摘 要：浮游細(xì)菌是河流生態(tài)系統(tǒng)中元素循環(huán)和能量流動的主要貢獻(xiàn)者，其群落組成和多樣性因其地理位置而異.干流和支流通常在水文、地形和人類活動強(qiáng)度方面存在差異，目前對干流和支流之間浮游細(xì)菌群落組成的差異比較及其構(gòu)建機(jī)制尚不明確.通過采集丹江流域干流和支流19個樣點的浮游細(xì)菌樣本，進(jìn)行16S rRNA基因測序和水質(zhì)分析，確定了丹江流域干流和支流浮游細(xì)菌的基本分布格局及其關(guān)鍵環(huán)境因子.結(jié)果表明，丹江流域浮游細(xì)菌主要以變形菌門、放線菌門、擬桿菌門和藍(lán)細(xì)菌門為主.丹江支流浮游細(xì)菌的α多樣性高于干流，并且干流和支流浮游細(xì)菌在β多樣性組成上存在顯著差異.干流浮游細(xì)菌群落組成主要受到TOC（總有機(jī)碳）和DO（溶解氧）的影響，而支流浮游細(xì)菌則主要受TN（總氮）、NO-3-N（硝態(tài)氮）和T（水溫）的影響.此外，中性群落模型表明丹江干流浮游細(xì)菌主要受到確定性過程的影響，而支流主要受到隨機(jī)性過程的影響.

關(guān)鍵詞：丹江流域；浮游細(xì)菌；群落構(gòu)建；生物地理學(xué)；驅(qū)動因子

中圖分類號：Q89""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1000-2367（2025）02-0014-10

浮游生物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵類群，在水域生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)和水生態(tài)健康維持方面發(fā)揮著重要作用^［1-3］.其中，浮游細(xì)菌是數(shù)量最多、種類最豐富的類群^［4-5］.浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和功能在一定程度上決定著水生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定^［6-7］.因此，明確浮游細(xì)菌的分布格局、主要影響因子和群落構(gòu)建機(jī)制，對于理解和保護(hù)水域生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要^［8-9］.

丹江作為南水北調(diào)中線工程的重要水源，其水質(zhì)健康對于保障供水安全十分重要.研究丹江的浮游細(xì)菌的組成和分布，有助于優(yōu)化水資源管理，確保南水北調(diào)工程的順利實施和長期穩(wěn)定運行^［10］.由于丹江支流河段水量小、地勢陡峭、人類活動少，其上游流域以森林和草地等土地利用為主，浮游細(xì)菌多來自上游附著于底質(zhì)的細(xì)菌和森林、草地等土壤的輸入^［11］.相反，干流河段水量大、地勢平緩、人類活動多，周邊土地通常以農(nóng)田和城市用地為主，浮游細(xì)菌則主要來自各支流輸入、污水排放等^{［10，12］}.因此，丹江干流和支流在水文、地形、人類活動強(qiáng)度等方面的差異能夠在一定程度上塑造出不同類型的浮游細(xì)菌^{［6，8-9］}.目前對于丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落的組成和多樣性之間具體的差異仍然認(rèn)識不足.水溫、pH、氮、磷和鹽度是影響浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因子^［13］.然而，丹江干流和支流的浮游細(xì)菌是否受相同環(huán)境因素驅(qū)動尚不明確.此外，盡管環(huán)境因子解釋了浮游細(xì)菌群落組成的大部分變異，但仍有相當(dāng)一部分未能被解釋.近年來，群落構(gòu)建理論的提出為解決這一問題提供了新的方法^［14］.確定性和隨機(jī)性過程是塑造浮游細(xì)菌群落的關(guān)鍵機(jī)制.確定性過程涉及非隨機(jī)的生態(tài)位機(jī)制，如環(huán)境過濾和種間相互作用^［15］.而隨機(jī)過程則涉及物種相對豐度的隨機(jī)變動，如隨機(jī)的

收稿日期：2024-03-21;修回日期：2024-07-20.

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51979236）.

