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本综述通过对六组模拟河流的中宇宙系统进行为期10天的研究，系统比较了淡水与沉积物中微真核生物群落在多样性、组成及功能方面的差异，并重点探究了它们对处理废水（TWW）暴露的不同响应。研究发现，栖息地类型是决定群落结构的首要因素：沉积物比淡水群落具有更高的多样性和更强的时间稳定性。在营养结构上，沉积物群落呈现出光养（Phototroph）、混养（Mixotroph）、消费者（Consumer）和寄生者（Parasite）的相对平衡组合，而淡水群落则主要由消费者主导。处理废水的引入对淡水群落造成了显著但短暂的扰动（包括初期由外来类群引起的丰富度短暂上升），而沉积物群落则基本未受影响。研究还识别出14个与处理废水相关的指示类群（OTUs），其中9个此前未被报道，凸显了其作为生物指示剂的潜力。这些发现揭示了淡水微真核生物栖息地对人为干扰的差异性敏感性，并强调了在监测和评估处理废水生态影响时，必须将水体和沉积物群落作为一个整体加以考量。
一、引言
微真核生物是地球上几乎所有环境中的关键组成部分，它们在初级生产、养分循环和能量流动中扮演着核心角色，对于维持生态系统健康与稳定至关重要。淡水是人类社会不可或缺的珍贵资源，却面临农业径流和处理废水（Treated Wastewater, TWW）等多种人为压力的威胁。沉积物作为淡水生态系统不可或缺的一环，同样承受着自然变异和人为压力的双重影响。
尽管沉积物与上覆水体在物理上紧密相连，但两者在结构和生态功能上存在显著差异。沉积物因其与土壤相似的结构特性，提供了比水体更大的生境复杂性、更稳定的环境条件和更丰富的资源可利用性，这些特性通常能促进更高的微生物多样性。同时，这两个栖息地又通过物质交换而功能互连，但关于环境压力源如何同时影响这两个栖息地的研究仍不充分。
处理废水（TWW）是全球范围内日益增长的一种主要人为干扰源，其排放会将污染物、营养物质和外来微生物引入受纳水体，已知会显著改变水体中的微生物群落组成。然而，TWW对沉积物中相关群落的影响在很大程度上尚未被探索。本研究假设沉积物群落受到的影响较小，因为废水处理厂主要排放的是水而非污泥，且沉积物被认为更能抵抗和从人为压力中恢复。
为了验证这些假设，本研究构建了六组模拟溪流的中宇宙（Mesocosm）系统，其中一半添加了处理废水，旨在比较水体和沉积物中微真核生物群落对TWW添加的响应，并探究两个栖息地间生物体的重叠程度，同时鉴定可用于环境监测的指示物种。
二、材料与方法
本研究数据来源于AquaFlow处理废水实验的公开测序数据（NCBI SRA编号：PRJNA1019091）。实验装置为六个相同的循环流中宇宙系统，包含365升预过滤河水和60升均质化河床沉积物。经过14天的适应期后，其中三个系统添加33%的处理废水（TWW），另外三个作为对照。所有系统在可控条件下运行10天，并在多个时间点取样。
采用18S V9 rRNA区域引物进行PCR扩增，对水样和沉积物样品进行测序。测序原始数据经Natrix2流程处理，使用SWARM将序列聚类为操作分类单元（OTUs），并利用PR2数据库（v5.0.0）进行物种分类学注释。数据分析在R语言环境中进行，使用非参数检验比较α-多样性，利用Bray-Curtis相异度进行主坐标分析（PCoA）和PERMANOVA分析群落差异，并采用IndicSpecies包鉴定指示物种。
三、结果
3.1 群落差异性与重叠
研究共获得66,989,700条经过滤的组装读长，聚类为4，169个OTUs。α-多样性分析表明，沉积物样品普遍比水样品展现出更高的OTU丰富度（p ≤ 0.05）。例外仅出现在第一个采样时间点的“水体处理组”，其丰富度与沉积物组无显著差异。此外，所有组别的OTU丰富度均随时间推移呈下降趋势。有效物种数（ENS）的结果与OTU丰富度模式一致。
β-多样性分析显示，水体和沉积物拥有截然不同的微生物群落结构（p ≤ 0.05），栖息地类型是群落组成最主要的决定因素。时间变化也对群落结构产生显著影响，尤其在淡水群落中更为明显。当分别比较水体处理组与对照组时，在每个采样时间点均观察到显著的群落组成差异（p ≤ 0.05），而在沉积物样品中，处理组与对照组之间未发现显著差异（p > 0.05）。这表明TWW对淡水群落的影响比对沉积物群落更为显著。
尽管栖息地间群落差异显著，但OTU分析揭示了一个高比例的重叠部分。具体而言，61.45%（2，562个）的OTUs为两者共有，仅存在于沉积物和水体的OTUs分别占28.96%（1，207个）和9.59%（400个）。然而，当考虑读长丰度时，情况完全不同：共有OTUs贡献了高达97.35%的总测序读长，表明许多栖息地特异性OTUs的相对丰度较低。高丰度的OTUs往往表现出更强的栖息地特异性偏好。
3.2 功能营养结构
