青藏高原是中国最大的高原，也是人类长期居住的最极端环境区域之一（Wang et al., 2025a）。该高原具有高海拔、长期低气压缺氧、低温和强烈紫外线辐射的特点，形成了具有高度生态和进化意义的独特生物群落（Li et al., 2025a; Ma et al., 2025）。同时，这些条件使得高原生态系统极为脆弱，对人为干扰特别敏感（Liang et al., 2025）。因此，有效的废水管理对于保护高海拔水生环境至关重要，因为这些水域的缓冲能力通常有限。
污水处理厂（WWTPs）可以通过在排放前去除市政污水中的有机和无机污染物来减轻人为污染（Fang et al., 2018）。这些过程主要由复杂的微生物群落驱动，它们负责有机碳的降解和营养物质的循环（Lee et al., 2025），其中氮和磷的去除是主要操作目标（Khalil et al., 2026）。在高原地区，污水处理厂在面临高海拔、缺氧和低温等环境限制的同时，还受到特定地区基础设施和监管环境的影响（Wang et al., 2022; Huang et al., 2025）。研究表明，低气压会降低曝气过程中的氧气传递效率，从而加剧了即使是在名义上有氧条件下的氧气限制（Wu et al., 2025a; Gao et al., 2026），而低温则会抑制硝化和反硝化反应的速率（Tang et al., 2024; Miao et al., 2025）。这些因素会改变微生物的选择压力，重塑氧化还原状态，最终影响处理效果和出水质量。
污水处理厂中的微生物群落支持多种代谢功能，包括有机物降解、氮和磷的转化以及多样的氧化还原过程（Han et al., 2025; Lee et al., 2025）。这些功能由分布在分类学上多样的微生物群体中的复杂且常常冗余的基因库编码（Trinh et al., 2025; Yang et al., 2026）。在工程化的废水系统中，不同代谢途径的组织和相对贡献可能从进水到出水阶段发生变化（Yadav et al., 2024; Liu et al., 2026），这反映了底物可用性、环境条件和群落组装过程的变化（Trinh et al., 2026）。在高原条件下，这种功能组织受特定地区环境限制的影响程度尚不明确。大多数关于高原污水处理厂的研究主要集中在群落组成或选定功能途径上（Wang et al., 2022; Gao et al., 2026），而没有提供微生物代谢潜力的整体视图。因此，高海拔废水系统中多种代谢功能如何在进水与出水之间分布、维持或重组尚未得到系统研究。
废水进水中含有大量来自人体肠道和城市环境的微生物（Berglund et al., 2023）。在高海拔生态系统中的研究表明，与肠道相关的微生物群落具有多种功能特性，有助于其在高原条件下的生存，包括缺氧和其他环境压力（Lv et al., 2022; Su et al., 2024）。先前对高原地区污水处理厂的研究报告称，与有机物降解和磷去除相关的微生物群落丰度较高（Fang et al., 2018; Wang et al., 2022）。然而，这些微生物是否在处理过程中被选择性保留、功能重组或逐渐被过滤掉，目前尚不清楚。
16S rRNA基因测序已被广泛用于表征污水处理厂中的微生物群落组成。尽管这种方法能有效解析分类结构和相对丰度模式，但它对代谢潜力和功能差异的洞察有限，也无法提供基因组背景信息（Matchado et al., 2024）。在复杂的废水系统中，功能特性往往在多样且部分无法培养的类群中分布不均（Becsei et al., 2024; Xie et al., 2026），仅凭分类学特征难以揭示生态系统功能。基于contig的宏基因组学通过独立于基因组分箱直接量化功能基因，从而提供了基因组水平的代谢潜力评估，并能够检测到基因组解析分析中常被忽略的低丰度功能（Liu et al., 2025a）。此外，基因组解析宏基因组学能够重建宏基因组组装体（MAGs），为将代谢途径与特定微生物谱系联系起来提供了更全面的框架（Mirete et al., 2025）。
在本研究中，我们结合了16S rRNA基因扩增子测序和基于基因及基因组解析的宏基因组分析，研究了青海省五个城市18个污水处理厂进水和出水样本中的微生物群落结构及代谢潜力。研究目的包括：（i）表征高原条件下的微生物组成、多样性模式和群落变化；（ii）阐明进水和出水过程中的功能基因谱及关键代谢途径；（iii）揭示MAGs对关键代谢功能和适应策略的贡献。
