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长江口潮间带微塑料相关微生物群落研究

Microplastic-associated bacterial assemblages in the intertidal zone of the Yangtze Estuary

发表单位：华东师范大学

发表期刊：Science of the Total Environment

影响因子：4.9

技术手段：16S rRNA测序

研究背景

2015年全球塑料产量为3.22亿吨。不适当的塑料处理导致世界海洋中塑料废弃物的堆积。塑料海洋垃圾碎片会变成更小的颗粒（微塑料，＜5毫米）。塑料碎片对海洋生物具有非常大的有害影响。由于其重量轻和持久性强，由洋流和风传播的塑料碎片可能将生物体转移到非本土栖息地，对生物多样性和沿海环境构成威胁。

研究发现塑料颗粒上微生物群落的分类组成根据周围海水的不同有所区别。这些塑料“居民”能够降解塑料聚合物，改变聚合物的浮力并影响塑料毒性。微生物与塑料之间的相互作用具有重要的生态意义。与塑料相关的微生物群落根据塑料基质中的聚合物、地理位置和采样日期不同。

作为高地人为活动和邻近海洋环境之间的水文联系，潮间带成为塑料碎屑积聚点。以前对海洋塑料层的研究主要集中在漂浮在水面的塑料垃圾上。大多数塑料碎屑堆积在沉积物中，特别是在沿海地区。然而，关于沉积物环境中附着于塑料海洋垃圾的微生物群落的知识是有限的。

研究方法

本研究利用16S rRNA测序技术研究中国长江口潮间带微塑料菌群，以了解潮间带塑料相关微生物群落的组成，与地理位置有关的塑料相关微生物群落结构的模式以及这些群落中的关键细菌群及其相应的功能。

取材：香山湾，崇明岛和Lvsi Port三个采样点取34个微塑料样本。每个采样点选取DNA质量高的3个样品进行测序及后续分析。

研究结果

1.塑料聚合物和采样点上的细菌丰度和多样性

在Lvsi Port，崇明岛，香山湾分别得到498，661，778个OTUs，在不同塑料聚合物类型PS，PP和PE中分别得到588，920，876个不同OTUs。崇明岛的Chao1丰富度和Shannon-Wiener指数高于Lvsi Port和象山湾。三种塑料类型中的细菌丰度和多样性没有差异。

在所有采样点上，塑料颗粒上的微生物群落主要是变形杆菌，蓝细菌，拟杆菌和放线菌。在科水平上，细菌群落在三个地理区域也有所不同。

2. 与塑料相关的KEGG通路

在塑料附着的微生物群落中发现的主要KEGG直系同源物（KOs）中，一些代谢途径代表性不足。 这些途径包括“环境适应”，“信号分子和相互作用”和“细胞运动性”。 其他与塑料层群落相关的KO丰度似乎更加丰富，包括“氨基酸代谢”，“碳水化合物代谢”，“膜运输”，“能量代谢”和“异生素生物降解和代谢”等。

图 塑料颗粒表面存在的KEGG通路丰度

3. 塑料层微生物群落的网络图分析

塑料层网络图由前100个主要OTUs构成，占总分类单位数的约69.2％。最终的细菌网络由两个断开的子网络组成。基于拓扑性质的高分数，选择了10个OTUs代表该分子网络中推定的关键属，这些类群主要属于变形菌门。其中蓝细菌属，拟杆菌属和酸杆菌属的分类单元被鉴定为重要属。

图 塑料表面聚集的丰度最大的100个OTUs的网络图

研究结论

本研究数据表明，微生物群落在长江口潮间带微塑料颗粒表面定殖。这些群落根据地理位置而不是聚合物类型聚类。微塑料颗粒包含源于水生和沉积区域的细菌组合。

与先前的研究一致，特定的代谢途径在塑料-定殖细菌群落内富集。网络分析预测了塑料表面上的核心细菌群。尽管丰度有限，但在样品中检测到几种属，包括可能的病原体。

了解塑料层生态可能会加快环境的变化，并在减少或消除塑料海洋垃圾上提供指导性知识。未来的研究应该聚焦于分析形成塑料层群落的因素。在目前的研究中，从微尺寸塑料颗粒中提取DNA的低效方法产生了小数据集，未来的研究可以通过使用更高级的方法来改进。

参考文献

Jiang P, Zhao S, Zhu L, et al. Microplastic-associated bacterial assemblages in the intertidal zone of the Yangtze Estuary[J]. Science of the Total Environment, 2018, 624:48-54.

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