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胶州湾近岸沉积物中细菌群落对石油和铜污染的响应特征
摘要：
胶州湾是中国北方最大的海湾之一，近年来由于经济发展的需求，其周围的人口、工业与交通密度都增加，致使湾内水质恶化。本文以胶州湾近岸沉积物为样本，研究了沉积物中细菌群落对石油和铜污染的响应特征。采取了高通量测序技术，通过分析16SrRNA基因，比较不同样本之间的细菌群落组成，并基于数据分析考察了不同处理方式下细菌群落的变化。发现，石油和铜污染均对沉积物中细菌群落的组成和多样性产生了显著影响，且二者污染的时空特征表现有差异，其中石油的影响更为持久。
关键字：高通量测序、16SrRNA基因、细菌群落、石油污染、铜污染
正文：
1.引言
胶州湾是中国北方最大的海湾之一，是青岛市及周边城市的重要海洋生态系统，其海域覆盖了大量的海洋生物和生态群系。然而由于经济发展的需求，胶州湾周围的人口、工业与交通密度都增加，致使湾内水质恶化。近年来，作为胶州湾的拉动产业之一的石油加工业和其他工业对水体污染贡献逐渐升高，石油及重金属等人类活动带来的污染物导致了胶州湾生态系统的破坏。
沉积物是海洋生态系统中的一个重要组成部分，它可以吸附生物和非生物颗粒，并对有机废物和重金属等有害物质具有很强的吸附作用，因此在研究胶州湾污染物影响的时候，需要加强对沉积物中吸附生物群落的研究，以了解污染物对海洋生态系统的影响和响应。
细菌群落是海洋生态系统中最为丰富多样的微生物群体之一，它们广泛分布于海水、沉积物、岩石等海洋环境中。因其种类多样、数量庞大、生态功能强大而广受关注。近年来，高通量测序技术的发展，使得对海洋细菌多样性和群落变化的研究更加深入。有一些研究表明，一些细菌群落可以从环境中获得营养并对污染物进行可降解修复，是一种重要的生态清除过程。因此，细菌群落对环境污染能力的研究受到了人们的广泛关注。
本研究旨在通过对胶州湾近岸沉积物中不同样品的细菌群落结构的高通量测序分析，研究不同浓度的石油和铜污染对胶州湾沉积物细菌群落的影响，以期为胶州湾污染物的综合治理提供科学依据和理论支持。
2.材料和方法
2.1样品采集和处理
本研究选取了胶州湾中近岸区域的沉积物作为样品，共采集了四个样品。两个样品为未受污染的参照组，分别标记为CK1和CK2；两个样品为分别受到石油污染和铜污染的组标记为P和Cu，其中P组为100mg/kg的石油处理组，Cu组为200mg/kg的铜处理组。
沉积物的处理操作包括：将采集的样品在室温下过筛筛网，筛网粒径为1mm，之后将其放到容量瓶中。对于石油和铜处理组，将精确测量的石油和铜溶液按照比例加入容量瓶中并与样品充分混合，在室温下振荡36h，使污染分散均匀，之后进行分组的实验。
2.2提取总DNA和PCR扩增
将经过筛选的沉积物中的细菌总DNA提取，之后用QubitdsDNAHSAssayKit检测提取的DNA的纯度和浓度。对提取的总DNA分离出16SrRNA基因V3-V4区片段，扩增PCR产物。PCR扩增过程中，使用带有双标签的16SrRNAV3-V4通用引物(341F、806R)进行扩增，添加barcode进行样品区分，制备出16SrRNA文库，最终将文库测序得到原始数据。
2.3数据处理
对得到的原始数据进行预处理得到高质量的效果。处理步骤包括：质控、过滤、组装等处理，得到去除低质量序列后的高质量序列；将上述高质量序列聚类，进行OTU聚类。这里采用了UPARSE对每个样品进行聚类，获得样品的OTU表格；之后进一步将OTU同样注释为ASV序列，进行分类分类注释，并将结果导入到微生物生态学统计软件QIIME2中，分析它们的多样性和功能特征。
2.4数据分析
为了探讨不同污染处理条件下胶州湾沉积物的细菌群落变化，进行了多个指标分析。这些指标包括OTU数目、Shannon分布、Chao1指数和Bray-Curtis距离等。为了避免可能的误差，在分析过程中，进行多重重复实验，得到平均值和标准差，以保证结果的稳健性和准确性。
3.结果
3.1细菌群落的组成分析
在对胶州湾近岸沉积物中的细菌群落进行高通量测序分析后，我们获得了清晰的细菌群落分布图，可以有效地了解沉积物细菌的多样性和组合特征。根据BLASTN比对，细菌序列OTU注释到SILVA数据库中，与数据库比对后基本确定了OTU级分类。
分析结果显示，所有样本中，细菌门的丰度排名前三位分别是：Proteobacteria，Bacteroidetes，Firmicutes。其中Cu组中的Proteobacteria和WPS-2类被更为显著地促进，而相对的Bacteroidetes和Firmicutes则受到了较大压抑。石油处理P组对细菌群落的影响相对较小，而铜的影响强烈，导致了部分革兰氏阳性菌类的大量降解。
3.2细菌群落的多样性分析
我们通过计算Shan