本文是一篇土木工程论文，本文通过对岗南水库内外有代表性点位的水体和沉积物进行采集，并使用高通量MiSeq 测序和荧光定量 PCR 等手段对水体和沉积物进一步检测和分析。对不同季节的水体和沉积物微生物群落进行高通量测序，对 8 种抗生素抗性基因（sul1、sul2、tetA、tetB、qnrB、qnrC、aadA-1 和 ermB）和第一类整合子（intI1）定量检测并分析二者相关性。可以更好的分析水库内外微生物群落和抗生素抗性基因的分布和变化趋势，有效的把控抗性基因污染。
第 1 章 绪论
1.1 抗生素抗性基因
1.1.1 抗生素抗性基因的来源和影响
自 1929 年发现青霉素后，抗生素开始迅速发展。随着医疗事业的发展和科技水平提升，现在常用的抗生素种类约上百种，主要分为磺胺类、大环内酯类、四环素类、β-内酰胺类、氨基糖苷类等。随着科技水平的进步和微生物学的进步，现在的抗生素种类丰富，新型抗生素在抑制或杀死病原微生物的种类和效果上也逐渐提高，已经被广泛的应用在人类医疗、畜牧业、水产养殖业以及家禽养殖业等[1]。根据世界卫生组织对抗生素的使用情况统计显示：世界抗生素的平均使用率为 30%，美国和欧洲发达国家抗生素的使用界限值为 22-25%，而中国在住院和手术期间对抗生素的使用率高达 80%和 95%，远高于世界平均水平和欧美发达国家水平[2]。抗生素在动物体内通过代谢转化为无机物的比例仅占摄入药量的 10-40%左右[3]，动物在排泄时会将大量的抗生素原药或者初级代谢产物排放到环境中，导致环境中抗生素的富集并通过土壤渗透到地下水或周边水体中。水体是众多微生物赖以生存的介质，同时也具有的流动性，抗生素通过水体可以加快传播速度，增大影响面积。
抗生素可以通过医院排水、动物粪便堆肥、人类废水排放、畜牧业、垃圾渗滤液、水产养殖等多种方式进入到地表水和地下水中[4-7]。抗生素一旦释放到环境中，就会提高环境中菌群的选择性压力[8]，抑制或杀死没有抗药性的微生物，或诱导微生物合成抗生素抗性基因（Antibiotic Resistance Genes，ARGs），使原有的微生物产生抗药性。当一些致病菌产生了抗药性进入人体后，多种抗生素对其无效，会人们的身体健康造成威胁，甚至严重影响到整个人类的安全。抗生素抗性基因不仅可以在同种微生物下传播，也可以在微生物之间通过质粒、噬菌体、转座子和整合子对抗生素抗性基因进行传播[9-11]，严重影响了菌群间的稳定性，也对当地生态环境造成影响。
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1.2 微生物群落结构特征
微生物在生态环境中是普遍存在的，通常都是以群落的形式存在，为生态系统的驱动起着重要作用。尤其是在水生态环境中，微生物的种类众多并且丰度大，对淡水水体生态系统有重要的影响。微生物群落对生态系统的构建，稳定和恢复起到至关重要的作用，为地球上的化学循环起到无法替代的作用[26]。环境中的微生物可以随着时间的变化，季节的影响，水流速度和周边环境的影响而改变[27]。随着微生物在环境中的变化以及群落间的相互作用，会对其代谢产物有一定的影响，例如水体中出现严重的水华现象等[28,29]。
近些年来国内外淡水水体微生物群落结构主要包括变形菌门、拟杆菌门、放线菌门等。王欢等[30]通过对辽宁省碧流河水库微生物群落分析发现，变形菌门为主要的优势菌门，并且发现不同的环境因子对部分菌属有一定的影响。Dai 等[31]通过对滇池和洱海中微生物群落分析发现，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、蓝细菌门和放线菌门都是主要的优势菌门。
在沉积物中也有明显的微生物群落结构：Zhang[32]等通过研究鄱阳湖沉积物中微生物菌落结构发现，该湖沉积物中的优势菌门为放线菌门和变形菌门。Osman[33]等对咸水体中的沉积物进行分析，发现其主要优势种为变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门以及绿弯菌门。
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第 2 章 试验材料和方法
2.1 岗南水库及流域情况
岗南水库坐落在河北省平山县滹沱河上，是我国重要的水利枢纽工程，并且该水库是石家庄市饮用水水源地。岗南水库汇流区包含河北和山西两省，山西省汇水流域面积约 14343km2，河北省汇水流域面积 1157km2，年平均径流量 14.1 亿 m3。岗南水库主要以防洪、灌溉和供水使用，保障下游的安全。由于岗南水库位于滹沱河上，滹沱河从山西自西向东流动，滹沱河流域呈现地形多样等特点：包括盆地、山区、丘陵等。暴雨集中时会冲刷大量泥沙，水土流失较为严重。现岗南水库总库容17.04亿m3，正常蓄水位 200.0m。近两年岗南水库冬季平均入库流量为 10.83m3·s-1，夏季平均入库流量为 28.37 m3·s-1。
