急流-深潭-河滩系统是河流结构的基本单元,这一系统所包含的三种生境在河流多样化的环境中具有代表性和可比性。急流-深潭-河滩系统的研究多集中在景观格局、空间结构特征和对水质的影响。然而,微生物在急流-深潭-河滩系统中的分布是否具有差异性,急流-深潭-河滩系统不同生境中的环境因子是如何影响微生物分布的,这些问题还没有开展研究。已知河流水体及沉积物中的细菌随季节变化明显,但河流沉积物中的细菌还有真核微生物尤其是真菌在急流-深潭-河滩系统中的空间分布是怎样的,其群落多样性及结构组成是否存在空间变化,其变化规律等还不了解。本研究收集了西安市的4条河流(渭河、沣河、灞河、浐河)共计36个急流-深潭-河滩系统108个采样点的水样和表层沉积物,测定了共计20个水样和沉积物中的理化因子,同时利用16S r DNA和ITS扩增子测序研究了沉积物中的细菌及真菌的分布规律。主要结果如下:(1)河流的地理空间差异和急流-深潭-河滩系统生境差异显著影响了微生物生长的水质和底质环境,但前者的影响更大。对108个采样点的水样和沉积物指标分析,结果发现河流间水体和沉积物的环境质量差异性明显大于急流、深潭和河滩间环境质量差异性。具体地,除了流速、水体氨氮、沉积物总氮、沉积物总有机碳指标,其余参数在4条河流间均具有显著差异性。不考虑不同河流的情况下,比较4条河流急流、深潭和河滩生境差异对水质和底质环境的影响,发现急流流速和溶解氧含量显著大于深潭,水深和氧化还原电位深潭显著大于急流;沉积物和水体中总氮、总磷在急流、深潭和河滩间具有显著差异性,深潭与河滩底质总氮、总磷含量大于急流,而水体中总氮、总磷含量是急流大于深潭。(2)河流的地理空间差异和急流-深潭-河滩系统生境差异造成了细菌多样性分布差异。在4条河沉积物样品中共检测出43个门,79个纲,112个目,270个科,916个属,1798个种的细菌。其中,变形菌门是绝对优势物种(47.33%),然后是拟杆菌门(14.48%),厚壁菌门(7.13%)。统计分析表明,河流之间具有显著差异的物种明显多于急流、深潭和河滩之间;而在急流-深潭-河滩系统内,河滩拥有最多差异的物种,急流拥有差异的物种最少。多样性指数分析表明,河流之间的Shannon指数和Simpson指数具有显著差异性,Observed species、Chao1指数、ACE指数在急流、深潭和河滩之间存在显著差异性。Beta多样性分析显示,渭河与其余三条支流之间有显著差异,其中灞河的各个生境差异最为明显。Mantel test结果表明环境因子整体和细菌群落物种组成具有相关性(r=0.45,p=0.0001);单因子中电导率和物种组成相关性最高(r=0.39,p=0.01)。(3)河流的地理空间差异和急流-深潭-河滩系统生境不同对真核微生物多样性具有显著影响。测序结果表明除了获得真菌多样性信息,还得到了植物界(Plantae)、藻界(Chromista)、有孔虫界(Rhizaria)以及少量的后生动物(Metazoa)相关物种信息。植物界绿藻(Chlorophyta,16.86%)和真菌界子囊菌门(Ascomycota,15.21%)是在各类群中的优势物种。对多样性指数进行差异分析,表明各多样性指数在河流之间具有显著差异性,但是在急流、深潭和河滩之间没有显著差异。河流中沣河的群落丰富度和多样性最高,急流、深潭和河滩三种生境中,深潭最低。对所有样本进行PLS-DA判别分析,表明河流之间和急流、深潭和河滩之间都具有明显的差异。(4)河流的地理空间差异和急流-深潭-河滩系统生境不同对微生物基因功能具有显著影响。利用PICRUSt软件结合COG数据库对细菌物种功能预测和分析,结果表明共计25个基因功能家族均具有数值,其中基本功能预测占比最高为12.07%。同时对基因功能家族进行差异分析,河流之间的差异家族(20个)明显多于急流、深潭和河滩之内的差异家族(5个)。利用FUNGuild真菌功能注释数据库,对真菌功能进行预测,得到了有关真菌的21个生态功能群,相对丰度最高的是未定义腐生菌群(Undefined Saprotroph)。共计7个生态功能群在不同河流间具有显著差异,只有2个生态功能群在急流、深潭和河滩之间具有显著差异。