论文部分内容阅读
珊瑚礁生态系统拥有极高的初级生产力和生产效率,是全球物种多样性最高、资源最丰富的生态系统之一,但近年来全球温度升高和海水酸化等气候变化的加剧以及人类开发活动的影响,世界范围内的珊瑚礁生态系统大幅度地被破坏、退化,甚至难以恢复。微塑料是全球海洋生态系统中广泛存在的新兴污染物,对海洋生物的健康产生了负面影响。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,然而,微塑料是否会通过珊瑚的氧化应激、免疫等影响其生理生化,对珊瑚共附生微生物又产生怎样的影响,目前尚不清楚。因此,本论文选取海洋环境中常见的微塑料PET、PP、PA、PE和PVC,分别对小棒短指软珊瑚(Sinularia microclavata)进行7天的微塑料暴露模拟实验,测定微塑料暴露后不同时间内珊瑚的免疫相关酶活性,并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微生物多样性、群落结构和功能的影响。本文主要研究结果如下:1.珊瑚摄食行为方面:微塑料暴露后珊瑚确实存在对微塑料的摄食行为。2.微塑料对珊瑚免疫相关酶活性的影响方面:免疫相关酶活性指标显示小棒短指软珊瑚在微塑料暴露后出现氧化应激现象,T-AOC活性、SOD活性和CAT活性均上升;珊瑚免疫系统遭到了破坏,AKP活性和GST活性均受到不同程度的抑制;微塑料暴露对共生系统的稳定性产生影响,共生藻密度有所下降。3.微塑料对珊瑚共附生细菌的影响方面:(1)PET、PP和PVC暴露:珊瑚共附生细菌群落α-多样性发生变化,群落多样性随时间的变化先降低,后有上升趋势,群落丰富度整体呈增高状态;不同微塑料类型对珊瑚的影响不同,早期微塑料暴露中,PET组α-多样性最高,PVC组α-多样性最低,实验周期内结束时呈相反状态;β-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显著改变,并且随着暴露时间不同,细菌群落组成也随之变化。珊瑚共附生细菌共检测到61个门、186个纲、470个目、814个科和1859个属。在门水平上,Proteobacteria在所有样品中都是优势类群,但在各样品的相对丰度不同;早期微塑料暴露使Proteobacteria相对丰度增加,Firmicutes的相对丰度降低,实验周期结束时呈相反状态,且Chloroflexi和Desulfobacterota的相对丰度也有所增加;在属水平上,Ralstonia、Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia和Acinetobacter是微塑料暴露后珊瑚共附生细菌的优势类群。PICRUSt功能预测表明微塑料暴露使珊瑚共附生细菌菌群的膜转运蛋白、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。Bug Base表型预测表明,微塑料暴露后,从整体来看,珊瑚共附生细菌的革兰氏阴性表型的相对丰度高于革兰氏阳性;在氧需求表型方面,所有珊瑚样品的共附生细菌表型均以好氧型细菌为主;珊瑚共附生菌群的三种表型(生物膜形成、好氧和致病性)发生变化。FAPROTAX功能预测表明微塑料暴露导致珊瑚共附生细菌和宿主的共生关系、碳和氮的循环及光合作用等功能发生显著变化。(2)PA微塑料暴露:α-多样性随PA微塑料暴露时间的变化是先降低后上升,β-多样性和群落组成分析皆表明PA微塑料暴露引起珊瑚共附生细菌群落结构发生显著改变,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1390个属。在门水平上,Proteobacteria在所有样品中都是优势类群,但在各样品的相对丰度不同;PA微塑料暴露使Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Actinobacteriota、Bacteroidota和Acidobacteriota丰度增加;在属水平上,Ralstonia、Acinetobacter和Delftia是PA微塑料暴露后珊瑚共附生细菌的优势类群。PICRUSt功能预测表明PA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。Bug Base表型预测表明PA微塑料暴露使珊瑚共附生细菌菌群的三种表型(致病性、厌氧和氧化胁迫耐受)发生变化。FAPROTAX功能预测表明微塑料暴露导致珊瑚共附生细菌和宿主的共生关系、碳和氮的循环及光合作用等功能发生显著变化。(3)PE微塑料暴露珊瑚共附生细菌群落α-多样性随PE微塑料暴露时间的不同先降低后上升。β-多样性和群落组成分析皆表明PE微塑料暴露引起珊瑚共附生细菌群落结构发生显著改变,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51个门、159个纲、370个目、632个科和1375个属。在门水平上,Proteobacteria在所有样品中都是优势类群,但在各样品的相对丰度不同;PE微塑料暴露后,Proteobacteria和Bacteroidota相对丰度有所增加,Firmicutes和Chloroflexi相对丰度降低。在属水平上,PE微塑料暴露后珊瑚共附生细菌的优势类群主要包括Ralstonia、Acinetobacter和Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia。4.微塑料暴露对氨氧化古菌amo A功能基因的影响方面:微塑料暴露后珊瑚共生氨氧化古菌α-多样性发生变化,添加PET提高菌群群落多样性,添加PVC降低菌群群落多样性;PET和PVC暴露后,珊瑚共生氨氧化古菌菌群丰富度均升高。微塑料暴露使珊瑚共生氨氧化古菌群落发生显著变化,在门水平上,与对照组相比,Thaumarchaeota在PET3中的相对丰度降低,在PVC中升高;PET3中出现unclassified_d__Unclassified和unclassified_k__norank_d__Archaea;PVC7中出现新的门Crenarchaeota。微塑料暴露后,在属水平上,PET3中检测到的珊瑚共生氨氧化古菌主要为unclassified_d__Unclassified和unclassified_k__norank_d__Archaea;PVC7中检测到的珊瑚共生氨氧化古菌为norank_p__Thaumarchaeota、norank_p__Crenarchaeota和unclassified_d__Unclassified。