城市污染梯度下墨西哥城马格达莱纳河微生物群落变化的rRNA基因扩增子测序研究

本研究通过rRNA基因扩增子测序技术，揭示了墨西哥城马格达莱纳河沿人为污染梯度下微生物群落的结构变化。研究发现低干扰区域以氮循环相关菌属(Rhizobacter、Flavobacterium)为主，而高污染区域则富集肠源性病原菌(Arcobacter、Acinetobacter)。该研究首次系统评估了热带城市河流的微生物响应模式，为eDNA(环境DNA)技术在环境监测中的应用提供了重要案例。

　　

在快速城市化的背景下，淡水生态系统正面临前所未有的压力。作为墨西哥城最后的天然河流，马格达莱纳河承载着近200万居民的生活污水排放，其微生物群落如何响应这种人为干扰尚属未知。传统的水质监测方法难以全面反映生态系统的健康状况，而环境DNA(eDNA)技术的兴起为微生物生态研究提供了新的视角。

墨西哥国立自治大学地理研究所的R. Cruz-Cano团队在《Microbial Ecology》发表的研究，首次采用16S和18S rRNA基因扩增子测序技术，沿马格达莱纳河从森林源头到城市段设置4个采样点，揭示了微生物群落对城市污染的响应规律。研究发现，污染梯度显著改变了微生物群落结构：上游森林区域以蓝藻门(Cyanobacteria)和硅藻(Diatomea)为主，而下游城市段则富集弯曲菌门(Campylobacterota)和纤毛虫(Ciliophora)。特别值得注意的是，研究鉴定出多个具有指示意义的微生物类群，如拟杆菌门(Bacteroidota)与有机污染正相关，为热带城市河流的生物监测提供了重要基线数据。

研究采用的关键技术包括：1)沿污染梯度设置4个采样点的时空采样设计；2)差异过滤法分离浮游和沉积物结合微生物；3)16S/18S rRNA基因V4-V5区Illumina双端测序；4)QIIME2和DADA2流程进行生物信息学分析；5)PERMANOVA等统计方法评估环境因子影响。

【Changes in Prokaryotic Communities】

通过16S rRNA测序发现，上游森林站点(M1)蓝藻门占比达54%，而城市站点(M3/M4)变形菌门(Proteobacteria)升至45%。典型污染指示菌如弧菌属(Arcobacter)在城市段的相对丰度较上游增加300倍。NMDS分析显示城市与城郊站点群落结构显著分离(R=0.84,p<0.01)，化学需氧量(COD)是主要驱动因子。

【Changes in Microeukaryotic Communities】

18S rRNA数据显示，纤毛虫(Ciliophora)在整个流域占31%，但在城市段升至39%。指示清洁水体的硅藻在上游占34%，到城市段骤降至0.5%。研究首次报道了Navicula和Nitzschia硅藻属在热带河流的污染梯度响应差异，后者表现出更强的耐污性。

【Shared ASVs Between Sites】

Venn图分析揭示城郊过渡站点(M2)具有最高的α多样性，且包含大量独有ASVs(扩增子序列变异)，表明中等干扰可能促进微生物多样性。城市站点间共享ASVs数量是上游的5倍，反映污染导致群落均质化。

该研究证实eDNA技术能有效捕捉城市河流的微生物响应信号，其创新性在于：1)首次系统记录墨西哥城河流微生物的污染梯度模式；2)发现Verrucomicrobiota等门类可作为城市化早期指示物；3)建立热带与温带河流微生物响应的可比性框架。这些发现为发展基于微生物的生物监测体系提供了科学依据，特别对缺乏完善水质监测网络的发展中城市具有重要应用价值。研究强调需关注城市河流中耐药病原菌(如Acinetobacter)的传播风险，并为后续研究指明了方向——需结合代谢组学进一步揭示微生物功能变化。