浮游海洋塑料碎片上生物膜形成及其群落演替的动态与影响

《Marine Biology》：Dynamics and implications of biofilm formation and community succession on floating marine plastic debris

热带沿海环境中PE塑料经42天暴露后，微生物群落动态及塑 сфери形成机制研究显示： Gammaproteobacteria（含烃类降解菌）自第1天即大量定植，次生定植期出现光合蓝菌、硅藻及拟杆菌科异养菌丰度显著增加，伴随塑料表面形态与分子结构改变，暗示生物膜成熟促进异养/混合营养生物附着，并可能通过生物降解、密度改变及代谢产物释放影响塑料命运。

　　

摘要

塑料圈的形成被认为是一个逐步的过程，这一过程受到多种相互作用的影响，这些相互作用既关系到塑料的命运，也影响着关键的微生物过程。然而，微生物群落对塑料的定殖过程、多细胞生物的招募以及它们之间相互作用的诸多方面仍研究不足。在本研究中，我们通过原位暴露实验，将聚乙烯（PE）塑料置于热带沿海环境中超过42天。利用高通量扩增子测序（16S和18S rRNA基因）和共聚焦激光扫描显微镜技术，我们能够分析塑料圈中的微生物群落并追踪其变化。研究结果显示，随着时间的推移，塑料上的某些丰富细菌和真核生物类群的丰度发生了显著变化，而海水中的这些类群则没有变化。具体而言，从第一天起，γ-变形菌（Gammaproteobacteria）就开始大量定殖在塑料表面，其中包括可能具有分解碳氢化合物能力的细菌。在二次定殖阶段，微生物群落组成发生了变化，光合蓝细菌、硅藻以及几种异养拟杆菌（Bacteroidetes）的丰度增加。我们的研究结果表明，生物膜的成功形成可能促进了混合营养型和异养型生物（如甲藻、浮游动物和多种后生动物）在塑料表面的附着，从而推动了塑料圈的成熟。这些变化伴随着塑料表面形态和分子结构的改变，表明微生物的作用可能导致了塑料的降解，使这一微环境变得更加适宜生物生存。随后，生物相互作用可能会影响塑料的命运，例如促进大型动物对其的摄取、改变塑料的密度特性导致其下沉、引发生物降解产生微塑料，以及产生各种副产品和分子。

塑料圈的形成被认为是一个逐步的过程，这一过程受到多种相互作用的影响，这些相互作用既关系到塑料的命运，也影响着关键的微生物过程。然而，微生物群落对塑料的定殖过程、多细胞生物的招募以及它们之间相互作用的诸多方面仍研究不足。在本研究中，我们通过原位暴露实验，将聚乙烯（PE）塑料置于热带沿海环境中超过42天。利用高通量扩增子测序（16S和18S rRNA基因）和共聚焦激光扫描显微镜技术，我们能够分析塑料圈中的微生物群落并追踪其变化。研究结果显示，随着时间的推移，塑料上的某些丰富细菌和真核生物类群的丰度发生了显著变化，而海水中的这些类群则没有变化。具体而言，从第一天起，γ-变形菌就开始大量定殖在塑料表面，其中包括可能具有分解碳氢化合物能力的细菌。在二次定殖阶段，微生物群落组成发生了变化，光合蓝细菌、硅藻以及几种异养拟杆菌的丰度增加。我们的研究结果表明，生物膜的成功形成可能促进了混合营养型和异养型生物（如甲藻、浮游动物和多种后生动物）在塑料表面的附着，从而推动了塑料圈的成熟。这些变化伴随着塑料表面形态和分子结构的改变，表明微生物的作用可能导致了塑料的降解，使这一微环境变得更加适宜生物生存。随后，生物相互作用可能会影响塑料的命运，例如促进大型动物对其的摄取、改变塑料的密度特性导致其下沉、引发生物降解产生微塑料，以及产生各种副产品和分子。