張海燕，彭彤彤，溫玉娟，高思萌，楊悅鎖1,

1.地下水資源與環(huán)境教育部重點實驗室(吉林大學(xué))，長春 130021 2.黑龍江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，哈爾濱 150030 3.區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點實驗室(沈陽大學(xué))，沈陽 110044

0 引言

五大連池因其具有類型齊全的火山地質(zhì)遺跡資源、療效神奇的礦泉水資源和獨特的生態(tài)系統(tǒng)而被評為聯(lián)合國教科文組織世界地質(zhì)公園和世界人與生物圈保護(hù)區(qū)。五大連池藥泉山礦泉水區(qū)的南飲泉和北飲泉與俄羅斯高加索礦泉水、法國維希礦泉水并稱世界三大冷礦泉[1]，因此其資源和環(huán)境具有重要的研究價值。

近年來，隨著環(huán)境地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查研究工作的不斷開展，藥泉山礦泉的成因和礦泉水的成分及其相關(guān)的環(huán)境水文地質(zhì)等已經(jīng)取得了較為詳盡的研究成果。研究[2]表明藥泉山礦泉是區(qū)域地下水循環(huán)形成的原生礦泉水和淺層玄武巖裂隙地下水通過斷裂帶上升至地表，并以泉的形式溢出而成為局部的小循環(huán)。也有研究[3]認(rèn)為，藥泉山礦泉水成因?qū)儆趶?fù)合型，其成分復(fù)雜、礦泉水多源性標(biāo)志明顯；這是在多種礦化作用下共同影響發(fā)生的異常現(xiàn)象，也與多種圍巖礦物的熔蝕富集序列不同有關(guān)。近來對藥泉山地下水循環(huán)特征的研究[4]表明，礦泉水區(qū)的潛水主要接受大氣降水和西部地下水的補給，地下水主要沿斷裂從西南向東徑流。但除此之外，針對五大連池藥泉山礦泉中微生物組成的相關(guān)研究甚少。

目前，國內(nèi)外對于礦泉水微生物的研究大體可以分為冷泉和熱泉兩個主要方向。關(guān)于冷泉微生物的相關(guān)研究，國外研究者以硫化物冷泉泉水為主，著重針對微生物組成、群落多樣性以及功能進(jìn)行調(diào)查。Koch等[6-10]認(rèn)為冷泉原核微生物將泉水中的硫化物作為主要能源物質(zhì)來維持群落的穩(wěn)定性。Farnleitner等[11]對阿爾卑斯山中兩個喀斯特冷泉泉水中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與水文、季節(jié)變化進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其細(xì)菌群落組成不受水文和季節(jié)性變化影響，并存在喀斯特生態(tài)系統(tǒng)專有的土著微生物群落。而熱泉是由于火山爆發(fā)而形成的獨特生態(tài)系統(tǒng)，在溫度、壓力、鹽度以及pH值等理化指標(biāo)方面都有鮮明特征，其包括陸地?zé)崛秃５谉崛獌煞N。對于熱泉微生物的研究，國際上多集中在寶貴的嗜熱微生物資源上。1969年，Brock等[12]從美國黃石公園的熱泉中分離出嗜熱微生物水生棲熱菌，并且從中分離出Taq酶，自此之后高溫微生物的耐高溫性引起了更多學(xué)者的研究興趣。目前研究[13-14]成果顯示，熱泉生境微生物在為適應(yīng)高溫環(huán)境而進(jìn)化出特殊的生理機制以及獨特的基因，使它存在產(chǎn)生各種高溫酶及其代謝產(chǎn)物或新酶及其新代謝物的可能，具有極高的科學(xué)研究價值和應(yīng)用前景。因此，熱泉生境微生物資源、生態(tài)與功能基因的挖掘已經(jīng)成為當(dāng)下研究熱點之一[15-16]。而目前主要的研究區(qū)域集中在冰島、美國黃石國家公園、新西蘭，以及意大利等地，研究人員在這些地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多種嗜熱微生物，并進(jìn)一步對部分嗜熱菌的功能進(jìn)行了探索[17-18]。

