爱尔斯微课堂|奥运龙形水系三种沉水植物根际及叶际微生物群落特征

表1 丰度排名前20的门水平细菌群落组成

沉水植物所附着微生物的群落结构不仅与植物种类有关，而且与周围环境如温度、pH、溶解氧和光照等也有一定关系。另外由于采样方法限制(采集过程中对水体扰动较大)，往往导致同一植物组内差异较大，如FKR-2中的乳球菌属、FHR-1中的气单胞菌属及FLR-2中的希瓦氏菌属的丰度远高于组内其他样品；FW-2中的水栖菌属、FHL-1中的气单胞菌属、FLL-2中的乳球菌属的丰度要远高于组内其他样品(图1)。后续可以通过扩大采样面积、增加采样数量、增加采样点等方式来减弱水体扰动给采样带来的影响。

图1 属水平丰度排名前20的细菌群落柱状图

(A：底泥及各植物根际样品 B：水体及各植物叶际样品)

在龙形水系中，底泥相对处于厌氧环境，水体处于好氧流动环境，沉水植物根际处于微好氧环境，叶际处于好氧环境，由于植物根际及叶际分泌物能够为微生物提供养分，而且植物叶片也能够作为微生物附着物，因此植物叶际及根际微生物与水体和底泥的微生物多样性具有较大区别(表1，图2)，而不同的微生物类群往往意味着不同的代谢功能。由于底泥处于厌氧环境，所以其生物标记物也多属于厌氧菌，如硫杆菌属和厌氧绳菌科未知属(图3)。

图2 PCoA分析

(A：底泥及各植物根际样品 B：水体及各植物叶际样品)

图3 LEfSe 分析

(A：底泥及各植物根际样品 B：水体及各植物叶际样品)

有报道显示硫杆菌属的细菌能够利用硝态氮氧化还原态的硫进行生长，同时进行反硝化作用，属于自养反硝化细菌，因此硫杆菌属细菌的富集，可能有利于底泥反硝化过程的进行。 同时功能预测结果也显示了底泥样品中厌氧碳固定相关基因的丰度也远高于水体及植物叶际样品(图4)。水体中富集的栖湖菌属细菌广泛存在于淡水环境中，该属细菌大部分为异养微生物，同时最近研究表明部分该属细菌具有好氧不产氧光合作用。苦草叶际富集的假单胞菌属、龙须眼子菜叶际富集的根瘤菌属、狐尾藻叶际富集的丛毛单胞菌科未知属、嗜甲基菌属、小梨形菌属等多为好氧菌或者兼性厌氧菌；而且在对水体及植物叶际样品的功能预测结果显示好氧呼吸相关基因丰度较高(图4)，这也与水体及植物叶际所处好氧环境一致。而在根际样品中，不仅富集了好氧微生物如黄杆菌属、希瓦氏菌属、噬氢菌属等，也富集了厌氧菌及兼性厌氧菌如乳球菌属、Sideroxydans等，其中噬氢菌属的微生物具有碳水化合物降解功能，黄杆菌属的部分微生物则具有硝化功能，而Sideroxydans则具有二价铁离子氧化及硝酸盐还原功能。

图4 碳氮硫代谢标志基因在各样品中的含量