加拿大安大略省农业地表水中的微生物生物多样性

《Canadian Journal of Microbiology》：Microbial biodiversity of agricultural surface waters in Ontario, Canada

农业面源水体微生物多样性研究及与有害藻华关联分析，揭示东部安大略低阶溪流中Flavobacterium季节峰值及西南部冲刷流Pseudomonas优势特征，发现农业活动对Proteobacteria/Burkholderiales丰度显著抑制，湖Erie西湾有害藻华区总溶解氮磷及叶绿素a浓度高于邻近农业区。

　　农业水体中的微生物多样性研究对于评估水体质量具有重要意义。本文通过对加拿大安大略省农业水体的调查，探讨了农业活动对水体微生物群落的影响。研究涵盖了东部安大略省靠近奶牛养殖的溪流以及西南部安大略省实验农场的田间径流，同时也在湖埃里埃的西湾区域进行监测，特别是在有害藻类繁殖（cHAB）期间。通过这些研究，科学家们能够识别农业水体中独特的微生物群落模式，从而更好地理解农业活动对水体生态系统的影响。

在东部安大略省的调查中，研究人员发现靠近奶牛养殖的溪流中，Proteobacteria和Burkholderiales的丰度显著低于非农业区域（P < 0.01）。这表明奶牛养殖活动可能对溪流中的微生物群落产生抑制作用。然而，在中等至高阶的溪流以及农业与城市混合影响的水体中，Bacteroidetes的丰度显著增加（P < 0.0001）。这一发现可能与中等至高阶溪流的水流特性、营养物质的输入方式或环境条件的变化有关。此外，Flavobacterium的丰度在低阶溪流中呈现季节性峰值，但在中等至高阶溪流中则没有明显趋势。这一现象与之前在中国研究中发现的Flavobacterium在干季和污染较少的河床沉积物中的高丰度不同，说明Flavobacterium的丰度变化可能与特定的环境条件和农业活动有关。

在西南部安大略省的实验农场，研究人员发现田间径流中的主要细菌类群是Pseudomonas，无论采用哪种类型的粪肥。这一结果可能反映了Pseudomonas在农业环境中较强的适应性和生存能力。此外，研究还发现，与cHAB区域相关的总溶解氮、总溶解磷和叶绿素a的浓度并不直接来自农业区域，而是位于更远的位置。这表明农业活动可能对湖埃里埃的cHAB现象有间接影响，但具体机制仍需进一步研究。

为了更全面地了解农业水体中的微生物群落，研究人员采用了不同的DNA提取和测序技术。在东部安大略省，他们使用了Illumina? MiSeq平台对V4区域进行测序，并在MicrobiomeAnalyst中进行了微生物群落分析。而在西南部安大略省，他们使用了PacBio的SMRT技术对完整的16S rRNA基因进行测序，以提高分辨率。这些不同的方法为研究农业水体中的微生物多样性提供了多角度的数据支持。

在数据处理方面，研究人员采用了Kruskal–Wallis检验来评估低阶溪流中微生物群落的丰富度、均匀度和优势类群的显著性差异。同时，通过Bray–Curtis相似性指数和PERMANOVA分析，他们比较了不同水体之间的微生物群落差异。这些统计方法有助于识别农业活动对微生物群落结构的影响，并为后续的生态研究提供依据。

研究结果表明，农业活动对水体微生物群落的影响是显著的。在东部安大略省，靠近奶牛养殖的溪流中，某些细菌类群的丰度较低，而其他类群如Bacteroidetes则在中等至高阶溪流和农业/城市混合区域中更为丰富。这一现象可能与农业活动带来的不同营养物质输入、水流速度、温度变化以及微生物的适应性有关。此外，Flavobacterium的季节性变化可能反映了水体中有机物质的动态变化，以及农业活动对水体环境的长期影响。

在西南部安大略省，田间径流中的微生物群落以Pseudomonas为主，这可能与其在农业环境中的广泛分布和功能多样性有关。然而，Flavobacterium和Polynucleobacter的丰度相对较低，这与之前在智利农业和人类活动影响的湿地中发现的高丰度结果形成对比。这可能意味着不同地区的农业活动对微生物群落的影响存在差异，或者这些细菌类群在不同环境条件下的生存策略有所不同。

此外，研究还发现了一些潜在的病原体，如Legionella，在田间径流中出现。Legionella的丰度在不同类型的施肥处理中有所差异，但其与农业活动之间的关系仍需进一步研究。特别是，Legionella pneumophila作为一种常见的水生病原体，其在农业水体中的存在可能对人类健康构成潜在风险。因此，研究农业活动对微生物群落的影响不仅有助于理解水体生态系统的健康状况，还可能对公共卫生管理提供重要信息。

湖埃里埃的西湾区域在cHAB期间的水质监测结果显示，该区域的总溶解氮、磷和叶绿素a浓度较高，且这些浓度并不直接来自农业区域。这表明农业活动可能通过复杂的水文路径间接影响湖埃里埃的藻类繁殖。进一步研究这些路径以及农业活动对藻类繁殖的具体贡献，将有助于制定更有效的水体管理策略。

总的来说，本研究揭示了农业活动对水体微生物群落的显著影响，并指出不同农业区域的微生物多样性存在差异。这些发现不仅有助于理解农业对水体生态系统的潜在影响，还可能为未来的农业管理和环境保护提供科学依据。此外，研究还强调了进一步标准化研究方法和详细记录天气条件的重要性，以促进不同流域之间的微生物群落比较。同时，全基因组鸟枪测序技术的应用，将有助于更深入地了解农业水体中与微生物风险相关的因素，如抗生素抗性基因的分布。这些研究结果为农业可持续发展和水体环境保护提供了新的视角和方向。