微塑料暴露对小棒短指软珊瑚...生细菌群落结构和功能的影响_刘敏.pdf
《微塑料暴露对小棒短指软珊瑚...生细菌群落结构和功能的影响_刘敏.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微塑料暴露对小棒短指软珊瑚...生细菌群落结构和功能的影响_刘敏.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44,No4 Apr,2023微塑料暴露对小棒短指软珊瑚(Sinularia microclavata)共附生细菌群落结构和功能的影响刘敏1,车文学1,曾映旭1,边伟杰1,吕淑果2*,穆军1*(1 海南热带海洋学院,崖州湾创新研究院/海南省近岸海洋生态环境过程与碳汇重点实验室/海南省现代化海洋牧场工程研究中心/生态环境学院,三亚572022;2 海南省环境科学研究院,海口571126)摘要:微塑料在海洋环境中分布广泛,对海洋生物(包括珊瑚)健康
2、产生危害,然而,目前有关微塑料对珊瑚影响的研究非常有限,其造成影响的具体机制还不清楚 因此,选取海洋环境中常见的微塑料 PA,对小棒短指软珊瑚(Sinularia microclavata)进行 7 d 的微塑料暴露模拟实验,利用扩增子高通量测序技术分析微塑料暴露不同时间对珊瑚共附生细菌多样性、群落结构和功能的影响-多样性随微塑料暴露时间的变化先降低后上升,-多样性和群落组成分析皆表明:微塑料暴露引起珊瑚共附生细菌群落结构发生改变,并且随着暴露时间不同,细菌群落组成也随之变化 共检测到49 个门、152 个纲、363 个目、634 个科和1 390个属 在门水平上,Proteobacteria
3、 在所有样品中都是优势类群,但在各样品的相对丰度不同;微塑料暴露使Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Actinobacteriota、Bacteroidota 和 Acidobacteriota 丰度增加;在属水平上,alstonia、Acinetobacter 和 Delftia 是微塑料暴露后珊瑚共附生细菌的优势类群 PICUSt 功能预测表明,微塑料暴露使菌群的信号转导、细胞群落-原核生物、外源物质生物降解及代谢和细胞运动功能降低 BugBase 表型预测表明,微塑料暴露使珊瑚共附生菌群的 3种表型(致病性、厌氧和氧化胁迫耐受)发生变化 FAPO
4、TAX 功能预测表明,微塑料暴露导致珊瑚共附生细菌与宿主的共生关系、碳和氮的循环及光合作用等功能发生显著变化 研究可为微塑料对珊瑚影响的机制和微塑料生态毒理学提供基础数据关键词:微塑料;共附生细菌;群落结构;功能预测;软珊瑚中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2122-14DOI:1013227/j hjkx202203081收稿日期:2022-03-09;修订日期:2022-07-08基金项目:海南省自然科学基金项目(2019C241);海南热带海洋学院 2019 年引进人才科研启动项目(HDC201901);海南省重点研发计划项目(ZDYF202
5、0178);海南热带海洋学院崖州湾创新研究院重大科技计划项目(2022CXYZD002);海南省研究生创新科研课题项目(Hys2020-392)作者简介:刘敏(1982 ),女,博士,副研究员,主要研究方向为环境胁迫对海洋微生物的影响及其响应机制,E-mail:minliu hntou edu cn*通信作者,E-mail:shuguolv163 com;2240254374 qq comEffects of Microplastic Exposure on the Community Structure and Function ofSymbiotic Bacteria in Sinular
6、ia microclavataLIU Min1,CHE Wen-xue1,ZENG Ying-xu1,BIAN Wei-jie1,L Shu-guo2*,MU Jun1*(1 Yazhou Bay Innovation Institute/Key Laboratory for Coastal Marine Eco-environment Process and Carbon Sink of Hainan Province/Modern Marine anching Engineeringesearch Center of Hainan/College of Ecology and Enviro
7、nment,Hainan Tropical Ocean University,Sanya 572022,China;2 Hainan Provincial Academy of EnvironmentalSciences,Haikou 571126,China)Abstract:Microplastics are widely distributed in the marine environment and are harmful to the health of marine organisms(including corals)However,studies on theimpact o
8、f microplastics on coral have been very limited,and the specific mechanism of their impact is not clear Therefore,in this study,microplastic PA,which is commonin the marine environment,was selected to conduct a 7-day microplastic exposure experiment on Sinularia microclavata The effects of microplas
