喀什市主要河流微生物生態(tài)分布研究

劉振明++楊行++尚小國++卜方迪++馬倩++李明源

摘 要：該研究采用稀釋平板法分離培養(yǎng)喀什市克孜勒河、蓋孜河、吐曼河、東湖、南湖5個水體中的微生物，初步揭示了喀什市主要河流中微生物的生態(tài)分布情況。結(jié)果表明，各類水體中的細(xì)菌數(shù)量、類型顯著高于真菌和放線菌，尤以吐曼河細(xì)菌豐度最高，污染最嚴(yán)重?？κ菜w微生物季節(jié)變動明顯，夏季微生物豐度顯著高于冬季，且3條河流不同河段微生物分布情況不一，中下游受污加劇，微生物數(shù)量高于上游。

關(guān)鍵詞：喀什地區(qū)；水體；生態(tài)分布；豐度

中圖分類號 X52 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）24-0029-04

A Preliminary Study on Microbial Ecological Distribution of the Main Rivers in Kashgar

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

喀什市位于新疆維吾爾自治區(qū)西南緣（E73°20′～79°57′，N35°20′～40°18′），是南疆的政治、經(jīng)濟、文化中心，古絲綢之路上的重要商埠，亦是新疆維吾爾自治區(qū)唯一的歷史文化名城?？κ彩兴Y源較為豐富，來源較廣，流經(jīng)市內(nèi)的主要河流有3條：克孜勒河、蓋孜河和吐曼河，孕育著喀什47萬人民。2010年5月中央新疆工作座談會決定大力建設(shè)新疆，設(shè)立喀什經(jīng)濟特區(qū)，近幾年來喀什地區(qū)經(jīng)濟文化建設(shè)取得了迅猛發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平進一步提升。但在大開發(fā)、大建設(shè)過程中，也不可避免地帶來了一定的水環(huán)境問題，如水體污染嚴(yán)重、富營養(yǎng)化加劇、礦化度升高等，嚴(yán)重制約了喀什地區(qū)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前克孜勒河、吐曼河等已遭受嚴(yán)重污染，并將嚴(yán)重威脅地到喀什市的地下水供水安全[1]。因此，近年來對其水質(zhì)監(jiān)測與評價成為生態(tài)環(huán)境保護工作者關(guān)注的熱點。

水資源質(zhì)量的評價指標(biāo)涉及多項生物學(xué)參數(shù)和非生物學(xué)參數(shù)，其中微生物最具有指示意義[2]。水域生態(tài)系統(tǒng)中的浮游微生物不僅與區(qū)域環(huán)境密切相關(guān)，還在物質(zhì)與能量儲存中發(fā)揮積極作用，其類群分布與數(shù)量變化受到水文狀況、營養(yǎng)鹽含量及人類活動的影響[3-5]。探討水體微生物生態(tài)分布可為深入研究水域生態(tài)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)及生物生產(chǎn)力提供一定的參考素材，為水環(huán)境質(zhì)量評價及綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。近年來對喀什水質(zhì)的研究多集中于污染原因和治理對策研究[6，7]，而微生物學(xué)指標(biāo)調(diào)查及分析鮮見報道。為此，本研究對喀什城市河流中微生物群落構(gòu)成、數(shù)量及時空分布等進行了初步檢測分析，旨在為喀什城市河流污染現(xiàn)狀及防治對策提供生物學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集 選擇流經(jīng)喀什市的5個主要河流和湖泊：克孜勒河、蓋孜河、吐曼河、東湖、南湖，分別于2015年2月、8月同一位點、同一時段取樣，分析水體中微生物群落的時空分布，同時現(xiàn)場檢測采樣點水溫、濁度、pH等項目。5個水體中3條河流屬流動水體，按照一定比例將各河段分為上、中、下游，依據(jù)流速、流域面積及河水深度不同分別在河兩岸布設(shè)采樣點6個，無菌操作法取樣，每一采樣點取3瓶水。東湖、南湖為靜止水體，根據(jù)水域面積采樣：將2個湖面劃分成5個斷面，同樣無菌操作法取樣，每一斷面取3瓶水，盡快帶回實驗室檢測分析。

