纳木措湖沿岸表层水细菌群落特征及影响因素

Characteristics and effective factors of bacterial community in surface water along the coast of Namtso lake

摘要

为了探究夏季纳木措湖沿岸表层水体细菌群落特征，为以后纳木措湖细菌的研究打下基础，围绕纳木措湖一周选取采样点19个。现场采集水样，进行理化因子测定，运用高通量测序技术获取上述样点的16S rDNA数据，根据多样性指数和丰富度指数计算比较各样点的细菌群落多样性和丰富度，根据各样点细菌群落在门和属水平的分布来研究纳木措各样点细菌分布差异，基于Spearman相关性系数来衡量理化因子与α⁃多样性指数的相关性，采用冗余分析（redundancy analysis， RDA）探究理化因子与细菌群落分布之间的关系。在纳木措水体中共获得细菌4 137个OTU（operational taxonomic units），属于87门204纲498目645科1 185属。门水平优势菌群为变形菌门（Proteobacteria，39.61%）、拟杆菌门（Bacteroidetes，13.41%）和厚壁菌门（Firmicutes，12.61%），其中，变形菌门以γ⁃变形菌为优势菌群，其次为β⁃变形菌和α⁃变形菌。属水平有71.67%的未知细菌菌属。纳木措Shannon多样性指数显示，纳木措细菌种类比较丰富。Spearman相关性系数显示，水体细菌α⁃多样性指数与环境因子之间没有相关性。RDA分析表明，影响纳木措水体细菌群落结构的主要理化因子为温度（P=0.002，F=5.7）。纳木措沿岸表层水体细菌群落分布差异较为明显，细菌群落比较丰富，有许多未知菌种需进一步鉴定，有广阔的研究前景。

Abstract

To explore the characteristics of bacterial community in the coastal surface water of Namtso in summer， and lay a foundation for the study of Namtso bacteria in the future， a total of 19 sampling sites were selected around Namco lake. Water samples were collected and physicochemical parameters were determined. 16S rDNA data of the sites were obtained by high⁃throughput sequencing technology. The differences of bacterial distribution in various Namtso sites were studied according to the bacterial community distribution at phylum and genus levels. The correlation between physicochemical parameters and α⁃diversity index was measured based on Spearman correlation coefficient， and the relationship between physicochemical parameters and bacterial community distribution was investigated by redundancy analysis （RDA）. A total of 4 137 OTUs （operational taxonomic units） were obtained from Namtso， belonging to 87 phyla， 204 classes， 498 orders， 645 families and 1 185 genera. Proteobacteria （39.61%）， Bacteroidetes （13.41%） and Firmicutes （12.61%） were the dominant groups at phylum level. Gama⁃proteobacteria was the dominant group of Proteobacteria，followed by Beta⁃proteobacteria and Alpha⁃proteobacteria. There were 71.67% unknown species at the genus level. Shannon diversity index shows that Namtso has rich bacterial species. Spearman correlation coefficient shows that there was no correlation between α⁃diversity index and environmental factors. RDA analysis shows that temperature （P=0.002， F=5.7） is the main physicochemical factor affecting bacterial community structure in Namtso waters. There are obvious differences in the distribution of bacterial communities in the surface waters along the Namtso coast， and the bacterial communities are relatively rich. There are still many unknown bacterial species that need to be further identified and have broad research prospects.

Graphical abstract

关键词

纳木措湖 / 高通量测序 / 细菌群落 / 环境因子

Key words

Namtso lake / high⁃throughput sequencing / bacterial community / environmental factor