作者簡介（通信作者）：李娟（1983-），女，陜西神木人，陜西省環(huán)境調(diào)查評估中心高級工程師，研究方向為環(huán)境科學(xué)及水生態(tài)環(huán)境調(diào)查評估，E-mail：sxshjdcpgzxlj@163.com.

引用本文：李娟，薛旭東，杜豆，等.丹江流域干支流浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)特征與驅(qū)動因子［J］.河南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2025，53（2）：14-23.（Li Juan，Xue Xudong，Du Dou，et al.Characterization and driving factors of bacterioplankton community structure in the mainstream and tributaries of the Danjiang River Basin［J］.Journal of Henan Normal University（Natural Science Edition），2025，53（2）：14-23.DOI：10.16366/j.cnki.1000-2367.2024.03.21.0001.）

出生-死亡事件、概率性的擴(kuò)散事件以及不可預(yù)測的擾動^［16］.干流和支流在水文、地形和營養(yǎng)鹽方面的差異導(dǎo)致了確定性和隨機(jī)性過程對浮游細(xì)菌貢獻(xiàn)的比例不同.因此，丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落的構(gòu)建機(jī)制仍需進(jìn)一步研究.

了解丹江水體浮游細(xì)菌的分布格局、主要影響因子以及群落構(gòu)建機(jī)制，對區(qū)域水資源保護(hù)具有重要意義.本研究通過采集丹江干流及其7條支流的浮游細(xì)菌樣本并測定水體理化性質(zhì)，旨在回答以下問題：1）丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落組成和多樣性的分布格局是什么？2）影響丹江浮游細(xì)菌的主要水質(zhì)因子有哪些？影響干支流浮游細(xì)菌的水質(zhì)因子是否一致？3）丹江浮游細(xì)菌群落構(gòu)建過程是由確定性還是隨機(jī)性過程占主導(dǎo)？本研究擬通過研究丹江流域干流和支流浮游細(xì)菌群落多樣性、組成、關(guān)鍵水質(zhì)因子以及群落構(gòu)建過程，為明確丹江流域河流浮游細(xì)菌的地理分布格局提供新的認(rèn)識.

1 材料方法

1.1 研究區(qū)域概述

丹江作為漢江最大的支流，源自秦嶺南麓，流經(jīng)陜西、河南和湖北3省，最終匯入丹江口水庫.其流域范圍位于109°30′～111°30′E，32°30′～34°30′N，海拔在100～2 164 m之間，流域總面積達(dá)1.07萬 km2.流域內(nèi)涵蓋多條支流，包括滔河、銀花河和武關(guān)河等，總長度約為430 km.研究區(qū)的氣候類型屬于亞熱帶與溫帶混合型氣候，多年平均氣溫在11～14 ℃之間.年平均降雨量為791 mm，主要集中在7至9月，高山區(qū)降水最多，而河谷川道地區(qū)降水相對較少.

1.2 樣品采集與分析

本研究于2023年3月開展丹江流域?qū)嵉卣{(diào)查與樣品采集.共選取丹江干流6個點位，支流14個點位，支流樣點包括麻街河3個點位、南秦河2個點位、銀花河2個點位，武關(guān)河2個點位，清油河2個點位以及滔河3個點位（圖1）.

使用多參數(shù)水質(zhì)分析儀（Hydrolab HL7，HACH，USA）現(xiàn)場測定pH、DO（溶解氧）、T（水溫）、Conductivity（電導(dǎo)率）、Salinity（鹽度）、TDS（總?cè)芙庑怨腆w）、ORP（氧化還原電位）等水質(zhì)指標(biāo).Turbidity（濁度）使用濁度儀進(jìn)行測定.使用2 L規(guī)格的采水器采集水面下30 cm處水樣，樣品采集后盛裝于500 mL的無菌聚氯乙烯瓶中.所有監(jiān)測斷面均采集3個平行.樣品采集完成后放置于車載冰箱內(nèi)低溫避光保存，并迅速運回實驗室進(jìn)行測定.TN（總氮）、TP（總磷）、NH-3-N（氨氮）和NO-3-N（硝氮）按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》^［17］進(jìn)行測定，TC（總碳）、IC（無機(jī)碳）和TOC（總有機(jī)碳）使用總有機(jī)碳分析儀（TOC-L CPN，Shimadzu，Japan）進(jìn)行測定.

