摘要
水生环境中的微生物在维持其水生系统的稳定性和多样性中发挥着关键作用。微生物群落的组成和代谢影响着生态环境，同时生态环境的变化，比如季节的变化也会影响微生物群落。水生环境与人类生产生活息息相关，深入了解水生环境中的微生物群落不仅有利于了解和保护生态系统，更是为人类自身生存发展奠定了基础。然而目前大多数的研究都集中在河流，水库，湖泊等地表水微生物群落的组成和分布，而对地表水和地下水微生物群落同时进行比较的研究却十分匮乏。本研究以我国洪湖流域为研究地点，首先分析了地表水和地下水中微生物群落结构的多样性和组装机制的差异；接着，本研究进一步对地下水细菌群落源头进行了追踪；最后，本研究从抗生素抗性基因（ARGs）的角度探究了虾稻混养是否是一种更良好的水产养殖模式，主要研究内容和结论如下： （1）地表水和地下水中的微生物群落差异很大，这种差异是由复杂的生态过程决定的。本研究对地表水和地下水中的微生物群落样本进行分析，结果表明地表水和地下水中的微生物群落之间存在着不可忽视的联系；然而，无论季节如何，地下水微生物群落的丰富度和多样性都大于地表水。最重要的是，与地表水相比（确定性过程贡献率为51%，中性群落模型R2=0.526），地下水微生物群落表现出高度确定性的组装过程（确定性过程贡献率为56%，中性群落模型R2=0.277）。 （2）由于频繁的人类活动，地下水水质受到了严重影响。然而，目前尚不清楚地下水是如何以及受到多大程度的影响，尤其是在微生物群落水平上。本研究利用基于宏基因组的微生物源追踪方法，对江汉平原地区地下水微生物群落的源头进行了追踪。结果表明尽管地下水和地表水的细菌群落不同，但多种证据表明细菌从地表水传播到地下水。考虑到不同的土地利用模式，水产养殖是地下水微生物群落的主要贡献者（44.5%±27.7%）。更重要的是，水产养殖会对地下水带来不可忽视的负面影响，如病原菌渗透和ARGs富集。 （3）虾稻混养（RCFP）被认为是一种生态友好的水产养殖模式，在中国已被广泛采用。然而，从抗生素耐药性的角度来看，目前尚不清楚RCFP是否是最环保的模式之一。本研究从ARGs的角度，评估了RCFP的生态友好性，并将该模式与其他水产养殖模型进行了比较。结果表明，RCFP的营养盐、抗生素浓度、优势微生物种类和ARGs模式与其他三种养殖模式（纯蟹养殖、纯虾养殖和虾蟹混养）有很大不同。具体而言，与其他水产养殖模式相比，RCFP的ARGs多样性和丰度显著降低，ARGs的潜在风险也较低。 总而言之，本研究从微生物群落结构到功能，从宏观到微观，深入分析了中国洪湖流域的地表水和地下水微生物群落样本。研究结果揭示了地表水和地下水不同的微生物群落结构及其组装机制，通过溯源准确识别出水产养殖是洪湖流域地下水微生物群落的主要贡献者，进一步，通过比较分析发现虾稻混养是一种较为环境友好型的水产养殖模式。研究加深了对地表水和地下水中微生物群落的理解，进而有助于促进对全球淡水资源的保护。
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