0 引 言

湖泊是由湖盆、湖水及水中包含的各种物质所构成的天然综合体^［1］，是地球表层系统中水、土、气等各个圈层相互作用的联结点^［2］。我国湖泊较多，现有湖泊约24 800余个，总面积约占我国国土面积的0.95%，达到了91 000平方公里，其中咸水湖泊约占2/3^［3，4］。湖泊生态系统内部各种生物群落和生态环境之间相互依存、相互影响，它也对生物及活性元素的地球化学循环过程起一定的推动作用^［5］。微生物在湖泊生态系统的物质循环和能量流动中起着不可替代的作用^［6］。在水体微生物当中，细菌数量众多且种类丰富，是湖泊生态系统中的重要组成之一^［7］。通过深入了解湖泊生态系统中细菌的组成和分布规律，可为了解湖泊生态系统的结构和功能打下基础^［8］。自然界中大约99%的微生物利用传统培养方法无法获得，水体微生物亦是如此，资料显示，淡水微生物可培养率为0.25%，海水微生物可培养率仅为0.001%~0.1%，导致自然界中大多数微生物不能被人们所认识^［8］。随着分子生物技术的发展，检测快速、准确的高通量测序技术被越来越多的科学研究者接受，高通量测序技术能够获得全面的微生物群落信息以及高效地解析微生物的功能信息。该技术在微生物群落研究中得到了良好应用^［9~11］。

青藏高原是世界海拔最高的高原，被称为“世界屋脊”，总面积约250万km^{2［12，13］}。是许多湖泊和大江大河的发源地，青藏高原的大多数湖泊的海拔都在4 000 m以上，面积大于1 km²的湖泊有1 400多个，是地球上海拔最高、数量最多的湖群区^［14~16］。青藏高原的湖泊多以内陆封闭湖泊为主，它是整个流域内岩石、土壤、植被、河流及人类活动等信息的聚集地^［17］。纳木措湖位于藏北高原东南部，湖面海拔4 718 m。东西长约70 km，南北宽约30 km，最深处达122 m，总面积2 021.3 km²，是世界上海拔最高的大型湖泊^［18~21］。

已有专家和学者对纳木措细菌群落开展过一些研究，纳木措湖中细菌主要以耐寒和嗜寒细菌为主，还发现细菌丰度与叶绿素浓度呈显著相关^{［19，22］}。李国强^［19］对青藏高原湖水中微生物多样性研究发现，纳木措微生物群落丰富度最小在4月份，pH对群落多样性影响最大，水温影响最小，纳木措细菌群落与青海湖比较相似。对青藏高原不同海拔咸水湖微生物群落研究得出，青海湖和纳木措物种相似性为37.6%，主要菌群为拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）^［20］。对纳木措细菌群落的季节动态研究发现，不同月份细菌的群落组成和多样性存在差异，温度对纳木措细菌丰度影响较大，放线菌门、蓝细菌门（Cyanobacteria）和β⁃变形菌门（Beta⁃proteobacteria）在细菌库中具有明显的时间生态位，分别在1月、5月和6月占据优势^［23］。对青藏高原湖水可培养微生物进行季节性变化研究，得出纳木措湖水体可培养微生物多样性8月份达到最大，光照和温度等环境因子与其多样性显著相关^［24］。综上所述，本团队在以上研究的基础上，主要选取纳木措夏季沿岸表层水来对其中细菌群落多样性进行研究以及对其与理化因子相关性进行分析。较以上研究，本文选取的理化因子数量有一定程度的增加，使其和细菌群落的相关性分析更具深度和说服力。本研究可为以后青藏高原湖泊细菌的研究提供参考，对以后青藏高原湖泊微生物资源的挖掘起借鉴作用。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

纳木措位于藏北高原东南部，是我国第二大咸水湖，其60%的区域位于湖面西部的那曲地区班戈县境内；40%的区域位于拉萨市当雄县境内^［25］。地理方位是东经90°16′~91°03′，北纬30°30′~30°35′。纳木措湖面海拔较高，平均海拔4 718 m，湖水总面积为2 021.3 km²，最深处达到了122 m，总蓄水量约为（768×108） m^3［26］。湖的东边是冈底斯山脉，南边是念青唐古拉山脉，西边是昂曲和侧曲两条入湖河流，北边则是藏北高原丘陵，平均海拔达到5 000 m^［27］。纳木措主要的水源补给来自地表径流、冰川融水和降水，年降水量为400 mm，雨季主要在5-10月。气候主要为高原亚寒带季风半干旱气候，气候寒冷干燥，空气稀薄，昼夜温差大，干湿分明。纳木措整个区域处于封闭较好的内流区域，属于青藏高原中的典型高原内流湖泊^{［19， 25~29］}。