在采樣后的12 h內(nèi)，每個點位的1 L水樣通過便攜隔膜真空泵（無油）過濾，濾膜使用0.22 μm孔徑的聚碳酸酯膜過濾器（直徑47 mm，Millipore），待回到實驗室后存放在-80 ℃，直到進(jìn)一步的分析.

本研究使用DNeasy PowerSoil試劑盒來提取水體中的DNA.使用通用引物515F（5'-GTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3'）^［18］和926R（5'-CCGYCAATTYMTTTR AGTTT-3'）^［19］來擴(kuò)增原核16S rRNA基因.采用通用引物組515F-926R對16S rRNA基因V4-V5區(qū)域進(jìn)行PCR擴(kuò)增，該引物對在微生物擴(kuò)增子高通量測序中得到廣泛應(yīng)用^［20-21］.PCR反應(yīng)混合物總體積為30 μL，包括15 μL NEB Next Ultra II Q5 Mix（NEB，美國）、3 μL前引物（10 μmol/L）、3 μL后引物（10 μmol/L）、1 μL模板DNA和8 μL無核酸水.PCR反應(yīng)程序包括98 ℃的初始變性30 s，然后進(jìn)行32個循環(huán)，其中98 ℃變性10 s，56 ℃退火20 s，72 ℃延伸30 s，最終延伸72 ℃ 2 min.PCR產(chǎn)物通過使用Axyprep DNA凝膠提取試劑盒進(jìn)行純化.最后，由上海凌恩生物科技有限公司使用Illumina NovaSeq 6000測序.

1.3 生物信息學(xué)分析

本研究中的序列數(shù)據(jù)使用QIIME 2（版本2022.2）進(jìn)行分析.首先，使用q2-demux插件對原始序列數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控.隨后使用DADA2進(jìn)行去噪并生成擴(kuò)增子序列變體（ASVs），然后通過q2-dada2生成代表性序列^［22］.使用q2-feature-classifier中的classify-sklearn樸素貝葉斯分類器，使用默認(rèn)參數(shù)，根據(jù)SILVA v138 16S rRNA基因數(shù)據(jù)庫參考序列對ASV進(jìn)行分類^［23］.注釋完成后，手動剔除未注釋的ASVs序列.

1.4 統(tǒng)計分析

使用vegan包計算浮游細(xì)菌群落α多樣性，干流和支流的差異分析使用獨立樣本t檢驗，判斷閾值為p＜0.05.使用基于Bray-Curtis距離的非度量多維尺度分析（NMDS）評估浮游細(xì)菌組成差異，兩個分組（干流和支流）之間的差異使用ANOSIM進(jìn)行檢驗.浮游細(xì)菌門水平或?qū)偎筋惾汉铜h(huán)境因子之間的相關(guān)性分析使用Spearman相關(guān)性進(jìn)行分析.使用envfit函數(shù)篩選與浮游細(xì)菌顯著相關(guān)的環(huán)境因子，隨后進(jìn)行冗余分析（RDA）.此外，使用RandomForest包進(jìn)行隨機(jī)森林分析，以識別干流和支流各自重要的水質(zhì)因子，在進(jìn)行隨機(jī)森林分析之前，首先對浮游細(xì)菌進(jìn)行了主成分分析（PCA），通過R語言中vegan包的rda函數(shù)進(jìn)行計算.此外，使用中性群落模型研究了這些群落組裝中隨機(jī)過程的潛在重要性，其中m值估計群落間擴(kuò)散，R平方值量化隨機(jī)過程的貢獻(xiàn)^［24］.