國內(nèi)的研究者也在不同地區(qū)開展了此類研究：王紅蕾等[19]選擇了長白山熱泉群中3個代表性熱泉作為研究對象，利用分子生物學(xué)手段對長白山熱泉生境的原核微生物系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育學(xué)研究，且從該生境中篩選并鑒定了兩株高溫菌的新種；明紅[20]以騰沖熱泉群為研究對象，通過純培養(yǎng)分離、基因組學(xué)和宏基因組學(xué)方法系統(tǒng)地開展了熱泉生境嗜熱原核微生物資源的分離與培養(yǎng)與耐高溫木聚糖酶的篩選研究。

而國內(nèi)研究者曾軍[21]將研究重點放在了低鹽、不含硫化氫的新疆沙灣泉。研究結(jié)果顯示，新疆沙灣冷泉中細(xì)菌多樣性高，種類繁多，還有眾多尚未知其種類的微生物群落；而古菌類群多樣性低，不過存在大量高度適應(yīng)這種低溫、貧營養(yǎng)環(huán)境的泉古菌類群。薛娟[22]、高小其等[23]通過對烏魯木齊10號泉微生物群落的監(jiān)測與調(diào)查，發(fā)現(xiàn)地球水文化學(xué)參數(shù)影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性，微生物群落組成的多樣性會隨著地殼活動的增加而提高，烏魯木齊10號泉中存在對地震敏感的細(xì)菌類群；古菌群落組成簡單，存在著比較豐富的產(chǎn)甲烷古菌，說明該地區(qū)具有開發(fā)利用微生物資源的潛在價值。同樣以烏魯木齊10號泉泉水為研究對象，吳江超等[24]將研究角度集中在地震斷裂帶這一特殊地質(zhì)構(gòu)造所形成的泉水上，通過對10號泉泉水各項理化指標(biāo)和其中微生物群落代謝功能多樣性的研究，探查泉水理化條件動態(tài)變化對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響；研究表明該泉水微生物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)動態(tài)變化過程并且其中的微生物對碳源利用具有偏嗜性。

五大連池藥泉山的礦泉水被用于醫(yī)療和保健已有百余年歷史，然而礦泉水資源非常珍貴，其資源的永續(xù)性尚不是非常明確，因而其開發(fā)利用受到當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門的嚴(yán)格控制和保護(hù)。盡管近年來礦泉水的成因、水體成分和分布與五大連池的火山地質(zhì)研究同步得到長足的進(jìn)展，然而礦泉水中的微生物組分、微觀粒子組分及可能的有機組分一直沒有得到充分的研究，五大連池礦泉水的微環(huán)境研究尚屬空白。本次研究選取藥泉山礦泉水區(qū)的5個礦泉以及周邊地下水為主要研究對象，利用分子生物學(xué)技術(shù)對其中的微生物群落多樣性進(jìn)行研究，主要分析礦泉微生物群落與五大連池地質(zhì)因素與環(huán)境的相關(guān)性，以期為了解特殊冷泉的微生物生態(tài)特征提供科學(xué)數(shù)據(jù)，以及為五大連池珍貴的礦泉水和礦泥資源的科學(xué)保護(hù)、合理利用和進(jìn)一步開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

五大連池保護(hù)區(qū)位于黑龍江省西北部，地處小興安嶺山地向松嫩平原的過渡地帶[25]，地理坐標(biāo)為48°30′00″N—48°51′00″N、126°00′00″E—126°25′00″E，總面積為1 060 km2。五大連池保護(hù)區(qū)位于東亞大裂谷的軸部，區(qū)內(nèi)主要存在凹陷構(gòu)造、隆起構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。斷裂發(fā)育以北東向斷裂為主，北西向斷裂次之，另外還有南北向斷裂和東西向斷裂，其構(gòu)成了棋盤式的構(gòu)造格局。區(qū)內(nèi)地層發(fā)育，分布廣泛，大約占保護(hù)區(qū)區(qū)域面積的3/4，主要地層有石炭系板巖、片巖，白堊系泥巖、砂巖及第四系玄武巖、亞黏土等[26]。區(qū)內(nèi)河、溪、湖泊和沼澤廣泛分布，且有由充足的礦泉水所構(gòu)成的地下水資源。地下水主要類型可以分為第四系松散巖類孔隙潛水、第四系火山熔巖孔洞裂隙潛水、白堊系砂礫巖孔隙裂隙承壓水、寒武系變質(zhì)巖裂隙承壓水、燕山期及印支期花崗巖裂隙承壓水[27]。