1.2 实验设计与方法

1.2.1 样品采集与处理

2020年8月绕纳木措湖进行采样，在湖沿岸每隔15 km选取一个样点，总共选取19个样点进行水样采集，对19个样点数据进行分析处理，19个样点位置如表1所示。在距离岸边15 m处进行采样，每个样点用无菌水样采集器采集表层（深度约50 cm）水样，每个样点采集2份水样，将水样装在经消毒的无菌塑料桶内避光保存。水样采集后运回实验室进一步分析，一份用于高通量测序使用；一份用于测定理化因子。用于高通量测序的水样利用砂芯过滤器进行抽滤，滤膜孔径为0.22 μm。将过滤后的0.22 μm孔径滤膜放入-80 ℃冰箱保存，用于后续的DNA提取。

1.2.2 理化因子的测定

利用多功能参数仪现场测定水温（T）、电导率（EC）、总溶解固体量（TDS）、盐度和pH值；总磷（TP）、总氮（TN）、氨态氮（NH₄⁺-N）和化学需氧量（COD）送往西藏博源环境检测有限责任公司进行测量。其中TP用钼酸铵分光光度法进行测定；TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行测定；氨态氮用纳氏试剂分光光度法进行测定；COD采用重铬酸钾法进行测定^［30］。

1.2.3 DNA提取和高通量测序

采用SDS法提取基因组DNA^［31］，用1%琼脂糖凝胶检测DNA浓度和纯度。对16S rDNA基因的V4高突变区片段进行PCR扩增^［32］。引物序列为：F：515F（5'⁃GTGCCAGCMGCCGCGGTAA⁃3'）和R：806R（5'⁃GGACTACHVGGGTWTCTAAT⁃3'）^{［33，34］}。PCR反应均使用15 µL Phusion high fidelity PCR Master Mix（New England Biolabs）进行，反应条件：98 ℃预变性1 min， 98 ℃变性10 s， 50 ℃退火30 s， 72 ℃延伸30 s，总共30个循环。最后72 ℃保温5 min。PCR扩增产物利用2%琼脂糖凝胶电泳检测，使用Qiange公司的凝胶回收试剂盒回收PCR产物。使用TruSeqTMDNA PCR⁃Free Sample Preparation Kit生成文库，构建好的文库经过Qubit和Q⁃PCR定量，文库合格后，委托北京诺禾致源科技股份有限公司在NovaSeq 6000平台上进行测序。

1.2.4 OTU列表统计

双端序列的拼接利用FLASHV1.2.7进行，基于Barcode从reads中拆分各样品序列。然后对得到的原始数据进行质控，去除嵌合体，得到有效数据Clean Reads。在97%的一致性水平上进行可操作分类单元（OUT， operational taxonomic units）聚类，将每个OTUs中出现频率最高的序列作为代表序列，然后用Qiime软件（Version 1.9.1）中的blast方法与Silva（v138.1）数据库进行物种注释分析，使用MUSCLE（Version 3.8.31）软件进行快速多序列比对，得到所有OTUs代表序列的系统发生关系。对各个样本进行均一化处理，以样本中数据量最少的为标准进行均一化处理，得到后续用于分析使用的精简后的OTUs列表。

1.2.5 多样性及群落结构分析

样点图用ArcGIS（Version 10.6）完成，根据得到的OTU列表中各样品的物种丰度，使用QIIME软件（Version 1.9.1）计算群落Shannon指数和Simpson指数以及种群丰富度指数Chao1指数、ACE指数，使用Excel 2010整理环境因子。使用R语言“ggplot2”包和“reshape2”包进行物种门和属水平细菌丰度的绘制，使用R语言“rio”包和“plotrix”包进行花瓣图绘制，使用R语言“corrplot”包和“pheatmap”包进行相关性分析。RDA分析采用R语言中的“ggrepel”包、“ggplot”包和“vegan”包作图。

