東山灣海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化

摘要 漳州市東山灣是福建省海帶養(yǎng)殖的重要基地之一，對其中一處海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的細(xì)菌群落進(jìn)行了考察，了解在海帶不同生長階段該沉積物中細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)組成。調(diào)查發(fā)現(xiàn)在海區(qū)未掛養(yǎng)海帶前，該處沉積物中的優(yōu)勢細(xì)菌為芽孢桿菌屬細(xì)菌。在海帶生長的凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期，沉積物中的優(yōu)勢細(xì)菌類群分別為類芽孢八疊球菌屬、鹽芽孢桿菌屬、亞硫酸桿菌屬、亞硫酸桿菌屬細(xì)菌。

關(guān)鍵詞 海帶養(yǎng)殖區(qū)；沉積物；海洋細(xì)菌；群落結(jié)構(gòu)；東山灣

中圖分類號 S917.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）15-0059-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.013

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Community Structure Changes of Marine Bacteria in Sediments of Kelp Culture Area in Dongshan Bay

ZHANG Fei1，2，3，WANG Xin-yi1，4，HE Fen-fang1，4 et al

（1.Third Institute of Oceanography，Ministry of Natural Resources，Xiamen，F(xiàn)ujian 361005;2.Fujian Provincial Key Laboratory of Marine Ecological Conservation and Restoration，Xiamen，F(xiàn)ujian 361005;3.Key Laboratory of Marine Ecological Conservation and Restoration，Ministry of Natural Resources，Xiamen，F(xiàn)ujian 361005;4.Xiamen Huaxia University，Xiamen，F(xiàn)ujian 361024）

Abstract Dongshan Bay in Zhangzhou City is one of the important bases for kelp aquaculture in Fujian Province.The bacterial community in the sediment of one kelp aquaculture area was investigated to reveal the structural composition of the bacterial community in the sediment at different growth stages of kelp.It was found that before culturing kelp in the sea area，the dominant bacteria in the sediment were Bacillus genus bacteria.During the uneven stage，smooth stage，aduS7//BwP0iNzHJJTRBRkbug==lt stage and maturation stage of kelp growth，the dominant bacterial groups in sediment were strains in Paenisporosarcina， Halobacillus， Sulfitobacter and Sulfitobacter，respectively.

Key words Kelp aquaculture area;Sediments;Marine bacteria;Community structure;Dongshan Bay

海帶是一種冷水型的大型經(jīng)濟(jì)藻類，自然分布于高緯度海區(qū)，原產(chǎn)于日本、朝鮮、前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東地區(qū)沿海［1］。1927年，海帶被首次引進(jìn)到我國并逐漸被推廣種植［2］。當(dāng)前我國海帶產(chǎn)量位居全球第一，無論是海帶栽培規(guī)模還是海帶產(chǎn)量和由此帶來的效益都遠(yuǎn)超其他國家［3］。2022年我國的海帶產(chǎn)量高達(dá)143.1萬t，其中福建省的海帶產(chǎn)量為86.1萬t［4］。作為一種重要的經(jīng)濟(jì)藻類，海帶除了具有很高的工業(yè)價值和保健價值，還具有重要的環(huán)保和生態(tài)價值［5］。在工業(yè)價值方面，海帶是多種工業(yè)品的提取原料，包括碘、褐藻膠、甘露醇等在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、日用化工等行業(yè)有廣泛用途的材料［6-9］。在藥用和保健方面，海帶是生物有機碘的重要來源，通過海帶補充人體必需的碘元素具有安全無毒的優(yōu)點，起到藥食同源的作用。同時海帶中富含的海藻多糖還具有降血壓、降血脂、抗腫瘤、抗輻射、增強免疫力及其他多種保健功能［10］。在環(huán)保價值方面，已有研究表明以海帶為原料生產(chǎn)的海帶紙可用于食品包裝材料，具有易降解、無污染的特點，可大量推廣使用［11］。在生態(tài)價值方面，海帶被譽為“海中森林”，可以通過光合作用增加周圍海水的氧含量、吸收利用氮磷等元素減緩海水的富營養(yǎng)化，因而具有重要的生態(tài)價值［12］。2022年福建省海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國的近60.2%［4］，位于該省南部的東山灣是福建著名海灣之一。東山灣海灣總面積為247.89 km2，為半封閉海灣，水質(zhì)肥沃，生境豐富，是福建省主要的海水養(yǎng)殖基地之一［13］。