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游細(xì)菌的群落組成及多樣性

本研究通過比較丹江干流和支流的水質(zhì)因子發(fā)現(xiàn)除鹽度和電導(dǎo)率之外，其他環(huán)境因子無顯著差異（附錄表S1）.對于浮游細(xì)菌而言，在進(jìn)行后續(xù)分析之前，對每個樣本的序列進(jìn)行了抽平處理，抽平數(shù)為56 185，最終保留了19 455條ASVs和1 067 515條有效序列數(shù).在門水平上（圖2（a）），優(yōu)勢門及其在干流和支流的相對豐度分別為Proteobacteria（變形菌門，干流55.57%，支流57.78%）、Actinobacteriota（放線菌門，干流16.78%，支流8.17%）、Bacteroidota（擬桿菌門，干流15.92%，支流17.37%）、Cyanobacteria（藍(lán)細(xì)菌門，干流3.67%，支流4.05%）、Verrucomicrobiota（疣微菌門，干流2.68%，支流2.80%）、Firmicutes（厚壁菌門，干流1.15%，支流2.27%）、Chloroflexi（綠彎菌門，干流0.47%，支流0.37%）、Desulfobacterota（脫硫菌門，干流0.18%，支流0.43%）、Myxococcota（粘球菌門，干流0.47%，支流0.37%）、Acidobacteriota（酸桿菌門，干流0.08%，支流1.25%）.

在屬水平上（圖2（b）），優(yōu)勢屬及其在干流和支流的相對豐度分別為hgcI_clade（hgcI類群，干流9.54%，支流8.56%）、Acidovorax（食酸菌屬，干流9.54%，支流8.56%）、Acinetobacter（不動桿菌屬，干流9.03%，支流1.13%）、Flavobacterium（黃桿菌屬，干流7.74%，支流9.93%）、Limnohabitans（淡水棲菌屬，干流6.47%，支流3.93%）、Rhodoferax（紅育菌屬，干流4.89%，支流5.15%）、Sphingorhabdus（鞘脂桿菌屬，干流3.31%，支流1.93%）、Bradyrhizobium（慢生根瘤菌屬，干流0.71%，支流2.68%）

圖3（a）的結(jié)果表明，丹江干流和支流不同河段浮游細(xì)菌在門水平上的相對豐度差異明顯.其中，變形菌門從干流上游到下游有增加的趨勢.而不同樣點之間屬水平的群落組成差異相較于門水平更加明顯（圖2）.特別是丹江干流和支流浮游細(xì)菌優(yōu)勢屬的占比差異十分明顯（圖3（b））.丹江干流的hgcl_clade（hgcl類）、Acinetobacter（不動桿菌屬）和Sphingorhabdus（鞘脂桿菌屬）的相對豐度遠(yuǎn)高于支流，而Flavobacterium（黃桿菌屬）、Rhodoferax（紅育菌屬）和Bradyrhizobium（慢生根瘤菌）則是支流的相對豐度高于干流.

通過對丹江干流和支流浮游細(xì)菌的α多樣性進(jìn)行比較（圖4），發(fā)現(xiàn)支流的ACE、Pielou evenness、Richness以及Shannon多樣性都顯著高于干流.此外，通過NMDS發(fā)現(xiàn)干流和支流之間的浮游細(xì)菌在排序軸上有明顯的區(qū)分，且通過Anosim分析發(fā)現(xiàn)干流和支流基于Bay-Curtis距離的浮游細(xì)菌群落之間存在顯著差異，反映了干流和支流浮游細(xì)菌β多樣性存在明顯的差異（圖5）.

2.2 浮游細(xì)菌的關(guān)鍵環(huán)境驅(qū)動因子

總氮和硝氮與除Actinobacteria（放線菌門）和Deinococcota（奇異球菌門）外的其他門類均呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，而水溫則與之呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖6（a））.

