西南大西洋中塑料相关细菌和古细菌群落的定殖研究

从第一个塑料制品出现至今，塑料工业已有一百多年的历史。人类发明塑料之时并未想到在百年之后塑料会给地球生态系统带来如此巨大的的危害。现如今，塑料污染备受全球关注。尽管许多国家为了解决这一难题付出行动，但每年仍有数吨塑料废弃物流入海洋。一旦进入海洋环境，由于各种物理和化学因素，这些塑料废弃物会被降解和破碎成微塑料(即直径< 5毫米的塑料物体)。微塑料在海洋环境中无处不在，这将影响海洋生态系统。人类研究塑料降解已有五六十年，但对于深海微生物群落在海底和远洋生态系统中的塑料定殖微生物的了解才刚刚开始。

近期，Moreira等人做了一项实验研究，研究深海微生物在聚丙烯小球(PP)、砾石(Gravel)和两种塑料袋（普通高密度聚乙烯(HDPE)和可生物降解的聚乙烯(HDPE-OXO))上的定殖:在西南大西洋3300米深度的三个位置(ES，RJ，SP)上的微生物定殖719天。

图1 研究选用的微生物定殖基质类型和定殖位点

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塑料样品和对照样品之间的微生物组成和分类差异

所有定殖基质的微生物群落主要由变形菌门(40-77%)组成，而其他菌门在塑料基质(PP、HDPE和HDPE-OXO)、Gravel和AW定殖微生物群落中表现出不同的占比。当作者再次细分微生物时，塑料样本和砾石样本之间的差异非常明显。作者观察到：与砾石样本相比，塑料样本中有37个菌科的含量更高，且塑料基质中的微生物家族明显比AW样品中的微生物家族丰富。有7个菌科在对塑料和砾石样品具有不同的ASV丰度，与塑料样品相比，砾石样品中有16个菌科的微生物占比明显更高。结果表明一些特定的微生物家族能够在深水中附着和定居塑料基质。此外，当作者将砾石与AW样品进行比较时，微生物科如红细菌科、芽孢杆菌科等菌科在砾石样品中被鉴定为明显更丰富，而黄杆菌科和小球藻科在砾石和AW样品中显示更丰富。这些结果表明，水中的微生物家族更有可能附着在基质上，而不是随水流漂浮。

图2 样本在菌门水平上的微生物相对丰度

图3 不同基质的ASV丰度

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塑料球群落的核心微生物群

Moreira等人的研究表明，微生物定殖基质类型强烈影响群落中微生物的组成和结构，而不同定殖地点之间没有检测到显著差异。尽管有几种微生物类群在“塑料球”中是共有的，但作者观察到每种“塑料球”都有一些特定的微生物类群。这些群落包括以前从表层带和深海海底生态系统报告的微生物类群。核心微生物群(所有“塑料球”共有的微生物类群)仅由低丰度类群组成，其中一些微生物成员在“塑料球”中广泛存在，并具有已知的塑料降解能力。此外，该研究获得了以前报道过的定殖在塑料的细菌菌株，这证实了作者的实验数据，并表明存在潜在活性的微生物成员，并参与了深海中这些塑料的降解。在作者的研究中还检测到的一些微生物类群以前曾报道过在特定条件下降解塑料，而它们在深水条件下降解塑料化合物的能力仍然未知，这表明深海塑料定殖微生物仍需要去探索，开启了在贫营养条件、高压、低温和黑暗条件下微生物塑料降解能力的探索之路。

参考文献：

Agostini L, Moreira JCF, Bendia AG, Kmit MCP, Waters LG, Santana MFM, Sumida PYG, Turra A, Pellizari VH. Deep-sea plastisphere: Long-term colonization by plastic-associated bacterial and archaeal communities in the Southwest Atlantic Ocean. Sci Total Environ. 2021 Jun 8;793:148335.

供稿：杨晓雅

编辑：徐娅 李晓萌 张彤

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