由于風(fēng)浪或是病蟲害的影響，海帶在生長過程中可能會產(chǎn)生大量的碎屑［14］。海帶碎屑作為顆粒有機物，可向環(huán)境中釋放多種溶解有機物，進(jìn)而為海洋細(xì)菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)其生長繁殖［15-17］。微型生物可通過降解海帶碎屑向海水中釋放無機碳、顆粒有機碳和溶解有機碳［18-19］，從而影響海帶碎屑對于海洋碳匯的輸出形式［15］。該研究將通過考察東山灣一處海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的海洋細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)組成，揭示在不同時間點該海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中海洋細(xì)菌的演替情況，并探尋海帶對沉積物中海洋細(xì)菌的影響。

1 材料與方法

1.1 采樣站點、方法及時間

采樣站點為117°32′7.33″E、23°47′58.23″ N，位于福建省漳州市東山灣一處多年海帶養(yǎng)殖區(qū)，水深約為7 m。利用自制沉積物采樣器（已獲實用新型專利，專利號ZL202221974551.4）采集該站點表層沉積物于50 mL 無菌離心管中并保存于4 ℃。采樣時間為2021年10月23日（海區(qū)無海帶，對照組），及2021年12月3日、2022年1月25日、4月6日、5月10日，分別大致對應(yīng)于海帶生長的凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期。

1.2 樣品處理

1.2.1 海洋細(xì)菌分離。采用稀釋法分離海洋細(xì)菌。取1 g沉積物用滅菌海水經(jīng)2次50倍稀釋后，將100 μL海水樣品均勻涂布于2216E固體培養(yǎng)基上（培養(yǎng)基配方見郭亞平［20］的研究）。25 ℃培養(yǎng)2～3 d后，隨機挑選60～70個單菌落進(jìn)行純化并甘油保種（甘油濃度20%，V/V）。

1.2.2 基因組DNA提取與16S rRNA序列擴(kuò)增、測序、比對。 細(xì)菌擴(kuò)大培養(yǎng)、細(xì)菌基因組DNA提取、16S rRNA序列擴(kuò)增測序、比對方法見郭亞平［20］的研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的細(xì)菌分類

該研究共分離獲得細(xì)菌330株。通過16S rRNA基因雙向測序比對分析后發(fā)現(xiàn)，這些菌株屬于4門5綱12目18科45屬124種。在科的水平上，已分離到的細(xì)菌分別屬于黃桿菌科（Flavobacteriaceae）、芽孢桿菌科（Bacillaceae）、動球菌科（Planococcaceae）、微桿菌科（Microbacteriaceae）、諾卡氏菌科（Nocardiaceae）、氣單胞菌科（Aeromonadaceae）、黃單胞菌科（Xanthomonadaceae）、海源菌科（Idiomarinaceae）、交替單胞菌科（Alteromonadaceae）、假交替單胞菌科（Pseudoalteromonadaceae）、科爾韋氏菌科（Colwelliaceae）、海洋螺菌科 （Oceanospirillaceae）、鹽單胞菌科 （Halomonadaceae）、弧菌科 （Vibrionaceae）、假單胞菌科（Pseudomonadaceae）、赤桿菌科 （Erythrobacteraceae）、玫瑰桿菌科（Roseobacteraceae）、副球菌科（Paracoccaceae）。其中屬于芽孢桿菌科的細(xì)菌最多，占已分離菌株的50%以上。