通過冗余分析發(fā)現(xiàn)總氮、溫度、總有機(jī)碳、溶解氧和濁度是影響丹江浮游細(xì)菌的主要環(huán)境因子，并且通過RDA分析解釋率達(dá)到了44%（圖7）.此外，通過隨機(jī)森林明確了環(huán)境因子對干流和支流浮游細(xì)菌群落的主成分1和主成分2的解釋量（圖8），發(fā)現(xiàn)干流浮游細(xì)菌主要受到了Actinobacteria（放線菌門）和Deinococcota（奇異球菌門）和溶解氧的影響，而對于支流浮游細(xì)菌而言其主要受到了總氮、溫度以及硝態(tài)氮的影響，干流和支流的浮游細(xì)菌群落受到的主要水質(zhì)因子存在明顯差異.

2.3 浮游細(xì)菌的群落構(gòu)建過程

中性群落模型能夠用來估計生態(tài)隨機(jī)性.其中，R2＞0.5認(rèn)為群落主要受到隨機(jī)性過程的影響，而R2＜0.5則表明群落主要受到確定性過程的影響.本研究發(fā)現(xiàn)，干流的R2為0.572而支流的R2為0.798（圖9），干流和支流的群落構(gòu)建都以隨機(jī)性過程為主導(dǎo)，但是支流的隨機(jī)性過程更高.此外，通過m值發(fā)現(xiàn)干流的擴(kuò)散能力要高于支流.

3 討 論

3.1 丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落組成和多樣性比較

本研究結(jié)果表明丹江干流與支流浮游細(xì)菌優(yōu)勢屬占比差異明顯.其中，丹江干流的hgcl_clade（hgcl類群）、Acinetobacter（不動桿菌屬）和鞘脂桿菌屬（Sphingorhabdus）的相對豐度遠(yuǎn)高于支流，而Flavobacterium（黃桿菌屬）、Rhodoferax（紅育菌屬）和Bradyrhizobium（慢生根瘤菌屬）則是支流的相對豐度高于干流.此外，本研究發(fā)現(xiàn)丹江支流浮游細(xì)菌的多樣性要高于干流.首先，干流和支流各自距河流源頭的距離差異直接影響了浮游細(xì)菌的生長繁殖.支流的浮游細(xì)菌從源頭到支流下游的水力停留時間較短，而干流的浮游細(xì)菌從源頭到干流下游的水力停留時間長，這使得干流中適應(yīng)淡水環(huán)境的細(xì)菌能夠生長繁殖，而以沖刷方式進(jìn)入水體的土壤細(xì)菌中不耐受水環(huán)境的細(xì)菌會逐漸減少.有研究對泰晤士河流域上游支流以及下游主干道的水樣浮游細(xì)菌群落分析發(fā)現(xiàn)了河流浮游細(xì)菌從上游以擬桿菌門主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠我苑啪€菌門主導(dǎo)的生態(tài)演替^［18］.由于Flavobacterium（黃桿菌屬）和Bradyrhizobium（慢生根瘤菌屬）主要生活在土壤中，而Acinetobacter（不動桿菌屬）和鞘脂桿菌屬（Sphingorhabdus）則廣泛存在于水體和土壤環(huán)境中，這使得丹江浮游細(xì)菌群落從支流以Flavobacterium（黃桿菌屬）和Sphingorhabdus（鞘脂桿菌屬）主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)楦闪饕詇gcl_clade（hgcl類群）和Acinetobacter（不動桿菌屬）為優(yōu)勢屬.

其次，研究區(qū)域支流受到的人類活動干擾小于干流.這也是造成干流和支流浮游細(xì)菌不同的重要因素，同時也使得干流浮游細(xì)菌的多樣性低于支流.本研究中支流基本處于海拔較高的山地峽谷內(nèi)，其周邊的土地主要為森林和草地，而干流則處于地勢相對平緩的地區(qū)，河流經(jīng)過的區(qū)域以農(nóng)田為主，并經(jīng)過多個城鎮(zhèn).大量研究表明人類活動強(qiáng)度的增加會導(dǎo)致河流生物多樣性的下降^［25-27］.有研究對亞熱帶氣候區(qū)的河流進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著農(nóng)田和城市用地的增加，下游水域中的水生生物多樣性呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢^［27］.因此，人類活動也是造成干流和支流浮游生物群落組成和多樣性具有差異的重要因素.