2 结果与分析

2.1 纳木措湖沿岸表层水体理化性质

纳木措湖水体理化参数如表2所示。就pH而言，各样点介于8.72~9.66，其中10号样点显著高于其他样点（P<0.05）；EC、TDS以及盐度具有相似的变化趋势，各样点EC范围为290.67~1 901.67 μS/cm、TDS范围为206.67~1 346.67 mg/L、盐度范围为132.67~950.00 psu，其中14号样点最高，5号样点最低。T和COD变化趋势一致，T范围为9.70~20.57 ℃、COD范围2.00~15.00 mg/L，19号样点显著高于其他样点（P<0.05），6号样点显著低于其他样点（P<0.05）。各样点NH₄⁺-N存在较大差异，其中19号样点显著高于其他样点（P<0.05），其值为0.71 mg/L，2号样点最低，其值为0.06 mg/L；就TP和TN而言，19号样点最高，3号、4号和5号的TP值显著低于其他样点（P<0.05），各样点TP范围为0.01~0.05 mg/L，2号和7号样点TN显著低于其他样点（P<0.05），各样点TN范围为0.15~0.97 mg/L。

2.2 纳木措湖沿岸表层水体细菌群落多样性分析

表3显示，纳木措湖19个样点总共得到OTU数目为4 137个。各样点的文库覆盖率范围均在98%以上，可以代表纳木措夏季水体细菌群落的真实情况。Shannon多样性指数和Simpson多样性指数均用来表示群落的多样性，Shannon多样性指数和群落多样性成正比关系，Simpson多样性指数和群落中物种数、个体的均匀程度以及多样性相关。从表中可以看到，Shannon多样性指数的变化范围为5.66~8.68，平均值为7.61，Simpson多样性指数变化范围为0.83~0.99，平均值为0.97。分析表3 Shannon多样性指数可知，纳木措1号和19号样点的Shannon多样性指数最大，表明这两个样点细菌多样性最高，18号样点细菌多样性最低。Chao1指数和ACE指数均用来表示群落丰富度，纳木措细菌的Chao1指数的变化范围为1 475.35~3 452.76，平均值为2 255.98；ACE指数变化范围为1 480.77~3 473.60，平均值为2 293.94。另外可以看出，4号样点的Chao1指数和ACE指数最大，表明此样点水体细菌丰富度最高，7号样点这两个指数最小，表明此样点水体细菌丰富度最低。

2.3 纳木措沿岸表层水体细菌群落组成

分析显示，纳木措夏季水体细菌共有4 137个OTU，属于87门204纲498目645科1 185属。19个样品的稀释曲线在0.97的相似水平上趋于平坦，说明了本次测序的深度已经达到了较高水平，测序数据量将近合理，19个样品获取了纳木措夏季水体中的绝大多数细菌的样本信息，数据可靠性较好，可以代表纳木措夏季沿岸表层水体中的细菌真实的分布情况。

图1为夏季纳木措沿岸表层水体门水平细菌组成状况，选取丰度排名前15的门进行分析，从图中可以看出，门水平丰度较高的细菌为变形菌门（39.61%）、拟杆菌门（13.41%）、厚壁菌门（Firmicutes，12.61%）、放线菌门（7.84%）、疣微菌门（7.59%）、Unidentified⁃Bacteria（5.75%）、蓝细菌门（1.74%）、浮霉菌门（Planctomycetes，1.13%）、酸杆菌门（Acidobacteriota， 1.03%）和脱硫杆菌门（Desulfobacterota， 0.88%），其余门水平细菌的丰度均小于0.5%，在变形菌门中，γ⁃变形菌纲（Gamma⁃proteobacteria， 27.13%）丰度最高，其次是β⁃变形菌纲（13.17%）和α⁃变形菌纲（Alphaproteobacteria，12.45%）。以上十个门的细菌比例达到了91.59%，为纳木措表层水体中主要的类群。其中丰度最高的变形菌门在2号和18号丰度较高，分别为72.26%和55.96%。拟杆菌门在3号、5号、14号、16号和17号样点的占比均在15%以上。厚壁菌门在6号、10号和13号样点的占比较高，分别为28.75%、32.34%以及45.12%。 放线菌门在7号、8号和19号相对丰度较高，占比分别为12.69%、15.55%以及15.89%。疣微菌门在11号样点相对丰度最高，占比为12.77%。Unidentified⁃Bacteria为未知的细菌种群，在1号样点相对丰度最高，占比为17.54%。蓝细菌门在12号样点相对丰度最高，占比为12.40%。浮霉菌门、酸杆菌门以及脱硫杆菌门（Desulfobacterota）在各样分布则较为均匀。4号、9号、15号样点中相对丰度较高的门为变形菌门，其值分别为44.79%、32.56%以及24.69%。