岗南水库流域主要以山地为主，在流域范围内有两座县城，24 个镇和部分村庄，依水而建。据统计流域附近人口密度为 220 人/km2。由于村庄大多集中在流域水体旁，居民的生产生活会对水体产生一定的影响，可能会影响水库的水质安全。
岗南水库为饮用水水源地，水质情况关系到下游人民的健康，同时也对下游城市的经济社会稳定有着重要的影响。
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2.2 采样点设置
为了更好的了解岗南水库水质变化情况，本次实验选取了六个具有代表性的采样点进行采样，其中水库内三个点，水库入流两个点，水库出流一个点，每个点分别采集表层水体和表层沉积物。采样点位如图 2-1 所示。
岗南水库主入流点在水库西北侧，取样点 I1（E:113°52'13"N:38°21'31"）采集表层水体和底泥，编号为 IW1、IS1。第二入流点在水库东北侧，取样点 I2（E:114°0'23"N:38°24'13"）采集表层水体和底泥，编号为 IW2、IS2。水库内由西向东间隔设置了三个点位采集表层水体和底泥，分别为：R1（E:13°54'3"N:38°19'10"），编号为 RW1、RS1；R（2E:113°57'14" N:38°19'57"），编号为 RW2、RS2；R（3E: 113°59'40" N: 38°20'34"），编号为 RW3、RS3。水库东南方向的出流口为 O1（E:114°1'10"N:38°18'49"）采集表层水体和底泥，编号为 OW1、OS1。
图 2-1 采样点位设置
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第 3 章 冬季水源地水库微生物群落特征与抗性基因相关性分析······················15
3.1 水源性水库水体水质情况 ···············15
3.2 微生物群落分析 ····················16
第 4 章 夏季水源地水库微生物群落特征与抗性基因相关性分析······················29
4.1 水源性水库水体水质情况 ·······················29
4.2 微生物群落分析 ··························30
第 5 章 季节变化对水源地水库微生物群落和抗性基因丰度的影响···················41
5.1 微生物群落结构的季节分布 ····················41
5.2 抗生素抗性基因的季节分布 ······················42
第 5 章 季节变化对水源地水库微生物群落和抗性基因丰度的影响
5.1 微生物群落结构的季节分布
从水库水体和沉积物的 OTU 花瓣图如图 5-1 所示，可以看出：冬季水库每一个被检测的水体和沉积物中 OTU 的数量都比夏季的高，说明冬季岗南水库每个点样品微生物物种丰度均高于夏季。图中白色为所有样本共同拥有的 OTU 数目：尽管冬季每个点位的 OTU 数量均高于夏季，但是样本总体共同拥有的 OTU 数目冬季却小于夏季。说明冬季菌种复杂程度非常大。
门水平下水源地水库冬季和夏季微生物群落分布情况如图 5-2 所示：通过对比发现，岗南水库中冬季水库在水体和沉积物中共检测到 64 个菌门，夏季水库在水体和沉积物中共检测到 34 个菌门。可见冬季水体中在门水平菌种类型多于夏季。
水源地水库冬季的菌门较为丰富，这与张文丽[71]研究的纳污河流中冬季菌门丰度较高一致。两个季节中沉积物菌门相对丰度均高于水体，两个季节中变形菌门（Proteobacteria）都是最优优势菌门，且夏季相对丰度高于冬季。冬季水体和沉积物中放线菌门（Actinobacteria）是第二优势菌门；夏季水体和沉积物中厚壁菌门（Firmicutes）为第二优势菌门。在不同季节下水库内外的菌群结构均有差异，说明菌群结构差异受到季节和水库内外环境的多重影响。
图 5-1 不同季节水体和沉积物中 OTU 花瓣图
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结论与展望
通过对岗南水库内外有代表性点位的水体和沉积物进行采集，并使用高通量MiSeq 测序和荧光定量 PCR 等手段对水体和沉积物进一步检测和分析。对不同季节的水体和沉积物微生物群落进行高通量测序，对 8 种抗生素抗性基因（sul1、sul2、tetA、tetB、qnrB、qnrC、aadA-1 和 ermB）和第一类整合子（intI1）定量检测并分析二者相关性。可以更好的分析水库内外微生物群落和抗生素抗性基因的分布和变化趋势，有效的把控抗性基因污染。结论如下：
1）冬季的岗南水库水质除总氮外其他指标均符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的 Ⅱ类标准，门水平下微生物群落的 优势菌有变形菌门（Proteobacteria），放线菌门（Actinobacteria），拟杆菌门（Bacteroidetes）。水体中特有