1.1 地質(zhì)和水文地質(zhì)特征

五大連池藥泉山區(qū)域位于保護(hù)區(qū)南部，處于構(gòu)造隆起區(qū)。藥泉山區(qū)域中部有東西向的壓扭性斷裂，該斷裂進(jìn)一步被北東向壓性斷裂和北西向張扭性斷裂切斷。由于這兩組大斷裂阻擋了藥泉山區(qū)域與外界的水力聯(lián)系，加上白堊系泥巖的覆蓋，使得藥泉山區(qū)域形成了獨立于區(qū)域水文地質(zhì)單元、并受斷裂控制的類似三角形的封閉地下水循環(huán)區(qū)域。五大連池藥泉山研究區(qū)域地下水類型由上到下依次為：頂部第四系玄武巖孔隙、裂隙潛水；中部白堊系嫩江組砂巖孔隙承壓水；底部寒武系片巖、板巖和印支期花崗巖中裂隙承壓水。

1.2 礦泉水特征

圖1 研究區(qū)地質(zhì)背景和取樣點位布置示意圖Fig.1 Geological setting and sampling points layout in the study area

五大連池保護(hù)區(qū)藥泉山區(qū)域第四系潛水主要接受大氣降水補給，在藥泉山東側(cè)的東西向和北東向斷裂交匯處出露大流量的淡水泉，如翻花泉、二龍眼泉等。當(dāng)潛水徑流到北向斷裂時，匯深層承壓水混合溢出地表而形成南飲泉、北飲泉等。深層承壓水北東向張性斷裂接受潛水補給，在水頭壓力作用下向東、東南運移，到南北向斷裂以泉的形式排出地表。南飲泉、北飲泉位于藥泉山東偏南，石龍西側(cè)的藥泉河邊，兩泉出露于同一南北向斷裂上，都是深成地下水補給來源的斷層泉，富含CO2，水化學(xué)類型均為HCO3-Mg-Ca型。翻花泉據(jù)記載已有60多年歷史，泉水自井口流至南側(cè)的翻花泉浴場，泉水中不斷有大量氣泡溢出，其水化學(xué)特征與地表水相似，礦化度低。二龍眼泉出露于藥泉山東側(cè)山腳，是第四系玄武巖孔洞裂隙水和砂礫石孔隙潛水的自然排泄點，其水化學(xué)特征與地表水相似。

2 研究方法

2.1 野外調(diào)查和采樣

根據(jù)五大連池的具體環(huán)境特征和研究目標(biāo)，為了反映環(huán)境中微生物和微觀成分對環(huán)境的響應(yīng)情況，研究考慮了東北地區(qū)的極端氣溫特點，分別于炎熱的夏季(2015年7月)和寒冷的冬季(2016年3月)進(jìn)行了樣品采集?，F(xiàn)場檢測水溫、氣溫、pH值、電導(dǎo)率、氧化還原電位、ρ(溶解氧)、ρ(重碳酸根)及ρ(碳酸根)，并采用微生物現(xiàn)場樣品采集系統(tǒng)采集水樣中的微生物。

2.2 環(huán)境樣品特征

表1為五大連池夏季水樣現(xiàn)場測試結(jié)果，主要采樣點為8個，具體分布見圖1。由表1可見：夏季各泉水和井水樣品溫度都低于8.00 ℃，屬于冷水，藥泉湖因?qū)儆诘乇硭?，其溫度接近現(xiàn)場溫度；北飲泉、二龍眼泉、南飲泉以及泉水1的pH值為7.00左右，波動幅度并不明顯。值得注意的是，北飲泉與其他水樣在電導(dǎo)率、ρ(重碳酸根)、ρ(溶解氧)等數(shù)據(jù)上差別較大，其中，北飲泉的ρ(重碳酸根)為1 067.80 mg/L，較南飲泉高出1倍以上，相比其余水樣高出4～8倍；這主要是因為該地區(qū)火山活動產(chǎn)生了較多CO2氣體，并從地幔中溢出，使得北飲泉中含有大量的溶解的CO2，同時這也是pH值呈弱酸性的原因。