图2为属水平细菌分类，我们选取丰度排名前15的属进行分析。从图中可以看出纳木措沿岸表层水体中细菌当中的未知种含量很高，各样点的相对丰度占比均在50%以上。其中还发现了劳尔氏菌属（Ralstonia），其占比为9.19%，它在18号样点的相对丰度最高，占比为40.64%。1种细菌在属分类级别数值较低，数据库中没有找到相对应的分类信息，统计时以unidentified作为标记。Hgcl_clade为放线菌门中的一类属。

从图3我们可以看出，纳木措19个样点OTU数目为4 137个，单个水样的OTU数目介于165~573，平均值为211。纳木措3号和9号样点的OTU较多，分别为450和397，说明在3号样点中特有的细菌种类最多。7号、8号、16号和17号样点的OTU较小，说明在这四个样点中特有细菌种类较少。19个样点中共有的OTU数目为123个，占总OTU数目的2.97%。分别占3号和9号的OTU数比例21.5%和23.7%；分别占7号、8号、16号和17号的OTU数比例的62.1%、67.2%、66.1%和74.5%。

基于Bray⁃Curtis距离，我们对19个样点进行了NMDS分析（图4A）和UPGMA聚类分析（图4B）。从图4A中可以看出，19个样点被分为4类，在4类当中除了地理位置相距近的样点相互聚类以外，样点2和19、6和14、10和13、3和9以及12和18两两也聚成了一类。图4B中的聚类树刚好印证了图4A中得出的结论。综合这两个图可以发现，这几个样点地理位置距离相差较远，但他们之间的物种差异却很小，造成这种现象的原因有待我们进一步去研究。

基于上面得出的结论，我们利用Bray⁃Curtis距离的回归曲线图进一步研究了各样点的海拔高度对细菌群落分布的影响（图5A）和各样点的经纬度对细菌群落分布的影响（图5B）。从图5A中可以看出，回归线坡度较小，几乎趋于平行，R2为-0.006，由此可以得出，不同样点的物种分布受经纬度影响也较小。从图5B中看到，回归线的斜率绝对值较小，几乎趋近于1，而且R²为-0.005，这说明各样点细菌群落的分布受经纬度不同的影响较小。但我们也可以看出相较于海拔，经纬度对细菌群落的影响较大，但也不是决定性因素。因此，我们猜测造成纳木措表层水体细菌群落分布的原因可能是因为细菌之间的相互作用。

该研究构建了纳木措湖泊中表层水体中的细菌群落的分子生态网络（图6），由图6可见：纳木措表层水体细菌群落生态网络节点和边的数量分别是150和2 702。在生态网络中，78.20%的边为正相关关系，说明细菌群落之间的协同作用强于竞争作用。平均路径长度为2.093。其中，平均聚类系数为0.693，图密度为0.242。这说明细菌群落之间的互作作用较为复杂。网络的模块化为0.877。根据贪婪算法，纳木措湖泊中浮游细菌网络可被分解为6个模块。作为代表网络紧密关系程度的中心性参数，该网络图的接近中心性为0.4778。

