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喀什市主要河流微生物生态分布研究

2017/02/07|发布者: admin|阅读:
【摘要】该研究采用稀释平板法分离培养喀什市克孜勒河、盖孜河、吐曼河、东湖、南湖5个水体中的微生物,初步揭示了喀什市主要河流中微生物的生态分布情况。结果表明,各类水体中的细菌数量、类型显著高于真菌和放线菌,尤以吐...

 摘 要:该研究采用稀释平板法分离培养喀什市克孜勒河、盖孜河、吐曼河、东湖、南湖5个水体中的微生物,初步揭示了喀什市主要河流中微生物的生态分布情况。结果表明,各类水体中的细菌数量、类型显著高于真菌和放线菌,尤以吐曼河细菌丰度最高,污染最严重。喀什水体微生物季节变动明显,夏季微生物丰度显著高于冬季,且3条河流不同河段微生物分布情况不一,中下游受污加剧,微生物数量高于上游。 
  关键词:喀什地区;水体;生态分布;丰度 
  中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)24-0029-04 
  A Preliminary Study />  Liu Zhenming et al. 
  (College of Life and Geographic Sciences,Kashgar University Key Laboratory of Ecology and Biological Resources in Yarkand Oasis of Education of Xinjiang Uygur Autonomous Region,Kashgar 844006,China) 
  Abstract:The water microorganisms of Kizil River,Tuman River,East Lake,South Lake in Kashgar city were isolated by the serial dilution plate count technique,and the ecological distributions of different microbial physiological groups were studied. The results indicated that the microorganisms of the waters in Kashgar region display extreme abundance in biodiversity,the number and the diversity of bacteria was significantly higher than that of fungi or actinomycetes,the number of microorganisms in Tuman River was larger than others. Microbial abundance fluctuated seasonally,the quantity of microorganism in summer were much larger than that of in winter,and the abundance in upstream was also larger than that of in downstream. 
  Key words:Kashgar;Water;Ecological distributions;Abundance 
  喀什市位于新疆维吾尔自治区西南缘(E73°20′~79°57′,N35°20′~40°18′),是南疆的政治、经济、文化中心,古丝绸之路上的重要商埠,亦是新疆维吾尔自治区唯一的历史文化名城。喀什市水资源较为丰富,来源较广,流经市内的主要河流有3条:克孜勒河、盖孜河和吐曼河,孕育着喀什47万人民。2010年5月中央新疆工作座谈会决定大力建设新疆,设立喀什经济特区,近几年来喀什地区经济文化建设取得了迅猛发展,城镇化水平进一步提升。但在大开发、大建设过程中,也不可避免地带来了一定的水环境问题,如水体污染严重、富营养化加剧、矿化度升高等,严重制约了喀什地区经济社会的可持续发展。当前克孜勒河、吐曼河等已遭受严重污染,并将严重威胁地到喀什市的地下水供水安全[1]。因此,近年来对其水质监测与评价成为生态环境保护工作者关注的热点。 
