东山湾海带养殖区沉积物中细菌群落结构变化

摘要 漳州市东山湾是福建省海带养殖的重要基地之一，对其中一处海带养殖区沉积物中的细菌群落进行了考察，了解在海带不同生长阶段该沉积物中细菌群落的结构组成。调查发现在海区未挂养海带前，该处沉积物中的优势细菌为芽孢杆菌属细菌。在海带生长的凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期，沉积物中的优势细菌类群分别为类芽孢八叠球菌属、盐芽孢杆菌属、亚硫酸杆菌属、亚硫酸杆菌属细菌。

关键词 海带养殖区；沉积物；海洋细菌；群落结构；东山湾

中图分类号 S917.1  文献标识码 A   文章编号 0517-6611（2024）15-0059-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.013

开放科学（资源服务）标识码（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，Fujian 361005;2.Fujian Provincial Key Laboratory of Marine Ecological Conservation and Restoration，Xiamen，Fujian 361005;3.Key Laboratory of Marine Ecological Conservation and Restoration，Ministry of Natural Resources，Xiamen，Fujian 361005;4.Xiamen Huaxia University，Xiamen，Fujian 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，adult 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

海带是一种冷水型的大型经济藻类，自然分布于高纬度海区，原产于日本、朝鲜、前苏联远东地区沿海［1］。1927年，海带被首次引进到我国并逐渐被推广种植［2］。当前我国海带产量位居全球第一，无论是海带栽培规模还是海带产量和由此带来的效益都远超其他国家［3］。2022年我国的海带产量高达143.1万t，其中福建省的海带产量为86.1万t［4］。作为一种重要的经济藻类，海带除了具有很高的工业价值和保健价值，还具有重要的环保和生态价值［5］。在工业价值方面，海带是多种工业品的提取原料，包括碘、褐藻胶、甘露醇等在医药、农业、食品、日用化工等行业有广泛用途的材料［6-9］。在药用和保健方面，海带是生物有机碘的重要来源，通过海带补充人体必需的碘元素具有安全无毒的优点，起到药食同源的作用。同时海带中富含的海藻多糖还具有降血压、降血脂、抗肿瘤、抗辐射、增强免疫力及其他多种保健功能［10］。在环保价值方面，已有研究表明以海带为原料生产的海带纸可用于食品包装材料，具有易降解、无污染的特点，可大量推广使用［11］。在生态价值方面，海带被誉为“海中森林”，可以通过光合作用增加周围海水的氧含量、吸收利用氮磷等元素减缓海水的富营养化，因而具有重要的生态价值［12］。2022年福建省海带养殖产量占全国的近60.2%［4］，位于该省南部的东山湾是福建著名海湾之一。东山湾海湾总面积为247.89 km2，为半封闭海湾，水质肥沃，生境丰富，是福建省主要的海水养殖基地之一［13］。

由于风浪或是病虫害的影响，海带在生长过程中可能会产生大量的碎屑［14］。海带碎屑作为颗粒有机物，可向环境中释放多种溶解有机物，进而为海洋细菌提供营养物质，促进其生长繁殖［15-17］。微型生物可通过降解海带碎屑向海水中释放无机碳、颗粒有机碳和溶解有机碳［18-19］，从而影响海带碎屑对于海洋碳汇的输出形式［15］。该研究将通过考察东山湾一处海带养殖区沉积物中的海洋细菌群落结构组成，揭示在不同时间点该海带养殖区沉积物中海洋细菌的演替情况，并探寻海带对沉积物中海洋细菌的影响。

1 材料与方法

1.1 采样站点、方法及时间

采样站点为117°32′7.33″E、23°47′58.23″ N，位于福建省漳州市东山湾一处多年海带养殖区，水深约为7 m。利用自制沉积物采样器（已获实用新型专利，专利号ZL202221974551.4）采集该站点表层沉积物于50 mL 无菌离心管中并保存于4 ℃。采样时间为2021年10月23日（海区无海带，对照组），及2021年12月3日、2022年1月25日、4月6日、5月10日，分别大致对应于海带生长的凹凸期、薄嫩期、厚成期、成熟期。

1.2 样品处理

1.2.1 海洋细菌分离。采用稀释法分离海洋细菌。取1 g沉积物用灭菌海水经2次50倍稀释后，将100 μL海水样品均匀涂布于2216E固体培养基上（培养基配方见郭亚平［20］的研究）。25 ℃培养2～3 d后，随机挑选60～70个单菌落进行纯化并甘油保种（甘油浓度20%，V/V）。

1.2.2 基因组DNA提取与16S rRNA序列扩增、测序、比对。 细菌扩大培养、细菌基因组DNA提取、16S rRNA序列扩增测序、比对方法见郭亚平［20］的研究。