9、tic exposure at different timeson the diversity,community structure,and function of the symbiotic bacterial community of coral were analyzed using high-throughput sequencing technology The-diversityof the symbiotic bacterial community of coral first decreased and then increased with the exposure tim
10、e of microplastics The analysis of-diversity and microbial communitycomposition showed that microplastic exposure caused significant changes in the symbiotic bacterial community of coral,and the bacterial community composition also changedwith the exposure time A total of 49 phyla,152 classes,363 or
11、ders,634 families,and 1 390 genera were detected At the phylum level,Proteobacteria was the dominanttaxa in all samples,but the relative abundance varied among samples Microplastic exposure increased the abundance of Proteobacteria,Chloroflexi,Firmicutes,Actinobacteriota,Bacteroidota,and Acidobacter
12、iota At the genus level,alstonia,Acinetobacter,and Delftia were the dominant taxa of symbiotic bacteria of coral aftermicroplastic exposure PICUSt functional prediction indicated that functions of the coral symbiotic bacterial community,including signal transduction,cellular communityprokaryotes,xen
13、obiotics biodegradation and metabolism,and cell motility,decreased after microplastic exposure on coral BugBase phenotype predictions indicated thatmicroplastic exposure altered three phenotypes(pathogenic,anaerobic,and oxidative stress-tolerant)of the coral symbiotic bacterial community FAPOTAX fun
14、ctionalpredictions indicated that microplastic exposure caused significant changes in functions such as the symbiotic relationship between coral symbiotic bacteria and the host,carbonand nitrogen cycling,and photosynthesis This study provided basic data on the mechanism of microplastic impacts on co
15、rals and microplastics ecotoxicologyKey words:microplastics;symbiotic bacteria;community structure;function predictions;soft coral微塑料是直径小于 5 mm 的塑料碎片1,通过陆地输入、大气沉降和海上活动(航运、旅游、海水养殖、渔业活动)等方式进入海洋环境2 4,是全球海洋生态系统中广泛存在的新兴污染物 受环境因4 期刘敏等:微塑料暴露对小棒短指软珊瑚(Sinularia microclavata)共附生细菌群落结构和功能的影响素和当地污染事件的影响,海水中微塑料的
16、浓度变化很大5,在污染严重的沿海地区,浓度可达 150n L1 6 海洋中常见的微塑料类型主要为聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚 乙 烯(polyethyleneterephthalate,PE)和聚酰胺(polyamide,PA)等7 9 微塑料可被浮游动物、双壳类、甲壳类和鱼类等海洋生物摄入10,11,从而进入海洋食物链12 15,并在食物链中进行生物积累16,17 由于微塑料化学成分稳定,被海洋生物摄取后难以消化18,造成一系列负面影响,如胃肠道阻塞、炎症、组织损伤和生长受限等13,19 此外,微塑料还可以作为其他污染物(如重金属、抗生素和持久性有机污染物)的
17、载体20 23,还可能积聚病原细菌24 由此可见,微塑料作为新兴污染物会对海洋生物的生长和健康带来巨大的威胁和危害目前,在世界范围内的一些珊瑚礁生态系统中已 检 测 到 微 塑 料,如 拉 姆 斯 瓦 拉 姆 珊 瑚 岛(ameswaram Coral Island)25、大堡礁26、马尔代夫27,28 和南海23,29,30,因此,微塑料会给珊瑚带来怎样的影响引起密切关注 相关研究表明珊瑚可摄食微塑料并包裹在珊瑚肠腔膜组织中31,微塑料颗粒可长时间滞留在珊瑚组织中,对珊瑚的免疫系统和生长发育产生影响32,33 微塑料附着在触手或肠系膜丝上,导致珊瑚白化和组织坏死34,显著增加珊瑚患病概率35