2.2 細(xì)菌群落構(gòu)成及相對豐度

不同時間點沉積物中基于屬水平的海洋細(xì)菌構(gòu)成及相對豐度見表1。

在未掛養(yǎng)海帶的2021年10月份沉積物樣品中分離到66株海洋細(xì)菌，其中芽孢桿菌屬（Bacillus）細(xì)菌數(shù)量最多，相對豐度可達(dá)30.30%；其次是鹽芽孢桿菌屬（Halobacillus）細(xì)菌，相對豐度為24.24%；動性球菌屬（Planococcus）細(xì)菌處于第3位，占已分離細(xì)菌的15.15%；之后分別為屬間芽孢桿菌屬（Mesobacillus）和微小桿菌屬（Exiguobacterium）細(xì)菌，相對豐度分別為4.55%和3.03%，其他屬細(xì)菌所占比例較少。從2021年12月的樣品中共分離到71株細(xì)菌，其中類芽孢八疊球菌屬（Paenisporosarcina）細(xì)菌占35.21%，比例最大；芽孢桿菌屬和普里斯特氏菌屬（Priestia）細(xì)菌占比分別為22.54%和9.86%，處于第2、第3位；屬間芽孢桿菌屬和紅球菌屬（Rhodococcus）細(xì)菌所占比例均為7.04%，其余屬細(xì)菌總和占比為18.31%。在2022年1月份樣品中，分離到的鹽芽孢桿菌屬和芽孢桿菌屬細(xì)菌較多，二者相對豐度分別為29.58%和26.76%；其次為假單胞菌屬（Pseudomonas）、普里斯特氏菌屬和深海芽孢桿菌屬（Thalassobacillus7FZXU3e311b4JC5it75owSK0Y9kLsIDd8NxLLliACIM=）細(xì)菌，3類細(xì)菌占比均為7.04%。2022年4月份樣品中，分離到的細(xì)菌相對豐度較接近，屬層面占比最多的細(xì)菌也未超過所有分離到細(xì)菌的25.00%；其中亞硫酸桿菌屬（Sulfitobacter）和芽孢桿菌屬處于前2位，占比分別為24.59%和14.75%；其次為微小桿菌屬、嗜冷桿菌屬（Psychrobacter）和海源菌屬（Idiomarina）細(xì)菌，占比分別為9.84%、8.20%和6.56%，其他屬細(xì)菌總和占比為36.06。在2022年5月份樣品中，亞硫酸桿菌屬細(xì)菌占比為27.87%，其次為棲海菌屬（Oceanihabitans）和科爾韋爾氏菌屬（Colwellia）細(xì)菌，其占比均為9.84%；芽孢桿菌屬和大洋球形菌屬（Oceanisphaera）細(xì)菌占比分別為8.20%和6.56%，其他屬細(xì)菌總和占比為37.69%。

3 討論

3.1 采樣時間的選擇 該研究第一次采樣時間為2021年10月23日，此時養(yǎng)殖區(qū)并未養(yǎng)殖海帶，因此可以作為對照組。接下來分別于海帶生長的凹凸期（2021年12月3日）、薄嫩期（2022年1月25日）、厚成期（2022年4月6日）和成熟期（2022年5月10日）進(jìn)行采樣。考慮到采樣的養(yǎng)殖區(qū)水深只有7 m，部分海帶碎屑可以很快沉降到海底，因此可以認(rèn)為沉積物中的細(xì)菌及時受到了不同生長時期海帶碎屑的影響。在海帶的不同生長階段，其營養(yǎng)成分和主要元素有較大差別［21］，因此沉降到海底不同化學(xué)組分的海帶碎屑將會對沉積物中的細(xì)菌群落產(chǎn)生重要影響。

3.2 分析方法的局限性 該研究采用稀釋法篩選可培養(yǎng)細(xì)菌，由于培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件的選擇性和局限性，以及挑選菌株的隨機性，展現(xiàn)的結(jié)果將無法完全反映出原位沉積物中的細(xì)菌群落，一些不易培養(yǎng)的細(xì)菌以及較稀少的細(xì)菌更容易在細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中被遺漏。在今后類似的研究中，可考慮結(jié)合其他技術(shù)手段，如宏基因組分析的方法，使得試驗結(jié)果更有代表性。