此外，干流和支流的浮游細(xì)菌的來源具有明顯的差異.相較于干流而言，支流上游底質(zhì)附著細(xì)菌對支流下游浮游細(xì)菌群落的貢獻(xiàn)占比更高.此外，支流上游相較于干流具有更強(qiáng)的水陸連通性，這有助于浮游細(xì)菌從周邊土壤及地下水遷徙^［28］.而干流中的浮游細(xì)菌往往受到不同來源支流匯入的影響.干流不同河段會受納不同支流的浮游細(xì)菌，并且在這一過程中會發(fā)生群落融合現(xiàn)象^［28］.當(dāng)干流和支流的水環(huán)境差異比較大時，會產(chǎn)生比較強(qiáng)的異質(zhì)性選擇作用（異質(zhì)的環(huán)境條件導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的相似性減少），這會造成干流中浮游細(xì)菌的多樣性下降^［28］.此外，干流河流相較于支流會有更多的污水處理廠尾水的輸入，這也是造成干流浮游細(xì)菌群落改變的重要因素.因此，研究區(qū)域干流和支流浮游細(xì)菌群落組成和多樣性的差異是水文、地形、土地利用類型和人類活動綜合作用的結(jié)果.

3.2 水質(zhì)對浮游細(xì)菌群落的影響

本研究通過分析優(yōu)勢門與環(huán)境因子的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)（圖6a）總氮和硝氮與除放線菌門和Deinococcota（奇異球菌門）外的其他門類均呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，而水溫則與之呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系.此外，屬水平上也能夠發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果，即總氮與多數(shù)屬呈正相關(guān)，而溫度呈負(fù)相關(guān).氮是生物體中蛋白質(zhì)的重要構(gòu)成元素，總氮濃度在一定范圍內(nèi)的增加能夠促進(jìn)浮游細(xì)菌的生長與繁殖.有研究通過室內(nèi)模擬不同氮水平下微生物群落的變化，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體中的總氮質(zhì)量濃度從1 mg/L增加到5 mg/L時，微生物的代謝活性增加了約30%，生物量（以總有機(jī)碳計）增加了20%^［29］.此外，在高氮水平（5 mg/L）下，Proteobacteria（變形菌門）和Bacteroidetes（擬桿菌門）的相對豐度分別增加了15%和10%.這表明總氮的增加顯著促進(jìn)了這些優(yōu)勢門類的生長.本研究中發(fā)現(xiàn)Actinobacteria（放線菌門）和Deinococcota（奇異球菌門）與總氮呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).其中，Actinobacteria（放線菌門）在有機(jī)質(zhì)分解中扮演重要角色，其在水體中的豐度可能更多地受到有機(jī)質(zhì)含量的影響，而不是直接依賴于氮素水平.Deinococcota（奇異球菌門）并沒有足夠的參考資料.

本研究發(fā)現(xiàn)水溫增加使得除Actinobacteria（放線菌門）和Deinococcota（奇異球菌門）外的其他門類相對豐度降低.有研究對潮白河進(jìn)行季節(jié)性調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體溫度從20 ℃升高到30 ℃時，微生物的總生物量減少了約25%，同時變形菌門和擬桿菌門的相對豐度分別下降了12%和8%^［30］.這一結(jié)果表明高溫對浮游細(xì)菌中的一些門類的生長具有抑制作用.該研究還發(fā)現(xiàn)高溫可能加速了氮循環(huán)過程中的反硝化作用，從而降低了水體中的總氮和硝氮濃度.綜上所述，本研究研究區(qū)域總氮和硝氮的增加促進(jìn)了多數(shù)浮游細(xì)菌門類的增加，而較高的溫度則降低了多數(shù)浮游細(xì)菌門類的相對豐度，并使得總氮和硝氮的濃度下降.