1.2 水體微生物分析

1.2.1 菌株分離培養(yǎng)及計數(shù) 采用常規(guī)稀釋平板法，將樣品在無菌工作臺下適度稀釋（10-1、10-2、10-3、10-4），每一稀釋度設(shè)3個平行，用移液槍移取100μL稀釋液涂布到3種不同培養(yǎng)基平板上。細(xì)菌分離培養(yǎng)用細(xì)菌通用培養(yǎng)基LB，真菌分離用馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)用YPD培養(yǎng)基。接種后各平板置于37℃培養(yǎng)箱恒溫倒置培養(yǎng)，其中細(xì)菌培養(yǎng)1～2d，真菌培養(yǎng)4～5d，放線菌培養(yǎng)6～7d。待菌落長至合適大小，挑取單克隆用平板劃線法純化2～3次，即得到不同類型微生物純培養(yǎng)物。微生物計數(shù)均采用平皿傾注法檢測菌落總數(shù)，并進行統(tǒng)計分析證明。平板適宜計數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為細(xì)菌和放線菌為每皿50～200個菌落，真菌每皿20～80個菌落，取3個平行樣品的均值作為終值。

1.2.2 表型特征 參照《常用細(xì)菌鑒定手冊》[8]觀察分離到的微生物表型特征（包括形態(tài)、大小、顏色、透明度等），記錄并分析可培養(yǎng)微生物多樣性。

1.3 統(tǒng)計分析 采用DPS（Data Processing System）7.05對微生物數(shù)量進行方差分析，最小顯著差異法（least significant difference，LSD）進行多重比較，分析不同水體中微生物時空分布規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物種群、數(shù)量的季節(jié)分布 微生物的生命活動對外界因子較敏感，其數(shù)量易受環(huán)境條件影響，始終處于不斷發(fā)展變化中，不同季節(jié)、不同水域環(huán)境中微生物數(shù)量及種類各異。由表1可知，調(diào)查期間喀什5個水體中細(xì)菌數(shù)量波動范圍為4.1×104～7.7×105，真菌波動范圍2.1×102～7.4×103，放線菌為1.0×102～6.0×102，各區(qū)系最高峰均出現(xiàn)在2015年8月。5個水體中3類微生物數(shù)量和類型季節(jié)變化趨勢一致，8月份的細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均高于2月份，微生物類型也較豐富。尤其吐曼河中游細(xì)菌數(shù)量由8.5×104增加到1.2×105，數(shù)值差別達(dá)到1個數(shù)量級（P<0.01）；下游細(xì)菌數(shù)量由4.8×105增加到7.7×105（P<0.05），增加60%，微生物類型也較豐富，表明吐曼河微生物群落結(jié)構(gòu)較其他水體復(fù)雜。方差分析顯示，2015年8月細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量均顯著高于2015年2月（P<0.05），季節(jié)變動明顯。由于細(xì)菌在5個水體微生物中都占據(jù)絕對優(yōu)勢，因此喀什水體中微生物季節(jié)動態(tài)實際上由細(xì)菌種群變化趨勢決定。

微生物季節(jié)變動與各類群微生物自身生長特性、環(huán)境因子及水體各項理化性質(zhì)密切相關(guān)[9]，尤其溫度對微生物生命活動影響強烈，推測喀什5個水體中微物季節(jié)差異主要受溫度影響。微生物生長繁殖在一定范圍內(nèi)與溫度呈正相關(guān)，而喀什夏季光照十分充足、水溫升高，微生物生產(chǎn)力顯著提高，數(shù)量自然增加；冬季光照減弱、水溫相對降低，抑制微生物新陳代謝，導(dǎo)致微生物種類貧乏，數(shù)量稀少。此外，可能還受到溶解氧、透明度、營養(yǎng)鹽水平以及部分離子濃度影響。