3.3 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)隨海帶生長階段的變化 從2021年10月份的樣品中分離到的芽孢桿菌屬細(xì)菌和鹽芽孢桿菌屬細(xì)菌是最多的，二者比例合計超過已分離到的細(xì)菌的50%以上。這2個屬的細(xì)菌均屬于芽孢桿菌科，多數(shù)會形成內(nèi)生孢子，抗逆性比較強，較易利用環(huán)境中的蛋白質(zhì)［22］。此時養(yǎng)殖區(qū)尚未養(yǎng)殖海帶，上一季海帶養(yǎng)殖產(chǎn)生的有機碳經(jīng)過較長時間的消耗已處于相對較低水平。因此，具有抗逆性強特征的芽孢桿菌體現(xiàn)出生存優(yōu)勢，在沉積物的細(xì)菌群落中占據(jù)優(yōu)勢。從2021年12月的沉積物樣品中分離到的細(xì)菌占比前5位分別為類芽孢八疊球菌屬、芽孢桿菌屬、普里斯特氏菌屬、屬間芽孢桿菌屬和紅球菌屬，這5個屬的細(xì)菌均屬于芽孢桿菌科，占比超過所有可培養(yǎng)細(xì)菌的75%，這其中類芽孢八疊球菌屬占比最高。類芽孢八疊球菌屬細(xì)菌是嚴(yán)格好氧的，可形成內(nèi)生孢子，具有過氧化氫酶活性［23-24］，可以適應(yīng)當(dāng)前的生存環(huán)境。鹽芽孢桿菌屬和芽孢桿菌屬細(xì)菌是2022年1月的樣品中分離到較多的，這2個屬的細(xì)菌比例合計超過已分離細(xì)菌總數(shù)的50%以上；這一樣品中分離到的細(xì)菌優(yōu)勢類群與未掛樣海帶時（2021年10月份）類似。來源于2022年4月沉積物中海洋細(xì)菌的多樣性較高，這與2022年5月樣品中細(xì)菌群落構(gòu)成較為相似，即使占據(jù)數(shù)量第1位的亞硫酸桿菌屬細(xì)菌，其相對豐度僅約為總分離細(xì)菌的25%左右。海帶處于厚成期和成熟期會釋放數(shù)量巨大、種類繁多的有機物到外部環(huán)境中，這為多種海洋細(xì)菌的生長和繁殖提供了條件，這可能是導(dǎo)致這一時期沉積物中細(xì)菌多樣性水平高于其他時間的原因之一。在海帶養(yǎng)殖過程中會產(chǎn)生大量新的溶解有機碳分子種類，其中相當(dāng)多的是含硫有機物［25］，這些含硫有機物可為亞硫酸桿菌屬細(xì)菌提供代謝底物［26］。相同時期沉積物中亞硫酸桿菌屬細(xì)菌相對豐度明顯高于周圍海水中該類群的相對豐度［27］，可能的原因為海帶養(yǎng)殖區(qū)海水與非養(yǎng)殖區(qū)海水交換迅速，含硫有機物濃度會很快降低，而沉積到養(yǎng)殖區(qū)底部的海帶碎屑中含硫有機物的量則在較短時間不會顯著降低，因此在含硫有機物含量高的環(huán)境中有生存優(yōu)勢的亞硫酸桿菌屬細(xì)菌在沉積物中相對豐度較高。

3.4 影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的其他因素 研究顯示在所有沉積物樣品中，都有分離到芽孢桿菌屬細(xì)菌，而在相同時間的海水樣品中，僅有在海帶處于薄嫩期時，芽孢桿菌的相對豐度較高［27］。同時，相同時期沉積物中細(xì)菌群落的多樣性明顯高于海水中浮游細(xì)菌的［27］。沉積物中氧含量較少且理化特征相對海水變化較緩和也許是造成上述細(xì)菌群落特征的原因之一。東山灣屬構(gòu)造性海灣，灣頂有漳江入海，是個半封閉型海灣，因此陸源物質(zhì)輸入和海底地下水排放（submarine groundwater discharge，SDG）［28］也可能會影響該地區(qū)沉積物中的細(xì)菌群落。

4 結(jié)論

通過對來源于東山灣海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)在未掛養(yǎng)海帶以及海帶生長的凹凸期、薄嫩期、厚成期和成熟期，沉積物中的優(yōu)勢細(xì)菌分別為芽孢桿菌屬細(xì)菌、類芽孢八疊球菌屬、鹽芽孢桿菌屬、亞硫酸桿菌屬和亞硫酸桿菌屬細(xì)菌。海帶養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)伴隨著海帶生長的不同階段發(fā)生明顯變化。

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