2.4 纳木措夏季细菌多样性和理化因子相关性分析

从图7可以看出，pH与COD呈显著正相关（P<0.05）。EC与TDS和Salt呈极显著正相关（P<0.01），与NH₄⁺-N呈显著负相关（P<0.05）。TDS和Salt呈极显著正相关（P<0.01），它们两个分别与NH₄⁺-N呈显著负相关（P<0.05）。T与COD、和TP呈显著正相关（P<0.05）。COD与NH₄⁺-N呈极显著正相关（P<0.01），与TN呈显著正相关（P<0.05）。NH₄⁺-N与TN呈极显著正相关（P<0.01）。Shannon⁃Wiener多样性指数与Simpson多样性指数、Chao1指数和ACE指数呈极显著正相关（P<0.01）。Simpson多样性指数与Chao1指数和ACE指数呈显著正相关（P<0.05）。Chao1指数和ACE指数呈极显著正相关（P<0.01）.图中表明，纳木措夏季表层水体中细菌的α⁃多样性指数和理化因子之间不存在相关性。

将夏季纳木措沿岸表层水体细菌群落门水平上物种丰度排名前10的物种进行DCA分析，结果排序轴梯度最大值小于3，故用RDA分析。利用蒙特卡拟合方法对环境因子进行显著性检验，通过筛选，除了温度（P<0.01），无显著解释性变量，群落变异解释率第1的环境参数为T（P=0.002，F=5.7），对群落变异的解释率为47.2%，是影响夏季纳木措沿岸表层水体细菌群落结构的主要环境因子。第一、二排序轴物种⁃环境累计方差的解释率分别为 51.30%和23.15%；物种⁃环境因子的相关系数分别为0.7329和0.9582；前两轴累计方差为 74.45%，表明前两轴能较好地反映夏季纳木措沿岸表层水体细菌群落与各环境因子的关系，且主要由第一排序轴决定。从图8得出，第一排序轴与T呈正相关；第二排序轴与T呈负相关；Verrucomicrobiota，Planctomycetes，unidentified_Bacteria，Acidobacteriota以及Proteobacteria与TN呈正相关；Actinobacteriota，Bacteroidota，Cyanobacteria，Firmicutes和Desulfobacterota与TN呈负相关。

3 讨 论

本实验过程主要采用16S rDNA高通量测序技术对纳木措夏季沿岸表层水体细菌多样性进行分析。19个样点的OTU稀释曲线在97%的相似水平上接近平稳，说明本研究数据基本代表纳木措夏季沿岸表层水体细菌群落组成。纳木措夏季各样点细菌在门和属水平上分布特征表明，纳木措沿岸表层水体细菌多样性较丰富，常见细菌类群在各样点相对丰度较高，多数细菌类群在各样点相对丰度差异较明显。

3.1 纳木措沿岸表层水中细菌群落α⁃多样性

纳木措3号和9号样点细菌多样性指数和丰富度以及OTU数目都表明这两个样点的细菌菌群较为丰富，可能是因为3号样点位于扎西半岛，此地为游客聚集地，人员的流动导致该样点细菌菌群种类较多；采样时观察到9号样点岸边存在着大量植物和动物粪便。岸边的植物通过其自身代谢能将土壤中的营养物质带到地表^［35］。除此之外，牦牛等牲畜的啃食会将植物“切割”成微生物更易利用的小块，牲畜的粪便不仅含有未完全消化的食物残渣还有许多肠道微生物。这都为细菌的生长和繁殖提供了良好的营养环境，有助于细菌大量繁殖，再经过湖水的冲刷将其带入湖中。推测这可能是导致该样点细菌种类增多的原因。17号样点的细菌多样性指数和OTU数目都表明该样点的细菌多样性与其他样点相比较低。导致该情况的原因可能与17号样点所处生境有一定关系。