表2為五大連池冬季水樣現(xiàn)場檢測結(jié)果。由表2可知：冬季水樣溫度都低于5.00 ℃；所有泉水的pH都在7.00上下波動，波動幅度并不明顯，其中北飲泉、南飲泉、翻花泉水樣的pH在6.00左右，主要原因為該地層中有大量的CO2氣體溢出，泉水中溶解了大量CO2，故顯示為弱酸性；所有樣品均未檢測出ρ(碳酸根)，原因是由于冬季個水體水樣pH均小于8.00，根據(jù)水中pH值與碳酸化合物的存在形態(tài)的相關(guān)關(guān)系，在該pH值范圍內(nèi)地下水中碳酸化合物主要以重碳酸根形態(tài)存在。此外，北飲泉、南飲泉與其余水樣在電導(dǎo)率、ρ(重碳酸根)、ρ(溶解氧)上差別較大，造成此現(xiàn)象主要原因推測為泉的成因不同。

2.3 環(huán)境樣品分子生物學(xué)PCR-DGGE研究

總DNA提取方法[28-29]：對于所采的樣品，通過化學(xué)裂解試劑盒純化的方法提取基因組總DNA，以此為模板進(jìn)行PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))擴增以及DGGE(變性梯度凝膠電泳)。PCR-DGGE：采用16SrDNA基因具有特異性的引物對GC-338F和518R，進(jìn)行PCR擴增。PCR的反應(yīng)條件為：98 ℃預(yù)變性10 min，95 ℃變性30 s，55 ℃退火30 s和72 ℃延伸30 s，共35個循環(huán)。PCR反應(yīng)產(chǎn)物用1.0%瓊脂糖進(jìn)行凝膠電泳檢測，并進(jìn)行DGGE。變性梯度凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%，溫度為60 ℃，電壓為150 V，在1×TAE中電泳7 h，完畢后將凝膠進(jìn)行EB(溴化乙錠)染色，并將圖像在凝膠檢測系統(tǒng)中拍照存檔。

表1 研究區(qū)夏季水樣現(xiàn)場主要水質(zhì)參數(shù)檢測結(jié)果

表2 研究區(qū)冬季水樣現(xiàn)場主要水質(zhì)參數(shù)檢測結(jié)果

2.4 微生物多樣性數(shù)據(jù)分析

研究區(qū)的水樣分別在夏季豐水期(2015年7月)和冬季枯水季(2016年3月)進(jìn)行取樣分析和測試，包括大氣降水、湖水、礦泉水和村鎮(zhèn)的淺層井水、深層井水?；赑CR-DGGE分析的結(jié)果，進(jìn)一步采用Quantity One分析軟件對所得到的樣品DGGE進(jìn)行定量分析，計算得出對應(yīng)樣品的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)以及均勻度指數(shù)[30]。

多樣性指數(shù)IH應(yīng)用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，計算公式為

IH=-ΣPilnPi。

(1)

式中，Pi為第i個物種的相對多度，Pi=ni/N，ni為第i個物種的個體數(shù)，N為觀察到個體的總數(shù)。

豐富度指數(shù)ID應(yīng)用Margalef豐富度指數(shù)，計算公式為

ID= (S-1) / lnN。

(2)

式中，S為群落中的總數(shù)目。

均勻度指數(shù)IE應(yīng)用基于Shannon-Wiener指數(shù)的Pielou均勻度指數(shù)，計算公式為

IE=IH/lnS。

(3)

式中，lnS為最大的物種多樣性指數(shù)。

2.5 數(shù)據(jù)聚類分析

聚類分析是對不同地質(zhì)和環(huán)境條件下的樣品參數(shù)進(jìn)行多元統(tǒng)計學(xué)意義上的歸類分析手段。將PCR-DGGE得到的凝膠結(jié)果通過上述Quantity One處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行聚類分析，得到一系列環(huán)境樣品微生物聚類圖——即指示不同環(huán)境樣品微生物之間的相關(guān)關(guān)系。這些圖件可以為環(huán)境樣品微生物的地質(zhì)和環(huán)境控制因素分析提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 藥泉山礦泉水水化學(xué)特征