18、 微塑料还会降低珊瑚骨骼的生长速度,影响珊瑚钙化36 由此可见,微塑料会对珊瑚的健康产生负面影响 然而,目前有关微塑料对珊瑚影响的研究非常有限,其造成影响的具体机制还不清楚众所周知,在珊瑚共生体的表面黏液层、组织和骨架内都生活着大量的细菌和古菌37,38,这些微生物对珊瑚的生长和健康起着重要作用39 微生物是对环境变化做出响应的先行者,在珊瑚礁生态系统中,微塑料作为新的环境压力,珊瑚共附生微生物是如何响应,进而影响珊瑚本身的健康状态的,这些仍是未知 因此,本研究选用海洋环境中常见的微塑料 PA,利用高通量测序技术对微塑料暴露对小棒短指软珊瑚(Sinularia microclavata)共附生
19、细菌多样性及其群落结构的影响进行分析,对于弄清微塑料对珊瑚的影响机制至关重要,以期为微塑料生态毒理学提供基础数据,也为阐明珊瑚白化病害机制及珊瑚的保护提供新的视角1材料与方法1.1样本采集珊瑚样本采自海南省三亚市西岛(1815N,10922E)珊瑚礁区,2 h 内运回实验室并暂养在流通式水族箱内 暂养条件参考 Liao 等8 和晁华等40 的方法 水温(26.0 1.0),盐度(35.0 0.3),光暗比 12 h 12 h,水流循环2 000 L h1,暂养两周后,待珊瑚状态恢复和适应环境后,整个珊瑚被分成 30 个大小相等(2 cm2)的个体,继续暂养4 周,待珊瑚状态恢复正常后开展后续实
20、验1.2微塑料暴露本研究选取海洋环境中常见的微塑料类型之一PA,购于银能电镀材料有限公司(东莞,中国)根据Liao 等8 的方法在实验组中添加 PA,微塑料浓度为300 mg L1 为了使微塑料能悬浮于海水中,实验周期内进行少量曝气 将 30 个珊瑚个体分别放置于对照组(未添加 PA,样品命名为 DZ)和实验组(命名为 PA)水族箱中,且条件和暂养条件一致,分别在第0、2、3 和7 d 从两个水族箱中随机挑选3 个珊瑚个体(对照组命名为 DZ0、DZ2、DZ3 和 DZ7,实验组命名为 PA2、PA3 和 PA7),置于液氮中保存备用1.3珊瑚共附生细菌高通量测序选 用FastDNA Spin
21、KitforSoil(MPBiomedicals,美国)试剂盒提取珊瑚样品 DNA 采用通用 引 物 338F(5-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3)和 806(5-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3)对16S rNA 基因 V3 V4 可变区进行 PC 扩增 利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit(Axygen Biosciences,美国)试 剂 盒 对 产 物 进 行 纯 化,用 QuantusTMFluorometer(Promega,美国)检测试剂盒进行定量利用 MiSeq PE300 平台(Illumina)进行高通量测序(上海美吉生
22、物医药科技有限公司)1.4数据处理与分析生物信息在美吉实时交互平台(http:/wwwmajorbio com/)进 行 分 析 利 用 Uparse41 软 件(http:/drive5 com/uparse/,version 7.1)对序列进行聚类,以 97%的一致性将序列聚类成为操作分类单位(operational taxonomic unit,OTU)随后进行OTU 分析、-多样性分析、-多样性分析、物种组成分析(在门水平上的群落组成分析和在属水平上的 Circos 样本与物种关系分析)、组间群落差异分析线 性 判 别 分 析(linear discriminant analysis,
23、LDA)和功能分析 利用 语言(version 3.3.1)进行 主 坐 标 分 析(principal co-ordinates analysis,PCoA)和绘图;对于 Bray-Curtis 距离的不相似性检验,利 用 语 言 vegan 包 进 行 ANOSIM 分 析 和PEMANOVA 分析,利用 Studio 进行 MPP 分析根据 OTU 的物种注释和丰度信息,使用 PICUSt2软件(https:/github com/picrust/picrust2/)、微生3212环境科学44 卷物组分析工具 BugBase(https:/bugbase cs umnedu/index
24、html)和 FAPOTAX 数 据 库(http:/www loucalab com/archive/FAPOTAX)来进行相关功能预测2结果与分析2.1-多样性和-多样性分析微塑料暴露后,小棒短指软珊瑚个体未出现死亡现象,在外观上和对照组没有明显差别 高通量测序结果分析表明,去除嵌合体后,测序共获得优化序列994 977条,平均序列长度 423 bp Sobs 指数稀释曲线趋向平坦,表明测序数据量合理,检测到大多数细菌种类,可以反映细菌多样性通过-多样性分析可反映微生物群落的多样性(Shannon 指数)、丰富度(Ace 指数和 Chao1 指数)和覆盖度(Coverage 指数)所有样本
25、的 Coverage指数均 0.99,说明有效数据量充足,测序结果能反映样本的真实性 微塑料暴露后,实验组的 Shannon指数和对照组相比,除暴露第 2 d 的 PA2 组低于DZ2 组外,其余实验组均高于对照组;实验组 Ace指数和 Chao1 指数与对照组相比,除微塑料暴露第2 d(PA2 组和 DZ2 组相似)外,其余实验组均高于对照组;但各组间-多样性无显著性差异(表 1)以上结果表明,微塑料暴露对珊瑚共附生细菌群落-多样性产生影响 从时间水平上来看,微塑料暴露后第 3 d 和第 7 d 的珊瑚共附生细菌 Shannon、Ace和 Chao1 指数均高于第2 d,说明微塑料暴露后珊瑚
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 塑料 暴露 小棒短指软 珊瑚 细菌 群落 结构 功能 影响 刘敏
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。