3.2 纳木措沿岸表层水中细菌群落结构变化

通过对纳木措夏季沿岸表层水的细菌丰度分析，可以看出：在门水平上，纳木措季沿岸优势菌群主要是变形菌门（39.61%）、拟杆菌门（13.41%）、厚壁菌门（12.61%）。2008年对纳木措湖水进行了细菌群落的研究发现β⁃变形菌和放线菌门为纳木措主要的细菌群落，本次研究发现纳木湖中的γ⁃变形菌已经取代β⁃变形菌成为纳木措湖中的主要优势菌群，放线菌门在纳木错湖中的细菌丰度占比已经不足10%，造成这一现象的原因可能是随着时间的推移纳木措中的细菌群落结构发生了变化，推测可能是由于纳木措所处的环境条件的变化对其中细菌群落的生长和繁殖产生了较大的影响。对巢湖水体细菌和沙湖水体细菌的研究结果表明^{［36，37］}，巢湖和沙湖的优势细菌种群主要是放线菌门、变形菌门和蓝细菌门。对鄱阳湖水体细菌的研究表明^［38~40］，鄱阳湖中优势菌群为变形菌门、拟杆菌门和放线菌门。沙湖、巢湖和鄱阳湖中，厚壁菌门占比均低于1%，而纳木措夏季当中厚壁菌门的比例达到了12.61%。查阅资料得知：厚壁菌门可以产生一种特殊的芽胞，使得它可以在极端环境中生存。除纳木错湖外，西藏地区的温泉中也发现了这种细菌的存在^［41］。纳木措中发现这种菌种主要可能和它所处的高海拔、高辐射等极端环境条件有一定关系。由此可以得出，纳木措水体中主要细菌菌群和内地一些湖泊生态系统中的常见菌群有一定的差异。本研究的变形菌门中，γ⁃变形菌含量为27.13%，查阅文献发现，γ⁃变形菌多生存于富营养水体当中^［42］，推测可能是纳木措水体近几年有向富营养化发展的趋势。α⁃变形菌含量为13.16%。文献表明，α⁃变形菌一般生存在寡营养的环境中^［42］，纳木措为寡营养型湖泊，可能更适合这种菌群生存。β⁃变形菌丰富度也较高，为12.46%，其丰富度与低分子量的营养物质含量有关^［41］，因此推测纳木措营养物质中低分子量物质可能居多。本研究结果也表明，在属水平上，纳木措沿岸表层水中细菌有71.67%的未被注释，分析其中的原因可能是由于纳木措属于高海拔湖泊，水源主要以冰川融水为主，导致一些只有在冰川才能生存的未知种进入纳木措。在纳木措中还存在劳尔氏菌属（Ralstonia），文献显示，该属主要存在于植物中^［43］，我们发现纳木措18号样点该属丰度较高，为40.64%，究其原因可能是18号样点主要为高寒草甸生境，湖边植被比较丰富，由于冰川融水将植物中的此类菌冲刷到了湖水中，导致其在纳木措含量较高。

通过查阅文献发现，嗜盐细菌可以产生一种名为依克多因的物质，这种物质在化妆品产业中有重要的研究意义。它主要通过产生一层“保护层”来防止皮肤免受外界刺激因子的刺激，从而降低炎症和损伤反应，具有保湿、修复、抗衰老、抗紫外线等功效^［44］。我们从纳木措夏季沿岸表层水中分离出嗜盐细菌假单胞菌目（Pseudomonadales），通过分离，为提取依克多因做出贡献。

3.3 纳木措沿岸表层水中细菌群落及驱动因子

细菌群落与环境因子的RDA分析发现，温度是影响纳木措沿岸表层水细菌群落的主要环境因子，这与前期研究结果相同^{［19，23］}。尽管纳木措是高原湖泊，但是有研究表明^{［36，45］}，在高原湖泊中，温度对细菌的群落的影响与温度对位于平原的湖泊中的细菌群落影响的研究结果具有一致性。温度主要通过改变细菌体内各种酶的活性来影响细菌的新陈代谢。纳木措湖水温度范围9.7~20.57 ℃，平均温度为13.56 ℃，各样点水温差异较大，导致纳木措各样点细菌群落存在一定差异。纳木措沿岸表层湖水的pH值范围为8.72~9.66，整体偏碱性。从RDA图中我们得出pH对于纳木措细菌的影响较小，可能是随着时间的推移，湖中细菌发生了适应性进化，不能适应纳木措水体环境的细菌群落被逐步淘汰，能够生存的细菌群落都是适应该水体环境的细菌，因此pH对其影响不大。