2.2 微生物種群、數(shù)量的空間分布 喀什不同河流中微生物豐度及分布情況（年均值）如表2所示。由表2可知，5個不同水體中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量差異顯著（P<0.05），從區(qū)系組成看，細(xì)菌占據(jù)絕對優(yōu)勢，年均數(shù)在微生物總量中占90%以上，其次為真菌，放線菌最少。細(xì)菌及微生物總量分布為吐曼河>蓋孜河>南湖>東湖>克孜勒河，真菌數(shù)量分布為吐曼河>東湖>南湖>克孜勒河>蓋孜河，放線菌數(shù)量分布為東湖>南湖>吐曼河>蓋孜河>克孜勒河。根據(jù)污水生物系統(tǒng)法評價標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)菌總數(shù)>106/mL為多污帶，105～106/mL為α-中污帶，<105/mL為β-中污帶，<102/mL為寡污帶，喀什5個水體細(xì)菌豐度均達(dá)到104數(shù)量級，尤其吐曼河細(xì)菌數(shù)量年均達(dá)到2.61×105，表明吐曼河為α-中污型水體，其余4個水體為β-中污型水體。說明喀什5個水體中的有機物質(zhì)含量處于較高水平，受污情況嚴(yán)重。盡管真菌、放線菌不能作為水質(zhì)評估的直接指標(biāo)，但也屬于異養(yǎng)微生物，故也能佐證水質(zhì)狀況，其在東湖和南湖的數(shù)量相對較高，可能因其屬于湖泊，水體更新不暢導(dǎo)致水質(zhì)變差，使得微生物大量繁殖。

從河段看，3條河流微生物豐度從上游至下游逐步升高，推測上游水體中有機物含量較少，污染較輕，水體自凈能力使微生物含量較低。河水流動過程中受人們大量生活污水、工業(yè)有機廢水及農(nóng)作物施肥等影響，越往下游營養(yǎng)物質(zhì)越豐富，氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)富集超標(biāo)越嚴(yán)重，污染越加劇，致使下游河段微生物種類、豐度最多，尤以吐曼河最顯著。從多樣性看，細(xì)菌類群也較真菌、放線菌豐富，如吐曼河下游細(xì)菌種類多達(dá)14種，而霉菌、放線菌種類有7種。

3 討論

微生物對環(huán)境污染或變化較為敏感，其作為水質(zhì)評價的一項重要指標(biāo)，能及時反映整個水生環(huán)境的變化，從生物學(xué)角度為水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測評價與處理提供依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)喀什5個水體中微生物數(shù)量差異顯著，但均以細(xì)菌絕對優(yōu)勢菌，真菌和放線菌相對較少，這與其他水體中微生物生態(tài)分布相符。吳根福[10]對杭州西湖水域菌群分布調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水體微生物數(shù)量以細(xì)菌最高，放線菌數(shù)量較少；王風(fēng)芹[11]等報道賈魯河水體微生物數(shù)量細(xì)菌數(shù)量顯著高于真菌和放線菌，但上下游水體中微生物區(qū)系數(shù)量沒有呈現(xiàn)規(guī)律性變化。

喀什5個水體中細(xì)菌豐度均超過104cfu/mL，為β-中污型水體，尤其吐曼河細(xì)菌數(shù)量年均達(dá)到2.6×105，表明吐曼河水質(zhì)一年四季均處于嚴(yán)重污染狀態(tài)，為重污染帶。這與吐曼河承擔(dān)著喀什工農(nóng)業(yè)活動和生活用水的主體責(zé)任，排污口較多，大量工業(yè)廢水廢物及生活污水直接排入關(guān)系巨大。東湖和南湖屬于湖泊，水動力交換差，水體滯庫時間長，也為水體富營養(yǎng)化創(chuàng)造客觀條件，導(dǎo)致微生物污染。

喀什水體中各微生物類群分布受季節(jié)影響顯著，夏季豐度、類群均高于冬季，與張紅光有關(guān)青藏高原青海湖和納木錯湖水微生物[12]的報道相符。而朱亮[13]對宿遷市大運河沉積微生物時空分布研究顯示，冬季微生物數(shù)量反而高于夏季，與Comte[14]、Findlay[15]等報道相符；北京溫榆河流域微生物數(shù)量受季節(jié)影響并不顯著[16]。說明微生物的季節(jié)變動是一個復(fù)雜的綜合問題，水體中的微生物并不是獨立存在的。推測不同季節(jié)下微生物數(shù)量多寡可能與地域環(huán)境因子有關(guān)，受微生物所能利用的底物含量制約，而喀什冬夏季溫差較大，直接影響微生物新陳代謝，也會對水體生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力、溶解氧等產(chǎn)生一定影響，最終導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)改變。