進(jìn)一步的研究表明，干流和支流浮游細(xì)菌群落受到的主要環(huán)境因子存在顯著差異.干流浮游細(xì)菌主要受總有機(jī)碳和溶解氧的影響，而支流浮游細(xì)菌則主要受溫度、總氮和硝態(tài)氮的影響.本研究中從各支流到干流下游，水體中的總有機(jī)碳含量呈現(xiàn)出增加的趨勢，而水體中的溶解氧有下降的趨勢，這主要是由于下游地區(qū)人類活動強(qiáng)度增加導(dǎo)致的.干流水體總有機(jī)碳的增加和溶解氧的下降對浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)生了直接的影響.針對渭河的調(diào)查結(jié)果顯示當(dāng)河流中的總有機(jī)碳從6.4 mg/L增加到15.5 mg/L時，浮游細(xì)菌數(shù)量顯著增加，同時細(xì)菌的呼吸速率也明顯提升，造成了水體溶解氧的下降^［31］.相對而言，支流水體水量小，不同支流的溫度的變化相對較大，這可能是導(dǎo)致支流浮游細(xì)菌對溫度敏感的重要原因.此外，支流與河岸土壤之間較強(qiáng)的水陸連通性可能使得河岸帶土壤中的氮素更容易排入支流，從而對浮游細(xì)菌群落產(chǎn)生影響^［32］.干流和支流的環(huán)境差異主要由流量、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧濃度和溫度變化等因素引起，這些差異導(dǎo)致了浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的顯著差異.

3.3 丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落構(gòu)建比較

本研究通過中性群落模型擬合發(fā)現(xiàn)干流和支流的群落構(gòu)建過程存在顯著差異，干流相較于支流而言受到的確定性過程更高，而支流則以隨機(jī)性過程為主導(dǎo).有對長江水體浮游細(xì)菌的研究發(fā)現(xiàn)干流由于pH、溶解氧等因子的變化導(dǎo)致環(huán)境選擇和物種競爭等確定性過程對浮游細(xì)菌群落的影響較大^［33］.而支流由于流量較小、環(huán)境波動較大，更容易受到漂變和遷移等隨機(jī)性過程的影響.相較于干流而言，支流的浮游細(xì)菌來自上游底質(zhì)附著細(xì)菌的貢獻(xiàn)占比更高.此外，支流上游相較于干流具有更強(qiáng)的水陸連通性^［33］，這有助于浮游細(xì)菌從周邊土壤及地下水遷徙，這些過程都強(qiáng)調(diào)了隨機(jī)性過程中的擴(kuò)散作用對支流浮游細(xì)菌的影響.而干流則由于人類活動強(qiáng)度的增加導(dǎo)致水體中營養(yǎng)物質(zhì)的增加和其他水質(zhì)因子的變化，從而增加了環(huán)境選擇的作用.

盡管中性群落模型對浮游細(xì)菌生物數(shù)據(jù)的擬合效果較好，但推斷環(huán)境和空間變量對浮游細(xì)菌生物群落組成的影響仍然存在困難，特別是冗余分析揭示的大量未解釋方差.這些未解釋的方差可能是由漂移、未測量的環(huán)境變量和物種相互作用引起的.一些關(guān)鍵環(huán)境變量可能以隨機(jī)方式變化，短時間的采樣通常包含大量噪聲，這可能掩蓋浮游細(xì)菌的生態(tài)模式.此外，除了隨機(jī)過程外，本研究未能確定其他重要機(jī)制來解釋浮游細(xì)菌生物群落的分布，例如質(zhì)量效應(yīng)（質(zhì)量效應(yīng)假設(shè)大規(guī)模的物種擴(kuò)散可以補(bǔ)償微生物之間由于競爭排斥造成的物種多樣性下降，從而減緩群落組成與局部環(huán)境變量之間的關(guān)聯(lián)）^［34］.此外，微生物群落之間的共存關(guān)系也可能對群落的穩(wěn)定性產(chǎn)生重要影響.不同分類和功能群的微生物在面對環(huán)境脅迫時會產(chǎn)生不同的響應(yīng)模式.