3.4 纳木措沿岸表层水水质分析

研究发现纳木措沿岸表层水体TN含量为0.34 mg/L，TP含量为0.02 mg/L，NH₄⁺-N含量为0.19 mg/L。根据《国家地表水环境质量标准》（GB3838，2002），表明纳木措整体水质良好，基本符合国家地表水Ⅱ类水质标准，但TP含量超过国家地表水Ⅱ类水质标准，达到Ⅲ类水质标准，说明纳木措湖水有营养化趋势。本研究中，γ⁃变形菌的丰度为27.13%，在变形菌门中含量最高。查阅文献可知，γ⁃变形菌多存在于富营养型环境中^［42］，符合上述纳木措湖水有营养化趋势的结论。除此之外，COD也超过了合理值范围，原因可能是由于在采样时一些样点水位偏低，采样时将底泥混入水样所致，也有可能是由于湖周边畜牧业比较发达，为传统草场放牧，大量粪便的排入带来有机污染物所致。尽管纳木措水体的清洁程度在本研究中无法用COD得以反映，但该理化因子仍可以作为影响细菌多样性的指标。本研究发现纳木措水体中存在一定量的蓝细菌门，查阅文献发现，此类细菌一般出现在N和P含量较高的湖水当中^［40］。相关研究发现，巢湖和沙湖的蓝细菌门含量均在15%以上，这两个湖泊都是处于中高度富营养化^{［36，37］}。相较于巢湖和沙湖而言，纳木措水体中蓝细菌门含量只有1.74%，说明纳木措水质仍较好。综上所述，目前纳木措水质符合国家地表水Ⅱ类水质标准，属于贫营养型湖泊，但有向富营养型发展的趋势。

3.5 纳木措沿岸表层水细菌群落的共现网络

不同物种之间的相互作用对群落分布格局至关重要^［46］。在生态系统中，微生物类群之间的相互作用比物种丰度和多样性对生态系统循环过程贡献更大。在共现网络中，两个节点间边的正、负相关性分别代表相连物种之间的互惠和竞争关系^［47］。研究发现，在纳木措湖泊中网络节点之间正相关所占比例为78.20%，表明门级水平上细菌种群之间的共生、共栖和共聚集关系强于它们之间的竞争关系，同类群生物往往由于对资源存在竞争关系而普遍存在拮抗作用，但在极端环境中它们却主要表现为协同作用。这说明，在生态网络中不同细菌种群之间表现为协同作用还是拮抗作用，主要由所处生境来决定^［48］，也表明细菌群落之间存在自我维持和组织的特性。网络模块化表明，纳木措湖泊网络具有模块化结构；平均路径长度与已报道的显示“小世界”特性的网络平均路径长度在类似范围，说明所构建的网络均具有“小世界”属性^［49］。网络的拓扑结构特征可以反映细菌种群之间的连通性，若有较高连通性的网络，则说明细菌种群对于环境干扰反应更为迅速和敏感^［47］。纳木措夏季沿岸表层水中的细菌群落网络连通性较为复杂，由此可推断， 细菌群落可能对纳木措湖泊环境变化反应更加敏感，这需要我们进一步验证。

4 结 论

本研究探讨了群落多样性以及水体理化因子对其的影响。结果显示，纳木措沿岸表层水体细菌资源丰富，19个样点中共有4 137个OTU，属于87门204纲498目645科1 185属。优势种为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门。Sperman相关性分析结果表明，水体细菌α⁃多样性指数与环境因子与之间没有相关性。共现网络图表明，纳木措细菌群落间相互作用以协同作用为主导。冗余分析显示，温度（P=0.002，F=5.7）是影响纳木措细菌群落多样性格局的主导因子。

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基金资助

国家自然科学基金(31960024)

2019年中央支持地方高校改革发展基金(藏财预指［2019］01号)

西藏大学研究生高水平人才培养计划项目(2020-GSP-S045)