地下水化學(xué)類型，是指地下水化學(xué)成分的生成環(huán)境、基本特征，以及水中常量元素陰陽離子或者特殊成分(稀有元素)的質(zhì)量濃度達(dá)到一定量時劃分的地下水類型。由表3可知：南飲泉和北飲泉的總?cè)芙夤腆w(TDS)質(zhì)量濃度(即礦化度)大于1 000.0 mg/L，屬高鹽類礦泉水，其中北飲泉的礦化度達(dá)到了2 317.65 mg/L，南飲泉為1 370.9 mg/L；其余水樣的礦化度都小于500.00 mg/L，屬較低鹽類礦泉水。

3.2 水體微生物特征

為了研究不同環(huán)境樣品的時空分布特點，我們對前面所得到的微生物數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，以便確定不同地質(zhì)條件對微生物[31]的控制作用。由PCR-DGGE的實驗結(jié)果(圖3、4)所示，研究區(qū)夏季和冬季在每個泳道中的片段位置不同且豐度不同。在多次DGGE平行試驗中獲得DGGE凝膠結(jié)果后，采用了Quantity One(4.6.2版本，BIO-Rad，USA)圖像分析軟件對其進(jìn)行分析，該軟件能夠識別同一個凝膠不同泳道上占據(jù)相同位置的條帶。分析軟件對其進(jìn)行了定量的分析，對泳道和條帶進(jìn)行識別和調(diào)整后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并利用公式(1)--(3)獲得其多樣性指數(shù)等參數(shù)。

表3 研究區(qū)冬季主要離子及TDS質(zhì)量濃度

圖2 研究區(qū)冬季水樣的水質(zhì)Piper圖Fig.2 Piper diagram of water quality in winter in the study area

a.PCR結(jié)果；b.DGGE結(jié)果。1.雨水；2.泉水1；3.南飲泉；4.二龍眼泉；5.地下水井2；6.地下水井3；7.地下水井1；8.北飲泉；9.藥泉湖。圖3 研究區(qū)夏季水樣分子生物檢測Fig.3 Molecular biology testing of summer water samples in the study area

3.3 不同季節(jié)水樣微生物多樣性分析

在前文研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對五大連池藥泉山水樣的多樣性數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。由表4可見，夏季多樣性指數(shù)在0.656～2.460之間，豐富度指數(shù)在2～12之間，均勻度指數(shù)在0.947～0.990之間。這表明，研究區(qū)的微生物統(tǒng)計參數(shù)存在明顯差異，這從統(tǒng)計學(xué)角度反映出藥泉山不同礦泉水所處的地質(zhì)環(huán)境條件對該處微生物的控制和影響作用是有明顯差異的。

表4研究區(qū)夏季取樣點水樣多樣性數(shù)據(jù)

Table4Biodiversityofsummerwatersamplesinthestudyarea

采樣點編號水樣IHIDIESJ01地下水井11.06030.970SJ02地下水井21.32940.959SJ03地下水井31.72060.960SQ03二龍眼泉1.75060.976SQ04北飲泉1.34840.972SQ05南飲泉0.65620.947SQ06泉水11.75060.977SDB01藥泉湖2.290100.994SDQ01雨水2.460120.990

由表5可知：冬季多樣性指數(shù)在1.164～1.318之間，豐富度指數(shù)在4～9之間，均勻度指數(shù)在0.510～0.951之間；均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)變化幅度不大，豐富度指數(shù)變化最顯著。

表5研究區(qū)冬季取樣點水樣多樣性數(shù)據(jù)

Table5Biodiversityofwinterwatersamplesinthestudyarea

采樣點編號水樣IHIDIESQ01地震臺北泉1.12190.510SQ02翻花泉1.22950.763SQ03二龍眼泉1.19060.664SQ04北飲泉1.31840.951SQ05南飲泉1.22550.761SJ01地下水井11.19660.667SJ02地下水井21.24450.773SJ03地下水井31.16470.598SDB01藥泉湖1.22950.764SDQ01雪水1.18560.661

