上海沿海岸海域微生物的分布特征及其與環(huán)境因子的關系

李鮮鮮　何文輝　董占營　崔麗香　蔡清潔　張奧

摘要：微生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中具有多種功能。蘆潮港、洋山港、外高橋港作為上海近海岸的三大主要港口，有必要對其微生物的豐度及水環(huán)境進行研究。水文特征和化學特征分布表明，溫度、鹽度、溶解氧和營養(yǎng)鹽等在表層水體中的分布大體呈現一定的季節(jié)性。相關性分析表明，微生物數量與表層水體溫度呈正相關關系，但不顯著（P>0.05）；與鹽度呈顯著正相關關系；與溶解氧量呈負相關關系。營養(yǎng)鹽與微生物豐度的相關性較為復雜，但不顯著（P>0.05）。

關鍵詞：蘆潮港；洋山港；外高橋港；細菌豐度；真菌豐度；放線菌豐度；相關性分析

中圖分類號： Q917.1文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0286-06

收稿日期：2013-04-25

基金項目：上海市科學技術委員會社會發(fā)展基金（編號：09DZ120010C）。

作者簡介：李鮮鮮（1989—），女，河南安陽人，碩士研究生，研究方向為大型海藻對富營養(yǎng)化水體的修復。E-mail：xianxianli333@163.com。

通信作者：何文輝，副教授，碩士生導師，主要從事水體的生態(tài)修復研究。E-mail：whhe@shou.edu.cn。隨著人口和經濟的快速增長，人類活動的加強改變了近海岸生態(tài)環(huán)境的結構和功能，大量的工業(yè)廢水和生活污水流入海流，包括海水養(yǎng)殖帶來的污染，使得近海岸水域中營養(yǎng)鹽量急劇升高，部分海域頻頻發(fā)生赤潮等生態(tài)危害，嚴重破壞了海洋的生態(tài)平衡，威脅人類身體健康。近年來，我國研究者對近海岸海域生態(tài)環(huán)境的研究相當廣泛[1-4]。張培玉以渤海灣近海岸海域和潮間帶為研究區(qū)域，對海域底棲動物生態(tài)學與環(huán)境質量作了評價研究[5]；朱廣超以連云港近岸海洋沉積物為研究對象，研究了不同采樣點的污染物類型和污染程度，并對不同污染毒的沉積物進行微生物群落結構與功能的研究[6]。海洋浮游細菌的生物量、生產力及其生長、分布的環(huán)境調控因子是海洋生物學關注的焦點，從海洋微生物中可以分離得到大量具有抗菌活性的藥用化合物[7]，且微生物學參數的變化能夠早期感應和預報海洋污染情況，是海洋污染檢測的最好選擇對象[8]，因此有必要對海洋微生物資源展開大量的研究工作。本試驗對上海近海岸海域不同港口的海洋微生物數量和生態(tài)分布進行了研究，并分析了它們與環(huán)境因子的相關度，以期為近海海域生態(tài)結構、環(huán)境保護、水產養(yǎng)殖等提供理論依據。

1材料與方法

1.1樣品采集

樣品采自春（2012年4—5月）、夏（2012年7—8月）、秋（2012年10—11月）、冬（2012年12月至2013年1月）4個季節(jié)，采樣站位如圖1所示。水樣采集使用有機玻璃采水器。水樣采自5 m深的海水。

1.2水樣微生物計數

每個采樣點取50 mL水樣（微生物計數用水樣）置于預先滅菌的采樣瓶中，取500 mL水樣（測量環(huán)境參數用水樣）置于預先用硫酸洗過的采樣瓶中。

1.2.1平板計數法適用于水深小于200 m海區(qū)的微生物活菌數計數。按10 ml/L的量加滅菌的Tween 80工作溶液。

（1）稀釋。用高壓滅菌海水制成梯度稀釋液（10-1、10-2、…、10-6）。（2）接種。根據不同計數對象，取適當稀釋梯度（10-3、10-4）樣品0.1 mL（以平板上出現30～300個菌落為宜），接種于相應的平板培養(yǎng)基上，并涂布均勻，每個稀釋度重復3個平板。（3）培養(yǎng)。將平板倒置于接近現場溫度的恒溫箱，培養(yǎng)4～15 d。（4）計數。在放大鏡下，按菌落形態(tài)，分別計算各種培養(yǎng)基中四大菌類的菌落數（必要時，用顯微鏡觀察確證）。（5）計算樣品含菌數。

