河流是流域生态系统的重要组成部分,其水质变化综合反映了人类活动和自然过程对流域环境的影响。水体环境污染会导致表层水和河床沉积物的生物学特性和微生物群落结构发生变化。微生物是维持和修复生态系统健康与平衡的关键参与者之一,被视为河流污染程度及健康状况的潜在指标,了解微生物如何变化对水质改善和流域管理至关重要。但是,目前针对人类活动(尤其是城市化过程)对河流微生物多样性、结构组成及空间分布影响的相关研究仍然十分有限。本研究以湘江为研究对象,从上游至下游沿江选取5个主要城市(永州、衡阳、株洲、湘潭和长沙)为站点,使用Illumina Miseq-16S rRNA测序表征了表层水和河床沉积物的细菌多样性、结构组成及空间分布的变化,并利用结构方程模型(SEM)量化了环境因素对细菌群落的影响。本研究主要结果如下:(1)高通量测序数据表明,表层水样本共产生170053个reads,得到2362个OTUs,获得11个细菌门,“核心细菌群落”为拟杆菌(Proteobacteria)和酸杆菌(Bacteroidetes),约占OTUs总数的61.36%和44.42%;河床沉积物样本共产生了 127 833个reads,得到9 015个OTUs,获得14个细菌门,其“核心细菌群落”为拟杆菌(Proteobacteria)和酸杆菌(Bacteroidetes),约占OTUs总数的23.83%和 14.04%。(2)表层水的主要功能基因丰度为K8300(0.04834)和K02014(0.04166),河床沉积物的主要功能基因丰度为K02652(0.00327)和K07665(0.00222)。根据基因和基因组京都百科全书(KEGG pathway)可知6个代谢途径的丰度显著不同(P＜0.01),其主要代谢途径均为新陈代谢(表层水:51.43%;河床沉积物:51.84%)、环境信息处理(表层水:15.60%;河床沉积物:14.53%)。(3)采用结构方程模型(Structural equation modeling,SEM)量化了每个环境因素对细菌的影响。结果表明,pH、NO3-、浊度和抗生素对表层水细菌结构影响最大,河床沉积物则主要受pH、SOM、重金属和抗生素的影响。综上所述,湘江细菌群落的多样性水平与相对丰度变化有关,与OTUs的存在无关,说明拟杆菌(Proteobacteria)和酸杆菌(Bacteroidetes)为湘江的“核心细菌群落”,其主要原因是河流上游的异源输入、富集效应和“种类分选”等,这符合河流连续体(River continue concept,RCC)理论。因此,探究河流细菌群落多样性和结构的变化及驱动力至关重要,其相关研究结果可为水质监测及河流管理提供科学理论依据。