  水资源质量的评价指标涉及多项生物学参数和非生物学参数,其中微生物最具有指示意义[2]。水域生态系统中的浮游微生物不仅与区域环境密切相关,还在物质与能量储存中发挥积极作用,其类群分布与数量变化受到水文状况、营养盐含量及人类活动的影响[3-5]。探讨水体微生物生态分布可为深入研究水域生态系统的功能结构及生物生产力提供一定的参考素材,为水环境质量评价及综合治理提供科学依据。近年来对喀什水质的研究多集中于污染原因和治理对策研究[6,7],而微生物学指标调查及分析鲜见报道。为此,本研究对喀什城市河流中微生物群落构成、数量及时空分布等进行了初步检测分析,旨在为喀什城市河流污染现状及防治对策提供生物学依据。 
  1 材料与方法 
  1.1 样品采集 选择流经喀什市的5个主要河流和湖泊:克孜勒河、盖孜河、吐曼河、东湖、南湖,分别于2015年2月、8月同一位点、同一时段取样,分析水体中微生物群落的时空分布,同时现场检测采样点水温、浊度、pH等项目。5个水体中3条河流属流动水体,按照一定比例将各河段分为上、中、下游,依据流速、流域面积及河水深度不同分别在河两岸布设采样点6个,无菌操作法取样,每一采样点取3瓶水。东湖、南湖为静止水体,根据水域面积采样:将2个湖面划分成5个断面,同样无菌操作法取样,每一断面取3瓶水,尽快带回实验室检测分析。 
  1.2 水体微生物分析 
  1.2.1 菌株分离培养及计数 采用常规稀释平板法,将样品在无菌工作台下适度稀释(10-1、10-2、10-3、10-4),每一稀释度设3个平行,用移液枪移取100μL稀释液涂布到3种不同培养基平板上。细菌分离培养用细菌通用培养基LB,真菌分离用马丁氏培养基,放线菌培养用YPD培养基。接种后各平板置于37℃培养箱恒温倒置培养,其中细菌培养1~2d,真菌培养4~5d,放线菌培养6~7d。待菌落长至合适大小,挑取单克隆用平板划线法纯化2~3次,即得到不同类型微生物纯培养物。微生物计数均采用平皿倾注法检测菌落总数,并进行统计分析证明。平板适宜计数标准为细菌和放线菌为每皿50~200个菌落,真菌每皿20~80个菌落,取3个平行样品的均值作为终值。 1.2.2 表型特征 参照《常用细菌鉴定手册》[8]观察分离到的微生物表型特征(包括形态、大小、颜色、透明度等),记录并分析可培养微生物多样性。 
  1.3 统计分析 采用DPS(Data Processing System)7.05对微生物数量进行方差分析,最小显著差异法(least significant difference,LSD)进行多重比较,分析不同水体中微生物时空分布规律。 
  2 结果与分析 
  2.1 微生物种群、数量的季节分布 微生物的生命活动对外界因子较敏感,其数量易受环境条件影响,始终处于不断发展变化中,不同季节、不同水域环境中微生物数量及种类各异。由表1可知,调查期间喀什5个水体中细菌数量波动范围为4.1×104~7.7×105,真菌波动范围2.1×102~7.4×103,放线菌为1.0×102~6.0×102,各区系最高峰均出现在2015年8月。5个水体中3类微生物数量和类型季节变化趋势一致,8月份的细菌、真菌、放线菌数量均高于2月份,微生物类型也较丰富。尤其吐曼河中游细菌数量由8.5×104增加到1.2×105,数值差别达到1个数量级(P<0.01);下游细菌数量由4.8×105增加到7.7×105(P<0.05),增加60%,微生物类型也较丰富,表明吐曼河微生物群落结构较其他水体复杂。方差分析显示,2015年8月细菌、真菌、放线菌数量均显著高于2015年2月(P<0.05),季节变动明显。由于细菌在5个水体微生物中都占据绝对优势,因此喀什水体中微生物季节动态实际上由细菌种群变化趋势决定。 
  微生物季节变动与各类群微生物自身生长特性、环境因子及水体各项理化性质密切相关[9],尤其温度对微生物生命活动影响强烈,推测喀什5个水体中微物季节差异主要受温度影响。微生物生长繁殖在一定范围内与温度呈正相关,而喀什夏季光照十分充足、水温升高,微生物生产力显著提高,数量自然增加;冬季光照减弱、水温相对降低,抑制微生物新陈代谢,导致微生物种类贫乏,数量稀少。此外,可能还受到溶解氧、透明度、营养盐水平以及部分离子浓度影响。 