N=Na×D1（1-0.01）×V

式中：N為樣品含菌落數，單位為CFU/L；Na為3個平板平均菌落數，單位為CFU；D為樣品稀釋倍數；V為接種量，單位為L。

1.2.2培養(yǎng)計數用的培養(yǎng)基細菌培養(yǎng)基：自制2216 E培養(yǎng)基；放線菌培養(yǎng)基：高氏1號合成培養(yǎng)基；真菌培養(yǎng)基：自制PDA慶大霉素培養(yǎng)基。

1.2.3人工海水人工海水成分[9]為22.0 g NaCl、9.7 g MgCl2·6H2O、3.7 g Na2SO4（無水）、1.0 g CaCl2（無水）、0.65 g KCl、0.20 g NaHCO3、0.230 g H3BO3。

制備方法：將各成分溶解，用蒸餾水定容至1 000 mL，海水的鹽度基本為3.3%。

1.3環(huán)境參數測定

溫度、鹽度、溶解氧數據采用JPBJ-608便攜式溶氧測定儀測定。營養(yǎng)鹽、pH值、硬度、總氮、總磷等水化學參數根據GB/T 12763.2—2007《海洋調查規(guī)范》進行分析。

2結果與分析

2.1上海近海岸海域的基本環(huán)境特征

2.1.1水文特征

2.1.1.1表層水溫的季節(jié)變化和分布特征本研究三大港口近海岸表層水域溫度呈現明顯的季節(jié)變化，夏季的表層水溫最高，其次是秋季，再次是春季，冬季水溫最低（圖2-A）。

蘆潮港和洋山港各個季節(jié)的平均水溫相差不大，春季平均表層水溫變化范圍為11～14 ℃，夏季變化范圍為23～26 ℃，秋季變化范圍為18～22℃，冬季變化范圍為為4～

8 ℃。外高橋港是長江入?？谂c東海的交匯處，與蘆潮港和洋山港表層水溫有明顯差異，春季平均表層水溫為20.3 ℃，夏季為31.8 ℃，秋季為23.4 ℃，冬季為15.3 ℃，明顯高于另外兩大港口（表1）。表1蘆潮港、洋山港、外高橋港的水文特征、化學特征變化

港口1季節(jié)1溫度

2.1.1.2鹽度的季節(jié)變化和分布特征本研究港口水域冬季和春季的表層鹽度較高，夏季和秋季的較低（圖2-B）。外高橋港作為長江入海口和東海的交匯處，鹽度明顯低于另外兩大港口。蘆潮港海拔4.56 m，洋山港海拔4.15 m，相對于蘆潮港，洋山港在近海岸屬于比較深的海港區(qū)，其平均鹽度要高于蘆潮港。endprint

2.1.1.3溶解氧濃度的季節(jié)變化和分布特征本研究海域溶解氧濃度具有明顯的季節(jié)變化，三大港口表層的溶解氧濃度變化趨勢一致，均為冬季﹥春季﹥秋季﹥夏季，其中夏季溶解氧濃度有明顯的下降趨勢（圖2-C）。蘆潮港春、夏、秋、冬四季平均溶解氧濃度分別為8.14、5.98、6.35、9.00 mg/L，洋山港四季平均溶解氧濃度分別為12.73、10.47、11.24、13.40 mg/L，外高橋港四季平均溶解氧濃度分別為5.73、3.98、4.86、6.15 mg/L（表1）。洋山港的溶解氧濃度明顯高于蘆潮港；外高橋港的溶解氧濃度明顯低于洋山港和蘆潮港，可能與其河口水流量大有關。

2.1.1.4pH值的季節(jié)變化本研究海域的酸堿度也存在明顯的季節(jié)變化，夏季pH值明顯最高（圖2-D）。外高橋港的表層水體pH值變化較大，變化范圍在7.69～8.67（表1），未受污染的海水pH值在8.0～8.3，考察外高橋港周邊環(huán)境，分析可能有大量工業(yè)廢水進入該海域。

2.1.2化學特征

2.1.2.1總氮含量的季節(jié)變化和分布特征表層水體總氮量的季節(jié)變化一致，均為夏季最高，春季其次，冬季再次，秋季最低（表1），高值區(qū)出現在外高橋港（圖3-A），即為長江口岸交匯處。蘆潮港和洋山港的總氮含量相差不大，前者要高于后者。

2.1.2.2亞硝酸鹽含量的季節(jié)變化和分布特征亞硝酸鹽量作為水質測定的其中一個重要指標，決定著水體中生物的生長和健康狀況。本研究三大港口亞硝酸鹽含量的季節(jié)變化呈現相同的趨勢：冬季>春季>秋季>夏季，外高橋港的亞硝酸鹽含量明顯高于另外2個港口（圖3-B）。