從表4、表5及圖5所示的數(shù)據(jù)分布規(guī)律中可以看出，多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)以及均勻度指數(shù)這幾個微生物統(tǒng)計參數(shù)在不同空間位置變化較大。這說明，微生物對地質(zhì)空間、環(huán)境條件的響應(yīng)具有良好的一致性。數(shù)據(jù)變化還表明，研究區(qū)的微生物統(tǒng)計參數(shù)存在差異，根據(jù)前文對該研究區(qū)域的水文地質(zhì)特征以及礦泉水成因的描述，可推測藥泉山地質(zhì)條件和環(huán)境溫度條件對微生物具有一定的影響。此外，冬季水樣的微生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的空間位置總體變化規(guī)律，這說明冬季微生物處于不活躍的“休眠”狀態(tài)，因而缺乏對地質(zhì)空間、環(huán)境條件的明顯響應(yīng)，具有比較良好的一致性或者均一性。

1.北飲泉；2.南飲泉；3.地震臺北泉；4.翻花泉；5.二龍眼泉；6.地下水井1；7.地下水井2；8.地下水井3；9.藥泉湖；10.雪水。圖4 研究區(qū)冬季水樣DGGE結(jié)果Fig.4 DGGE results of winter water samples in the study area

a.夏季；b.冬季。圖5 研究區(qū)不同季節(jié)水體微生物多樣性指數(shù)變化特征Fig.5 Biodiversity of the spring water at study area in different seasons

3.4 環(huán)境微生物聚類分析

從五大連池保護(hù)區(qū)藥泉山夏季水樣的聚類分析結(jié)果(圖6)可以看出：雨水、藥泉湖和泉水1微生物群落相似，因雨水即大氣降水，藥泉湖水樣是在湖心匯水區(qū)所取，而泉水1是村鎮(zhèn)中的淺層水，三者來源相似，故聚為一類；南飲泉、北飲泉與二龍眼泉微生物群落相似，因三者成因一致，都屬于斷層泉，可聚為一類；地下井1、地下水井2和地下水井3這3個水樣都是村鎮(zhèn)中的深層井水，并且根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果可知以上3個地下水樣均來源于藥泉山二龍眼泉水線之上，因此以上3個樣品微生物群落相似，可聚為一類。

圖6 研究區(qū)夏季水樣生物數(shù)據(jù)聚類分析Fig.6 Cluster analysis of water bio-data in summer in the study area

類似地，對冬季泉水樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，也可以得到這次環(huán)境樣品微生物的相應(yīng)聚類圖，如圖7所示。

圖7 研究區(qū)冬季水樣聚類分析Fig.7 Cluster analysis of water bio-data in winter in the study area

從圖7可知：地震臺北泉和其余水樣微生物群落多樣性存在較大差異；二龍眼泉、南飲泉、藥泉湖、地下水井3和雪水的微生物群落多樣性相似，其中二龍眼泉是自然排泄點，南飲泉雖然屬于斷層泉，但接近地表，各項組分也更接近地表水樣，藥泉湖取樣是在湖心的匯水區(qū)，地下水井3水樣來源于藥泉山二龍眼泉水線之上，雪水屬于大氣降水，以上水樣的來源相似，因此微生物群落相似，可聚為一類；翻花泉、北飲泉、地下水井2、地下水井1水樣相似，以上水樣包括斷層泉和深層井水，因此微生物群落組成較為相似。

冬季與夏季聚類分析結(jié)果相比較有明顯不同，考慮其主要是由環(huán)境溫度的影響造成的。溫度為微生物生長的重要影響因素[32]，可影響微生物蛋白的分泌以及微生物的代謝活動。由數(shù)據(jù)分析可知，夏季和冬季藥泉湖溫度相差較大，其他采樣點位溫度相差幅度不大，但南飲泉溫度相差4 ℃，對于嗜冷微生物的生長具有一定的影響；因此聚類分析結(jié)果冬季與夏季相差結(jié)果明顯不同。