2 结果与分析

2.1 海带养殖区沉积物中的细菌分类

该研究共分离获得细菌330株。通过16S rRNA基因双向测序比对分析后发现，这些菌株属于4门5纲12目18科45属124种。在科的水平上，已分离到的细菌分别属于黄杆菌科（Flavobacteriaceae）、芽孢杆菌科（Bacillaceae）、动球菌科（Planococcaceae）、微杆菌科（Microbacteriaceae）、诺卡氏菌科（Nocardiaceae）、气单胞菌科（Aeromonadaceae）、黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）、海源菌科（Idiomarinaceae）、交替单胞菌科（Alteromonadaceae）、假交替单胞菌科（Pseudoalteromonadaceae）、科尔韦氏菌科（Colwelliaceae）、海洋螺菌科 （Oceanospirillaceae）、盐单胞菌科 （Halomonadaceae）、弧菌科 （Vibrionaceae）、假单胞菌科（Pseudomonadaceae）、赤杆菌科 （Erythrobacteraceae）、玫瑰杆菌科（Roseobacteraceae）、副球菌科（Paracoccaceae）。其中属于芽孢杆菌科的细菌最多，占已分离菌株的50%以上。

2.2 细菌群落构成及相对丰度

不同时间点沉积物中基于属水平的海洋细菌构成及相对丰度见表1。

在未挂养海带的2021年10月份沉积物样品中分离到66株海洋细菌，其中芽孢杆菌属（Bacillus）细菌数量最多，相对丰度可达30.30%；其次是盐芽孢杆菌属（Halobacillus）细菌，相对丰度为24.24%；动性球菌属（Planococcus）细菌处于第3位，占已分离细菌的15.15%；之后分别为属间芽孢杆菌属（Mesobacillus）和微小杆菌属（Exiguobacterium）细菌，相对丰度分别为4.55%和3.03%，其他属细菌所占比例较少。从2021年12月的样品中共分离到71株细菌，其中类芽孢八叠球菌属（Paenisporosarcina）细菌占35.21%，比例最大；芽孢杆菌属和普里斯特氏菌属（Priestia）细菌占比分别为22.54%和9.86%，处于第2、第3位；属间芽孢杆菌属和红球菌属（Rhodococcus）细菌所占比例均为7.04%，其余属细菌总和占比为18.31%。在2022年1月份样品中，分离到的盐芽孢杆菌属和芽孢杆菌属细菌较多，二者相对丰度分别为29.58%和26.76%；其次为假单胞菌属（Pseudomonas）、普里斯特氏菌属和深海芽孢杆菌属（Thalassobacillus）细菌，3类细菌占比均为7.04%。2022年4月份样品中，分离到的细菌相对丰度较接近，属层面占比最多的细菌也未超过所有分离到细菌的25.00%；其中亚硫酸杆菌属（Sulfitobacter）和芽孢杆菌属处于前2位，占比分别为24.59%和14.75%；其次为微小杆菌属、嗜冷杆菌属（Psychrobacter）和海源菌属（Idiomarina）细菌，占比分别为9.84%、8.20%和6.56%，其他属细菌总和占比为36.06。在2022年5月份样品中，亚硫酸杆菌属细菌占比为27.87%，其次为栖海菌属（Oceanihabitans）和科尔韦尔氏菌属（Colwellia）细菌，其占比均为9.84%；芽孢杆菌属和大洋球形菌属（Oceanisphaera）细菌占比分别为8.20%和6.56%，其他属细菌总和占比为37.69%。

3 讨论

3.1 采样时间的选择 该研究第一次采样时间为2021年10月23日，此时养殖区并未养殖海带，因此可以作为对照组。接下来分别于海带生长的凹凸期（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）进行采样。考虑到采样的养殖区水深只有7 m，部分海带碎屑可以很快沉降到海底，因此可以认为沉积物中的细菌及时受到了不同生长时期海带碎屑的影响。在海带的不同生长阶段，其营养成分和主要元素有较大差别［21］，因此沉降到海底不同化学组分的海带碎屑将会对沉积物中的细菌群落产生重要影响。

3.2 分析方法的局限性 该研究采用稀释法筛选可培养细菌，由于培养基、培养条件的选择性和局限性，以及挑选菌株的随机性，展现的结果将无法完全反映出原位沉积物中的细菌群落，一些不易培养的细菌以及较稀少的细菌更容易在细菌群落结构中被遗漏。在今后类似的研究中，可考虑结合其他技术手段，如宏基因组分析的方法，使得试验结果更有代表性。