總之，通過結(jié)合確定性和隨機(jī)性過程，可以更全面地理解干流和支流浮游細(xì)菌群落的構(gòu)建機(jī)制.除了考慮環(huán)境因子對浮游細(xì)菌的影響外，還需考慮中性過程，從而增加對丹江流域浮游細(xì)菌群落關(guān)鍵控制因素的理解.這些發(fā)現(xiàn)揭示了不同水環(huán)境下微生物群落構(gòu)建的機(jī)制和動態(tài)，對理解河流生態(tài)系統(tǒng)中微生物的空間分布和生態(tài)過程具有重要意義.

4 結(jié) 論

本研究通過16S rDNA測序結(jié)合水質(zhì)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)丹江浮游細(xì)菌優(yōu)勢門和屬在干支流之間存在明顯差異.并且發(fā)現(xiàn)丹江支流浮游細(xì)菌的α多樣性高于干流，且干流和支流的浮游細(xì)菌在β多樣性組成上存在顯著差異.干流和支流浮游細(xì)菌群落所受的主要環(huán)境因子存在顯著差異.此外，干流中浮游細(xì)菌主要受總有機(jī)碳和溶解氧的影響，而支流中浮游細(xì)菌則主要受總氮、硝態(tài)氮和水溫的影響.干流和支流的環(huán)境差異主要由流量、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧濃度和溫度變化等因素引起，這些差異導(dǎo)致了浮游細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的顯著不同.并且，丹江干流的浮游細(xì)菌群落主要受到確定性過程的影響，而支流則主要受隨機(jī)性過程的影響.本研究通過比較丹江干流和支流浮游細(xì)菌群落組成和群落構(gòu)建，證實了丹江干流和支流浮游細(xì)菌存在明顯差異，并且指出了不同的水系結(jié)構(gòu)在浮游細(xì)菌群落構(gòu)建中的關(guān)鍵作用.未來的研究應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注河網(wǎng)差異對水生生物造成的影響，為保護(hù)丹江水生態(tài)健康提供基礎(chǔ)理論支撐.

附錄見電子版（DOI：10.16366/j.cnki.1000-2367.2024.03.21.0001）.

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Characterization and driving factors of bacterioplankton community structure in the mainstream and tributaries of the Danjiang River Basin

Li Juan1， Xue Xudong1， Du Dou1， Chang Chao2

（1. Shaanxi Environmental Investigation and Assessment Center， Xi'an 710061， China; 2. College of Natural Resources

and Environment， Northwest Aamp;F University， Yangling 712100， China）

Abstract： Bacterioplankton are major contributors to elemental cycling and energy flow in riverine ecosystems， and their community composition and diversity vary by geographic location. Variations in hydrology， topography， and human activity intensity between mainstreams and tributaries cause different responses of bacterioplankton communities. However， the differences in bacterioplankton community composition and diversity between mainstems and tributaries， as well as their driving factors， are unclear. In this study， we collected bacterioplankton samples from 19 sites in the mainstem and tributaries of the Danjiang River Basin. We identified the basic distribution patterns of bacterioplankton and their key environmental factors in the Danjiang River Basin by using 16S rRNA gene sequencing and water quality analysis. The results showed that planktonic bacteria in the Danjiang River Basin were mainly dominated by Proteobacteria， Bacteroidota， Actinobacteriota and Cyanobacteria. The α-diversity of bacterioplankton was higher in the tributaries compared with that in the mainstem， with a significant difference observed in β-diversity composition between them. Planktonic bacteria in the mainstem were primarily influenced by TOC（total organic carbon） and DO（dissolved oxygen）， while those found in tributaries were mainly affected by TN（total nitrogen）， NO-3-N（nitrate nitrogen）， and T（water temperature）. Additionally， neutral community modeling indicated that planktonic bacteria communities within the mainstem of the Danjiang River were primarily influenced by deterministic processes whereas those within tributaries were mainly influenced by stochastic processes. This study emphasizes the key role of drainage structure in shaping bacterioplankton communities.

Keywords： Danjiang River Basin; bacterioplankton; community assembly; biogeography; driving factors

［責(zé)任編校 劉洋 趙曉華］