  2.2 微生物种群、数量的空间分布 喀什不同河流中微生物丰度及分布情况(年均值)如表2所示。由表2可知,5个不同水体中细菌、真菌、放线菌数量差异显著(P<0.05),从区系组成看,细菌占据绝对优势,年均数在微生物总量中占90%以上,其次为真菌,放线菌最少。细菌及微生物总量分布为吐曼河>盖孜河>南湖>东湖>克孜勒河,真菌数量分布为吐曼河>东湖>南湖>克孜勒河>盖孜河,放线菌数量分布为东湖>南湖>吐曼河>盖孜河>克孜勒河。根据污水生物系统法评价标准,细菌总数>106/mL为多污带,105~106/mL为α-中污带,<105/mL为β-中污带,<102/mL为寡污带,喀什5个水体细菌丰度均达到104数量级,尤其吐曼河细菌数量年均达到2.61×105,表明吐曼河为α-中污型水体,其余4个水体为β-中污型水体。说明喀什5个水体中的有机物质含量处于较高水平,受污情况严重。尽管真菌、放线菌不能作为水质评估的直接指标,但也属于异养微生物,故也能佐证水质状况,其在东湖和南湖的数量相对较高,可能因其属于湖泊,水体更新不畅导致水质变差,使得微生物大量繁殖。 
  从河段看,3条河流微生物丰度从上游至下游逐步升高,推测上游水体中有机物含量较少,污染较轻,水体自净能力使微生物含量较低。河水流动过程中受人们大量生活污水、工业有机废水及农作物施肥等影响,越往下游营养物质越丰富,氮、磷营养物质富集超标越严重,污染越加剧,致使下游河段微生物种类、丰度最多,尤以吐曼河最显著。从多样性看,细菌类群也较真菌、放线菌丰富,如吐曼河下游细菌种类多达14种,而霉菌、放线菌种类有7种。 
  3 讨论 
  微生物对环境污染或变化较为敏感,其作为水质评价的一项重要指标,能及时反映整个水生环境的变化,从生物学角度为水环境质量监测评价与处理提供依据。研究发现喀什5个水体中微生物数量差异显著,但均以细菌绝对优势菌,真菌和放线菌相对较少,这与其他水体中微生物生态分布相符。吴根福[10]对杭州西湖水域菌群分布调查发现,水体微生物数量以细菌最高,放线菌数量较少;王风芹[11]等报道贾鲁河水体微生物数量细菌数量显著高于真菌和放线菌,但上下游水体中微生物区系数量没有呈现规律性变化。 
  喀什5个水体中细菌丰度均超过104cfu/mL,为β-中污型水体,尤其吐曼河细菌数量年均达到2.6×105,表明吐曼河水质一年四季均处于严重污染状态,为重污染带。这与吐曼河承担着喀什工农业活动和生活用水的主体责任,排污口较多,大量工业废水废物及生活污水直接排入关系巨大。东湖和南湖属于湖泊,水动力交换差,水体滞库时间长,也为水体富营养化创造客观条件,导致微生物污染。 
  喀什水体中各微生物类群分布受季节影响显著,夏季丰度、类群均高于冬季,与张红光有关青藏高原青海湖和纳木错湖水微生物[12]的报道相符。而朱亮[13]对宿迁市大运河沉积微生物时空分布研究显示,冬季微生物数量反而高于夏季,与Comte[14]、Findlay[15]等报道相符;北京温榆河流域微生物数量受季节影响并不显著[16]。说明微生物的季节变动是一个复杂的综合问题,水体中的微生物并不是独立存在的。推测不同季节下微生物数量多寡可能与地域环境因子有关,受微生物所能利用的底物含量制约,而喀什冬夏季温差较大,直接影响微生物新陈代谢,也会对水体生态系统初级生产力、溶解氧等产生一定影响,最终导致微生物群落结构改变。 
  从河段看,吐曼河、克孜勒河、盖孜河3条河流中下游河段污染均较上游轻,推测原因主要与人类活动影响有关。河流水体本身具有过滤自净能力,河体中的泥沙也可以吸附一定有机污染物质,所以上游污染较轻。但水体流动过程中承接人类大量的工农业废水、废物,造成氮、磷、钾等元素不断积蓄,为各类微生物生长繁殖提供充足的营养源,造成中下游水体富营养化,环境污染加剧,破坏了河段间生态平衡。感观上比较,下游水体颜色也明显变暗、混浊,同上游形成强烈反差。综上,喀什主要河流水质已呈现不同程度的富营养化,日益恶化的水环境问题应当引起政府和科研部门的高度关注。 研究结果提示当前喀什主要水体中微生物丰度较高,类群较丰富,受工农业生产和居民生活影响较多的中下游水系中微生物尤其多,夏季数量高于冬季。喀什水体中微生物时空分布格局,体现了其作为一个敏感指标对自然及人类活动双重影响下河流湖泊生态环境变化的响应。进一步探讨喀什河流中不同微生物生理类群与水体中氮、磷、钾营养盐、溶解氧(DO)、化学耗氧量(COD)等的相关性,或可为喀什河流污水生物治理及水体生态修复提供更全面的理论和参考资料。 
  参考文献 
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