project studies the diversity and abundanceof river-lake ecotone of Poyang lake basin, and the difference of the microbial population distribution, and studies the interaction between the river and lake water, the surface and underground water of river-lake ecotone from bacterium view. In addition, in combination with the hydrological geology and chemical ion methods, Based on an overall consideration of climate, land use and demographic factors, Research on the key environmental factors that affecting ecosystem of river-lake ecotone, this project further expounds the mechanism of the difference of the microbial population distribution in river-lake ecotone, explores the correlations between the features of microbial distribution and hydrogeology and chemical ions, attempts to reveal the differentiation characteristics of bacteria response to environmental variation at different underlying surface, and studies the ecological change of river-lake ecotone, and provides the scientific evidence for security pre-alarming, which can be wide used in disease control and city water resources plan.

河湖交错带的细菌在流域生态系统中的能量转换、物质循环、营养输送等方面有着特殊地位，目前，河湖交错带的细菌群落分布特征与水环境变化的响应和适应机制仍不清楚。本项目以鄱阳湖典型河湖交错带为研究区，动态测算水文交换速率及补给排泄的变化，分析影响河湖交错带生态系统的关键环境因子，运用改进的玻璃微珠法提取水样环境总DNA，进行细菌基因定量分析，建立基因组文库，结合基于16S rRNA 基因的高通量测序法进行DNA序列分析，研究水体细菌沿水位变化（时间）及人类活动强度干扰（空间）的基因变化和群落分布特征，从系统发育地位和群落组成结构探讨细菌对水位变化和补给差异有怎样的响应或延迟效应，研究河湖交错带不同时空下细菌群落组成差异的成因机理。研究成果有助于亚热带河流湖泊富营养化防治、水生态系统健康发展和水质的优化管理，为流域水资源规划、生物多样性和湖泊生态环境管理等方面提供基础资料和科学依据。

鄱阳湖河湖交错带是鄱阳湖流域内河流生态系统与湖泊生态系统之间的界面区域，该区域物种多样性丰富，承接了五大河流的来水，是一个重要的污染缓冲区和净化区。课题组分析了鄱阳湖河湖交错带重金属污染对微生物群落结构和微生物多样性的影响，结果表明，已测的重金属（Hg、Cu、Zn、Pb、Cd）均有不同程度的污染，其中，铅、汞污染最严重，水质标准为Ⅳ类以上，其他重金属均为Ⅱ类；高通量测序结果表明，鄱阳湖河湖交错带微生物群落主要有4类：变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、疣微菌门，平均丰度分别为：58.31%、13.63%、9.69%、1.33%。多样性指数分析结果表明，昌江与乐安河交汇处（R9）与鄱阳湖出长江口（H11）的微生物多样性指数（Chao 1、Shannon和Simpson）最高，万家桥（N2）与赣江入湖口（W6）微生物多样性指数最低。研究表明，受重金属污染严重的区域通常会使微生物群落丰度降低，然而也有例外，如R9、H11重金属污染严重，而微生物多样性也丰富，这就说明影响微生物多样性的不仅仅受单一因子影响的，应该是多重因子共同影响。赣江下游河湖交错带冬季共有6个优势微生物类群，夏季共有变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、蓝藻菌门、疣微菌门、绿弯菌门( Chloroflexi) 和酸杆菌门( Acidobacteria)7个优势微生物类群。本项目基于16S rRNA 基因的高通量测序法进行DNA序列分析，研究水体细菌沿水位变化（时间）及人类活动强度干扰（空间）的基因变化和群落分布特征，从系统发育地位和群落组成结构探讨细菌对水位变化和补给差异有怎样的响应或延迟效应，研究河湖交错带不同时空下细菌群落组成差异的成因机理。在项目执行过程中，培养了4位相关专业的硕士研究生，发表了8篇论文，出版了2本著作，已经授权1项专利，正在申请1项发明专利，研究成果有助于亚热带河流湖泊富营养化防治、水生态系统健康发展和水质的优化管理，为流域水资源规划、生物多样性和湖泊生态环境管理等方面提供基础资料和科学依据。