2.1.2.3總磷含量的季節(jié)變化和分布特征本研究表層水體總磷含量季節(jié)變化一致，冬季最高，秋季其次，夏季再次，春季最低（表1）。外高橋港總體要比蘆潮港和洋山港高（圖3-C）?？偭缀考竟?jié)變化總體范圍較小，蘆潮港在3218～4.331 μmol/L，洋山港在2.001～3.264 μmol/L，外高橋港8.005～10.917 μmol/L。

2.1.2.4總有機碳含量的季節(jié)變化和分布特征洋山港表層水體的總有機碳含量明顯高于另外2個港口，3個港口總有機碳含量的季節(jié)變化也呈現一致的趨勢：秋季>夏季>冬季>春季（圖2-D）。

2.2水體微生物數量的分布

2.2.1細菌的季節(jié)變化和水平分布上海近海岸三大港口表層水體細菌豐度的季節(jié)變化特征均為夏季>春季>秋季>冬季（表2），春季和秋季的細菌平均豐度接近，分別為 11.5×108～19.5×108、9×108～18×108 CFU/L，冬季表層水體的細菌豐度明顯降低，僅為其他季節(jié)的1/4～1/3。三大港口表層水體細菌含量在整個微生物群體中的比例并沒有隨季節(jié)的變化發(fā)生改變，蘆潮港表層水體細菌所占比例為79%～84%（圖4），洋山港表層水體細菌所占比例為75%～84%（圖5），外高橋港水體細菌所占比例為87%～90%（圖6）。細菌為三大港口表層水體中重要的微生物群落。

2.2.2放線菌的季節(jié)變化和水平分布三大港口表層水體放線菌豐度的季節(jié)變化特征均為夏季>秋季>春季>冬季（表2），春季和秋季的放線菌平均豐度接近，分別為6×107～7×107、6×107～7.5×107 CFU/L，冬季表層水體的放線菌豐度明顯降低，僅為其他季節(jié)的1/3～1/2。表層水體放線菌含量在整個微生物群體中的比例并沒有隨季節(jié)的變化發(fā)生改變，蘆潮港表層水體放線菌所占比例為5%～6%（圖4），洋山港表層水體放線菌所占比例為4%～7%（圖5），外高橋港表層水體放線菌所占比例為3%～4%（圖6）。放線菌為三大港口表層水體中所占比例最小的微生物群落。

2.2.3真菌的季節(jié)變化和水平分布三大港口表層水體真菌豐度的季節(jié)變化特征均為夏季>春季>秋季>冬季（表2），春季和秋季的真菌平均豐度接近，分別為10.5×107～17.5×107、14×107～16.5×107 CFU/L， 冬季表層水體的真

菌豐度明顯降低，約為其他季節(jié)的1/2。表層水體真菌含量在整個微生物群體中的比例并沒有隨季節(jié)的變化發(fā)生改變，蘆潮港表層水體真菌所占比例為10%～16%（圖4），洋山港表層水體真菌所占比例為10%～19%（圖5）， 外高橋港表層水體真菌所占范圍為7%～9%（圖6）。真菌是三大港口表層水體中處于中間地位的微生物群落。

3討論

3.1上海近海岸水域微生物的時空變化以及與其他海洋環(huán)境的比較

海岸帶是我國經濟最為發(fā)達的地區(qū)，自20世紀80年代以來，我國學者在東海、渤海等主要臨海岸線開展了大量的研究工作。本研究結果表明，在微生物群體中，細菌豐度處于較高的水平，特別是外高橋港表層水體，處于長江入?？诤屯夂：Ａ鞯慕粎R區(qū)，營養(yǎng)豐富。有研究表明，長江沖淡水控制的海域細菌豐度明顯高于陸架區(qū)[10]。

與其他近海海域細菌豐度相比，本研究細菌豐度以外高橋港口較高，與山東半島等近海岸海域比較相似（表3），可能是它們都處于污染較嚴重的海域。在全球范圍內，河口和近海岸等環(huán)境的微生物數量都要高于遠海和極地等開放性海洋[11]，這也說明營養(yǎng)條件是影響微生物數量和生長的重要因素。

3.2環(huán)境因子對三大港口表層水體微生物分布的影響

微生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演很重要的角色，作為分解者能夠分解有機物釋放能量，作為生產者能夠利用浮游植物所不能利用的可溶性有機物，將之轉化為顆粒有機物，進行二次生成[12]，因此微生物在海洋生物生成和生源要素循環(huán)中起著不可替代的作用。本研究對微生物數量與環(huán)境因子作了相關性分析。