3.5 結(jié)果分析和討論

藥泉山區(qū)域主要由不同的斷裂帶包圍并分割開來，中部東西向的壓扭性斷裂橫亙在南飲泉與北飲泉中間，沿南飲泉與北飲泉方向存在南北向張扭性斷裂，北東向壓性斷裂和北西向張扭性斷裂主要經(jīng)過翻花泉、地震臺北泉以及二龍眼泉周圍。因此也可以解釋南飲泉和北飲泉雖然相距不遠(yuǎn)，但是化學(xué)成分上卻依然存在一定的差異的原因。其原因推測可能是：北飲泉距藥泉山深成重碳酸鹽-碳酸礦泉水富水帶近，而且北飲泉位于藥泉山東西向壓扭性斷裂和南北向張扭性斷裂的交匯處，所以深成礦泉水對北飲泉的補給作用比較強，在向地表排泄過程中受到淺層地下水的影響就相對較弱，所以北飲泉的成分要更加接近深成礦泉水；然而南飲泉距藥泉山深成重碳酸鹽-碳酸礦泉水富水帶較遠(yuǎn)，而且位于藥泉山南北向張扭性斷裂下盤，深成礦泉水對南飲泉的補給作用相對較弱，在向地表排泄過程中受到淺層地下水的影響卻相對較強，所以導(dǎo)致了南飲泉和北飲泉在化學(xué)成分上的不同。

而從聚類分析圖結(jié)果來看，各個樣品點雖然存在微生物多樣性差異，但是與斷裂帶并沒有太大的關(guān)聯(lián)，相比更多的是因為泉水成因的不同。這一結(jié)果也在預(yù)期之內(nèi)，考慮到雖然樣品采樣點間存在斷裂帶，但是通過地下水徑流，各采樣點的水流依舊可以進(jìn)行彼此間的交換匯流；因此，樣品中微生物因地質(zhì)因素導(dǎo)致的差異并不明顯。為了更深一步地研究微生物在地質(zhì)條件控制下的動態(tài)變化，并且對微生物細(xì)菌群落的組成成分進(jìn)行研究，后期將采用高通量測序技術(shù)對其成分進(jìn)行分析，并考察地質(zhì)條件與微生物之間的響應(yīng)。

4 結(jié)論

1)五大連池藥泉山礦泉水區(qū)所采得的水樣，無論是夏季還是冬季，礦泉溫度都是常年低于10.00 ℃，屬于冷泉。pH除北飲泉、南飲泉和翻花泉因水體溶解了大量CO2而呈微酸性(pH=6.00左右)，其余水樣的PH值都在7.00左右。其他水化學(xué)參數(shù)，如電導(dǎo)率、ρ(重碳酸根)、ρ(溶解氧)等，除了北飲泉外各水樣基本一致。

3)分子生物學(xué)PCR-DGGE研究表明，藥泉山區(qū)域水體的微生物多樣性，以湖水和大氣降水的多樣性較高，變化最顯著的是豐富度指數(shù)，而均勻度指數(shù)與多樣性指數(shù)變化趨勢基本一致。從對DGGE結(jié)果的聚類分析來看，雖然各個樣品位于斷裂帶兩側(cè)，或者被斷裂帶從地圖上劃分開，但是數(shù)據(jù)表明其中的微生物群里依舊相互關(guān)聯(lián)，彼此間微生物多樣性差異性并不是很大。水樣間存在差異的原因也大多是因為地表水和地下水的差異以及季節(jié)的影響，斷裂等地質(zhì)原因并沒有起到太大作用。因此推測出雖然斷裂帶等地質(zhì)因素會對微生物造成影響，但是這種影響大多只是造成了各個礦泉的成因和化學(xué)成分不同。實際上，水體通過地下水系彼此間相互連接，也會使微生物隨水體進(jìn)行交換。本次研究數(shù)據(jù)表明，對于微環(huán)境和微生物而言，斷裂帶等宏觀地質(zhì)因素并沒有對其造成太大的影響。研究區(qū)微生物生態(tài)有待進(jìn)一步深入分析和研究。

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