讨论

本研究首次对黑河上游浮游细菌群落进行了高通量测序，并报道了细菌群落对环境因子的响应。高通量测序数据显示，黑河上游干流和八宝河支流中存在7种优势浮游细菌类群:变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinomyceteria）、Deinococcus‐Thermus和蓝藻门（Cyanobacteria）。这一结果与国内外对江河湖泊浮游细菌群落的研究结果相似，符合江河湖泊等淡水水体典型细菌群落组成规律。变形菌群具有很强的适应性，能够利用水体中的氮、磷污染物，广泛分布于河流、湖泊和海洋中。研究表明，γ变形菌纲的高丰度比与整体富营养化有着重要的关系。本研究中变形菌门占绝对优势，各采样点的平均相对丰度高达62.46%。在H1、H3和H5采样点，变形菌门的丰度均在80%以上。LDA结果进一步证实了影响黑河上游差异的主要细菌门几乎都是变形菌门。变形菌门的优势类群为γ变形菌纲，平均相对丰度为43.84%，在H1采样点和H5采样点中分别高达62.26%和84.5%。γ变形菌纲被认为是反硝化菌群之一，因此可能是决定河流清除多余氮的重要类群，这一纲的许多物种都适应寒冷。刘等研究了渭河汛期浮游细菌群落结构特征，发现变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroides）是主要的微生物类群，相对丰度分别为46%和27%。β变形菌门（Betaproteobacteria）是最重要的类群，但与本研究结果不同。这可能是由于黑河特殊的地理环境、低温和高海拔以及青藏高原显著的氮沉降和降水增加，导致了适应寒冷的伽马变形菌的大量增加。刘等和Jones 等人都发现厚壁菌门是灰尘中的主要细菌群。在我们的研究中，厚壁菌门（Firmicutes）是黑河上游干流的第二优势菌群，这与其他研究中认为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和放线菌门（Actinobacteria）是河流的优势菌群不一致。这可能是黑河地处祁连山，坡度高、坡度陡，土壤疏松，植被稀疏，表层土壤裸露造成的。在降雨条件下，大量泥沙被地表径流带入河流，导致黑河上游干流中厚壁菌门含量较高。研究还发现，表层淡水水体中厚壁菌门的相对丰度一般小于1%。厚壁菌门相对丰度较高的水体可能存在动物粪便污染。拟杆菌门（Bacteroidetes）的相对丰度排名第三，是一种常见的致病菌，常见于人类和动物。它在复杂生物聚合物的降解中发挥着重要作用，并参与碳的富集和蛋白质的循环。也有学者发现拟杆菌门与水体富营养化密切相关。本研究在每个采样点都检测到了拟杆菌门，表明黑河上游水体处于富营养化状态。在属水平上，各采样点相对丰度最高的6种微生物为硫单胞菌属（Thiomonas）、酸胞菌属（Acidocella）、Rhodanobacter、酸性硫杆菌属（Acidithiobacter）和Gallionella。除嗜酸杆菌属于厚壁菌门杆菌纲外，其余均属于γ变形菌纲。硫单胞菌是嗜酸的，但也可以在接近中性的pH值下生长，它们能在酸性矿井中自由生长。硫单胞菌是一种混合营养生物，可以利用环境中的硫化物获取能量，同化有机物，氧化亚砷酸盐，有助于砷的沉淀和自然生物修复。在本研究中，除H2外，硫单胞菌在所有采样点均存在，H5和H6的相对丰度分别高达80.61%和32.55%。但各点砷含量约为0.0006 mg/L，远低于《饮用水砷状态》规定的最高允许浓度0.01 mg/L。这一发现与硫单胞菌在砷污染水体甚至酸性矿山废水中广泛存在的研究结果相反。砷主要以砷化合物的形式沉积在河底，这可能与黑河上游海拔高、气温低有关。本研究的水样为地表水，检测到的砷浓度较低。酸化杆菌、酸胞菌属和硫杆菌属常出现在矿物浸出环境或酸性水环境中。黑河pH值为8.27-8.45，属弱碱性，砷等金属离子含量较低，不是富集这些微生物的最适宜条件。该地区除了具有独特的水文、生物、气候和地貌外，还具有显著的地质和成矿条件。布等研究了黑河上游表层土壤中的重金属，他发现，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb的平均值均高于青海省、西藏、中国和世界的平均值。综上所述，受大风和降雨影响，黑河上游前6属的硫单胞菌、酸化杆菌、酸胞菌属和硫杆菌属主要来源于沿河沉积物。许多研究表明，水体细菌群落的丰度和多样性可能受到水温、pH、DO、TN和TP等多种环境因素的影响。黑河上游干流及支流水体理化指标在不同采样点存在差异，不同河段所承载的环境压力及周围人类活动对水环境的影响具有较高的空间异质性。在本研究中，RDA显示温度、pH、海拔、TN、TP、CODMn和NH4+‐N可以很好地解释黑河上游浮游细菌群落组成的差异。TN是影响浮游生物群落结构的主要因素。黑河上游水体TN含量明显超标，由于人类活动和农业生产的影响，过量的氮导致水体富营养化和水质恶化。无机氮是异养细菌重要的氮源，高浓度的无机氮使异养细菌在水中大量繁殖。CODMn是衡量水污染程度的综合指标，以高锰酸钾为氧化剂，将水中的有机物转化为氧气。CODMn越高，水体污染程度越大。pH是浮游细菌组成的另一个重要因素，主要影响浮游植物群落的结构和多样性。TN、TP、CODMn和pH抑制了厚壁菌门的生长，但不同程度地增加了变形菌门和放线菌门的丰度，说明变形菌门和放线菌门对河流中碳、氮等有机污染物的变化具有良好的适应性。PICRUST的预测结果表明，每个采样点的浮游细菌都参与代谢、遗传信息处理和环境信息处理六大代谢途径。它们有40个子功能，并表现出较高的功能丰度。在本研究中，膜运输是每个采样点在KEGG水平2上最丰富的途径，这与报道的细胞膜运输在细菌中广泛存在，是最重要的生物过程之一的结果一致。

结论

综上所述，本研究首次采用基于16S rRNA基因的高通量测序技术对黑河上游浮游细菌群落结构进行分析。结果表明，除H5采样点中TN、汞、CODMn超标，其余各采样点水质均符合二类水质标准。该地区浮游细菌群落的多样性相对较高。在门水平上主要的浮游细菌群是变形菌门，厚壁菌门，拟杆菌门和放线菌门。主要的细菌属有硫单胞菌属，Acidibacillus，酸胞菌属和Rhodanobacter。八宝河的水位以及浮游生物细菌的丰度和多样性明显高于黑河干流的水位。RDA分析表明TN、TP、CODMn和pH是浮游生物细菌空间分布的主要限制因子。PICRUSt推测，具有较高KOs丰度的主流微生物组合属于萜类和多酮类代谢，而具有较高KOs丰度的支流微生物属于免疫系统。综上所述，本研究揭示了黑河浮游细菌群落组成及其与环境因子的关系，为了解青海高原黑河的微生物生态和环境保护提供一定的理论依据。

来源：健康界