根据营养模式，OTUs被划分为寄生者（14.4%）、消费者（44.4%）、混养者（19.3%）和光养者（14.9%）。两个栖息地的营养结构差异显著。水体中，消费者占据主导地位（在对照组和处理组中分别占63.7%和70.8%）。相反，沉积物中的营养类群分布更为平衡：光养者占比较高（处理组30.1%，对照组26.8%），混养者是第二大类群（处理组28.6%，对照组25.7%），寄生者的比例也高于水体（处理组17.7%，对照组20.3%）。这表明沉积物支持着更为多样化和均衡的微真核生物营养网络。
3.3 对处理废水的响应与指示物种
TWW的引入对淡水群落的组成产生了显著但短暂的变化，包括初期物种丰富度的暂时性增加（由外来类群引入导致），随后群落部分向对照组状态回归。沉积物群落则基本未受显著影响，表现出更强的稳定性。
通过对处理组与对照组进行差异分析，共鉴定出499个OTUs存在丰度差异（p < 0.05）。进一步利用指示物种分析，确定了99个OTUs对特定样品组具有指示性（p < 0.05）。其中，14个指示物种可鉴定到种级水平，它们或与水体处理相关、或与沉积物处理相关、或两者兼有。特别值得注意的是，242个OTUs为处理废水（TWW）所特有。对这部分OTUs的分析显示，其所属读长的91.5%倾向于出现在水体中，仅8.5%倾向于沉积物；在OTU层面，71.7%与水体相关，28.3%与沉积物相关。这些TWW特有OTUs的多数分类归属于Gyrista（48.3%，为异养类群）和Chrysophyceae（金藻纲，36.7%）。
四、讨论
4.1 栖息地差异的生态意义
沉积物微真核生物群落展现出比水体更高的多样性，这归因于其颗粒结构带来的巨大表面积体积比、更高的生境异质性以及更稳定的非生物条件。尽管栖息地差异显著，但高达61.5%的OTUs为两者共有，表明存在密切的生态联系和潜在的物种交换。这些共享OTUs可能构成一个“微生物种子库”，在生态系统受到干旱或污染等干扰后，有助于任何一个栖息地的群落恢复，从而增强整个系统的恢复力。然而，高丰度的共享OTUs通常表现出强烈的栖息地偏好，而广泛分布于两个栖息地且丰度相近的OTUs多为稀有类群。
4.2 营养策略的差异
水体与沉积物群落在主导营养策略上存在鲜明对比。出乎意料的是，光养生物（如绿藻和硅藻）在沉积物中更为丰富，这可能与研究系统浅水、缓流的水文条件有利于底栖藻类生长有关。沉积物还含有大量的异养原生生物（如Cercozoa和纤毛虫）以及相对高比例的寄生类群。相比之下，水体群落主要由异养类群主导，尤其是担子菌门、子囊菌门和壶菌门的真菌，这可能反映了其适应高有机质和细菌生产力的环境。
4.3 对处理废水的差异性响应
处理废水（TWW）的输入主要对淡水微真核生物群落造成显著影响，而沉积物群落则相对稳定。淡水群落在TWW添加后初期物种丰富度上升，反映了外来类群的引入，并且群落组成在处理组与对照组之间出现显著差异。随着时间的推移，处理组淡水群落呈现出向对照组收敛的趋势，提示可能存在一定程度的恢复。沉积物群落则没有表现出类似的组成变化，显示出其对TWW更强的抵抗力和时间稳定性。
这种差异可能与沉积物的物理隔离、生物膜结构提供保护、更高的功能冗余性以及其本身较高的基础养分负荷有关，使其不易受到上层水体引入物质的影响。因此，沉积物可能在受干扰的淡水生态系统中扮演着缓冲或“过滤器”的角色，作为微生物多样性的稳定库。
4.4 指示物种与监测意义
研究共鉴定出14个与TWW暴露相关的指示性物种，其中9个是此前未与废水环境相关联的新发现。这些物种包括同时与水体和沉积物处理相关的Trichosporon cutaneum、Euplotes elegans和Paraphysomonas variosa；仅与水体处理相关的Rhogostoma minus、Haematococcus pluvialis、Paraphysomonas vulgaris、Apoikiospumella mondseeiensis、Stygamoeba regulata和Uronemella filificum；以及仅与沉积物处理相关的Nanofrustulum shiloi、Paraphysomonas longispina、Heterobasidion parviporum、Cercomonas braziliensis和Euglypha acanthophora。这些发现拓宽了用于监测废水影响的潜在生物指示剂范围，不仅限于传统的指示类群（如异养纤毛虫），还包括了来自其他主要类群（如硅藻和绿藻）的物种。
五、结论
本研究证实，尽管淡水与沉积物共享大量微真核生物物种，但它们的群落组成、营养结构及对处理废水（TWW）的响应存在根本性差异。淡水群落对TWW输入表现出敏感且短暂的扰动，而沉积物群落则显示出更强的抵抗力与稳定性，这与其结构复杂性、生物膜保护以及作为微生物种子库的潜在功能有关。这些发现强调了在环境评估中，必须将水体和沉积物群落作为一个整合系统进行考量，以避免低估人为干扰的生态影响。此外，新发现的多个TWW指示物种，为利用微真核生物群落作为敏感的生物指标，来监测和评估废水排放的生态效应提供了新的工具。然而，鉴于本研究的时间尺度有限，未来需要更长期的研究来评估重复性或慢性暴露如何影响微生物群落动态和生态系统功能。