3.2.1溫度溫度是影響海洋微生物生長的重要環(huán)境因子，微生物活動能力取決于酶活性，一定溫度范圍內酶活性與溫度成正比，海水溫度與海洋微生物的數量和生產力呈正相關關系[13]。本研究所探討的海水中微生物的含量與溫度具有一定的相關性，蘆潮港和洋山港不顯著，外高橋港表層海水微生物數量與溫度具顯著相關性（圖7）。李云等認為長江口鄰近海域細菌垂直分布與溫度具有顯著的相關性[14]。白潔等發(fā)現在黃海西北部細菌數量與溫度之間并沒有明顯的相關關系，他們認為原生動物對細菌的捕食及病毒活動有可能是削弱其相關性的重要原因之一[13]。endprint

3.2.2鹽度相關性分析結果表明，海水中微生物數量與鹽度呈顯著的負相關關系（圖8），在營養(yǎng)充足的條件下，鹽度可能是影響微生物分布的主要因素。在河口與海流交匯處，由于鹽度發(fā)生巨大的變化，可能會導致水體整個微生物數量和群落結構的改變[15]。

3.2.3溶解氧相關性分析結果表明，溶解氧濃度與微生物數量呈負相關關系，相關性不顯著（圖9）。表層水體相對底層屬于高氧區(qū)，而河口與海流交匯處由于污染嚴重，其溶氧處于劣勢。低氧對海洋微生物、浮游動物等具有很大危害，生物缺氧導致大量死亡，引起生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)途徑的改變[16]。本研究說明低氧對微生物的生長有很強的抑制作用。

3.2.4營養(yǎng)鹽在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，海洋微生物可以利用氮源、碳源和磷源進行生長和繁殖，它們在營養(yǎng)鹽的循環(huán)中起著非常重要的作用。本試驗結果表明，三大港口的總磷（TP）含量與微生物數量呈負相關關系，總氮（TN）和總有機碳（TOC）含量與微生物數量呈正相關關系（圖10）。有研究表明，磷酸鹽是異樣浮游細菌生物量和生產的重要限制因子[17]；周偉華等研究發(fā)現在三亞灣冬季水體溶解無機氮和磷酸鹽與細菌生

物量有顯著正相關關系[18]；外國學者在海洋異樣浮游細菌培養(yǎng)室試驗過程中發(fā)現，DIN作為主要的氮源，提供55%～99%的總氮吸收，極大地促進了細菌的生長和新陳代謝[19]。由于人為因素，N、P在近海岸區(qū)呈現高富集狀態(tài)，現階段N、P在海洋中影響生物生存和發(fā)展的問題已成為研究的熱門。

4小結

本試驗采樣的地點選自30°51′N、12150′E，30°52′N、121°52′E，31°21′N、121°35′E。采集地點均位于潮間帶以內，靠近海岸線。由于采集地點靠近陸地，試驗結果所測得的微生物有一部分肯定來自陸地；另外對海水的化學分析數據偏差，有部分也是人為因素造成的。近年來，以細菌檢測海洋環(huán)境質量的研究已成為熱點[20-24]。海岸帶生境退化的主要特征就是水質和沉積物質量的下降。隨著水質指標BOD、COD、銨態(tài)氮、透明度等化學因子的變化，水體中的微生物種類、數量及種群結構等也會呈現有規(guī)律的變化。有些細菌的指標變化能夠直接反映出海水質量的變化，從而對環(huán)境變化起到指示作用[25]。

本試驗中微生物生物量與環(huán)境因子的相關分析結果表明，溫度與微生物生物量的相關性不是很大，但是呈現一定的正相關，可能是因為溫度對酶活性有影響；微生物生物量與鹽度的相關性很高，主要是由海岸帶與河口交匯處鹽度層次的劇烈變化引起；微生物生物量與溶解氧濃度呈負相關，因為表層水體生長的主要是好氧和兼氧微生物；微生物生物量與營養(yǎng)鹽的相關性比較復雜，與以往的研究[17-19]相比較，不盡相同，可能與海域的地理環(huán)境和周邊生態(tài)環(huán)境有很大的關系。本試驗還存在很多的缺點：在水體層次結構上沒有進行研究（在后續(xù)的試驗中作為主要方向）；微生物的分離不夠全面，相對較宏觀；沒有進行微生物純化和活性研究等。這在后續(xù)的研究中有待解決。

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