中国海洋大学杨桂朋教授团队揭示微塑料胁迫改变了微型生物群落结构进而减少了DMS的产生 - 海洋微生物生态学

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近日，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心、海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室杨桂朋教授团队在国际海洋学权威期刊Limnology and Oceanography上发表了题为“Microplastics Stress Alters Microorganism Community Structure and Reduces the Production of Biogenic Dimethylated Sulfur Compounds”的研究论文，发现微塑料污染会通过改变微型生物群落结构来减少生源二甲基硫化物的产生。

图1 微塑料污染对海洋微型生物群落结构及二甲基硫化物生产的影响

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DMSP是一种普遍存在于海洋中的含硫有机化合物，是“冷室气体”二甲基硫（DMS）的主要前体物质，对全球硫循环和气候调节起着关键作用。DMSP的来源和归宿都与海洋微型生物密切相关，因此微型生物群落的稳定对DMSP动态至关重要。然而，当微型生物暴露于海洋生态系统中广泛存在的微塑料污染时，其响应机制尚不明确，生物群落的改变将如何影响DMSP和DMS的生产也值得深入了解。本研究通过现场甲板微宇宙实验，结合高通量测序、传统生态学以及多元分析等研究手段，揭示了微塑料胁迫对微型浮游生物多样性和群落结构的改变，并明确了这些改变对DMSP和DMS生产的影响。为认识中国近海微型生物群落及生源硫化物对生态环境改变的响应机制夯实了基础。

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图2 （A）微塑料胁迫下DMSP和DMS的浓度变化；（B）在不同实验组中DMSP和DMS的浓度存在显著差异；（C）微塑料胁迫下微型生物相对丰度；（D）相关基因在不同实验组的差异

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在微塑料胁迫下，Flavobacteriaceae、SAR11、Haptophyta及Dinophyceae的相对丰度均显著低于对照组（P < 0.01），其中Haptophyta（Haptolina）和Dinophyceae（Biecheleria）均为DMSP的高产种。此外，微塑料处理组的叶绿素a浓度也显著低于对照组，表明微塑料不仅改变了微生物群落结构，还影响了浮游植物的生物量。

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在对照组中，DMSP和DMS的浓度分别在第10天和第11天达到峰值，而在微塑料处理组中，这些浓度几乎与初始浓度保持一致。主坐标分析表明，微塑料处理组中DMSP和DMS的浓度变化与对照组存在显著差异（PERMANOVA test, P = 0.001）。Mantel test结果表明，DMSP和DMS的浓度变化与环境因子（P = 0.011）、细菌群落（P =0.036）、微型真核生物群落（P = 0.001）显著相关。

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研究结果表明，微塑料暴露显著改变了微型生物群落的多样性和结构，进而降低了海水中的DMS和DMSP浓度。微塑料不仅会给细菌提供新的生态位，还会影响微型浮游植物的细胞生长和光合活性，也会在微型浮游动物体内发生蓄积，引起微型浮游动物生长异常和氧化应激等的现象，以此来改变微型生物的生物量、多样性和群落结构。而这些改变也是导致海水中DMS和DMSP浓度降低的关键因素。微塑料添加组中，叶绿素浓度显著降低，DMSP高产种相对丰度显著降低，DOC浓度显著升高，这些变化都降低了海水中DMS和DMSP浓度，微塑料的存在还破坏了DMSP的去甲基化和裂解途径，减少了DMSP向DMS的转化。

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中国近海区域在DMS释放至大气的过程中扮演着重要角色，对区域和全球硫平衡具有深远影响。然而，环境污染可能显著改变中国近海地区DMS的海气交换通量，从而影响区域甚至全球气候模式。因此，深入研究微塑料对微型生物群落结构和功能的影响，以及其对生物源硫循环的潜在干扰，显得尤为必要。

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杨桂朋教授领衔的研究团队长期从事海洋活性气体研究，在活性气体的海洋生物地球化学及气候效应研究领域取得了一系列创新性成果。本次在Limnology and Oceanography上发表的研究成果是该团队在海洋有机硫化物的生物地球化学循环领域取得的又一重要研究进展。

论文第一作者为杨桂朋教授指导的博士后刘倩，通讯作者为杨桂朋教授。研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的资助。

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论文来源及链接

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Qian Liu, Xu-Xu Gao, Yan Li, Yong Jiang, Juan Yu, Shan-Shan Liu, Xiao-Ping Lang, Gui-Peng Yang*, 2024. Microplastics stress alters microorganism community structure and reduces the production of biogenic dimethylated sulfur compounds. Limnology and Oceanography

https://doi.org/10.1002/lno.12701返回搜狐，查看更多

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