從河段看，吐曼河、克孜勒河、蓋孜河3條河流中下游河段污染均較上游輕，推測原因主要與人類活動影響有關(guān)。河流水體本身具有過濾自凈能力，河體中的泥沙也可以吸附一定有機污染物質(zhì)，所以上游污染較輕。但水體流動過程中承接人類大量的工農(nóng)業(yè)廢水、廢物，造成氮、磷、鉀等元素不斷積蓄，為各類微生物生長繁殖提供充足的營養(yǎng)源，造成中下游水體富營養(yǎng)化，環(huán)境污染加劇，破壞了河段間生態(tài)平衡。感觀上比較，下游水體顏色也明顯變暗、混濁，同上游形成強烈反差。綜上，喀什主要河流水質(zhì)已呈現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化，日益惡化的水環(huán)境問題應(yīng)當(dāng)引起政府和科研部門的高度關(guān)注。

研究結(jié)果提示當(dāng)前喀什主要水體中微生物豐度較高，類群較豐富，受工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活影響較多的中下游水系中微生物尤其多，夏季數(shù)量高于冬季。喀什水體中微生物時空分布格局，體現(xiàn)了其作為一個敏感指標(biāo)對自然及人類活動雙重影響下河流湖泊生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)。進一步探討喀什河流中不同微生物生理類群與水體中氮、磷、鉀營養(yǎng)鹽、溶解氧（DO）、化學(xué)耗氧量（COD）等的相關(guān)性，或可為喀什河流污水生物治理及水體生態(tài)修復(fù)提供更全面的理論和參考資料。

參考文獻

[1]張勝楠，林寧，王晶.喀什市主要水體富營養(yǎng)化調(diào)查與評價[J].廣州化工，2015（19）：122-124.

[2]吳東浩，王備新，張詠，等.底棲動物生物指數(shù)水質(zhì)評價進展及在中國的應(yīng)用前景[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，34（2）：129-134.

[3]范玉貞.衡水湖微生物菌群分布的研究[J].衡水學(xué)院學(xué)報，2009，11（8）：70-72.

[4]VUILLEMIN A，ARIZTEGUI D，L?CKE A，et al.Paleoenvironmental conditions define current sustainability of microbial populations in Laguna Potrok Aike sediments，Argentina[J].Aquatic Sciences，2014，76（1）：101-114.

[5]龐興紅，呂麗媛，牛遠(yuǎn)，等.太湖夏季浮游細(xì)菌群落多樣性的空間格局[J].水生生物學(xué)報，2014（2）：335-341.

[6]卡米力江·阿布都熱衣木，艾尼瓦爾·買買提.喀什市地表水水質(zhì)變化趨勢分析[J].水利科技與經(jīng)濟，2011，17（3）：54-55.

[7]張攀，陳長征.喀什噶爾河流域河流生態(tài)治理的思路和對策[J].新疆水利，2010（1）：52-54.

[8]蔡妙英，東秀珠.常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[9]VAN DER GUCHT K，VANDEKERCKHOVE T，VLOEMANS N，et al.Characte-rization of bacterial communities in four reshwater lakes differing in nutrient load and food web structure[J].FEMS Microbiol Ecol，2005，53（2）：205-220.

[10]吳根福，吳雪昌，吳潔，等.杭州西湖水域微生物的生態(tài)調(diào)查[J].水生生物學(xué)報，2000，24（6）：589-596.

[11]王風(fēng)芹，侯淑芬，謝慧，等.賈魯河水體微生物菌群結(jié)構(gòu)季節(jié)動態(tài)變遷研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，46（4）：438-441.

[12]張紅光，李琳，趙燕，等.青藏高原不同海拔湖水中可培養(yǎng)微生物的季節(jié)性變化[J].中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志，2013（3）：49-55.

[13]朱亮，趙林多，劉鋼，等.大運河沉積微生物群落結(jié)構(gòu)特征分析[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，39（2）：295-301.

[14]COMTE J，JACQUET S，VIBOUD S，et al.Microbial community structure and dynamics in the largest natural french lake（lake bourget）[J].Microbial Ecology，2006，52（1）：72-89 .

[15]FINDLAY R H，WATLING L，MAYER L M. Environmental impact of salmon net-pen culture on marine benthic communities in Maine：a case study[J].Estuaries，1995，18（1）：145-179.

[16]楊勇，魏源送，鄭祥，等.北京溫榆河流域微生物污染調(diào)查研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2012，32（1）：9-18.

（責(zé)編：張宏民）